防辐射服工作原理

防辐射服工作原理

防辐射服是利用服装内金属纤维构成的环路产生感生电流，由感生电流产生反向电磁场进行屏蔽。金属良导体可以反射电磁波，即当金属网孔径小于电磁波波长（波长=光速/频率）1/4时，则电磁波不能透过金属网。

市面上所有的金时尚孕妇防辐射服均是采用这种原理制成，面料中含有导电金属纤维或导电银纤维，其中金属纤维指的是不锈钢金属纤维，银纤维指的是将纳米银离子渗透到锦纶纤维中形成的一种复合纤维，两种纤维均具有良好的导电性，所以可以起到屏蔽电磁波的作用。

1．电磁辐射存在两种类型

电离辐射——此类辐射包含足够电磁能量，足以使原子和分子与组织分离，并改变人体内化学反应。伽马射线和X射线是两种形式的电离辐射。我们知道它们导致损害，这就是我们在对身体拍X光片时穿上铅背心的原因。

非电离辐射——一般情况下非电离辐射是安全的。非电离辐射产生一些热效应，但是通常不足以对组织产生任何类型的长期损害。射频能量、可见光和微波辐射被认为是非电离辐射。

我们日常见到的微波炉的频率是2450兆赫就是非电离辐射将电磁场能转换为热能，与水分子产生共振加热食物，由于电磁波有穿透性，所以我们会发现食物会有里外同时加热的现象，当然电磁波在穿透过程中转换为热能而逐渐消弱，所以加热效果是由表层到里层逐渐衰弱的。

手机的是800-1800兆赫，3G手机的频率在2000兆赫，与微波率的频率非常接近。虽然还不会与人体细胞中的细胞液产生强烈共振发生瞬间高热，但也会让长时间接打手机的人们感到头部有灼烧感。

电磁场在导电介质中传播时，其场量（E和H）的振幅随距离的增加而按指数规律衰减。从能量的观点看，电磁波在导电介质中传播时有能量损耗，因此，表现为场量振幅的减小。导体表面的场量最大，愈深入导体内部，场量愈小。这种现象也称为趋肤效应。利用趋肤效应可以阻止高频电磁波透入良导体而做成电磁屏蔽装置。

一般采用电导率高的材料作屏蔽体，并将屏蔽体接地。它是利用屏蔽体在高频磁场的作用下产生反方向的涡流磁场与原磁场抵消而削弱高频磁场的干扰，又因屏蔽体接地而实现电场屏蔽。屏蔽体的厚度不必过大，而以趋肤深度和结构强度为主要考虑因素

电磁屏蔽是抑制干扰，增强设备的可靠性及提高产品质量的有效手段。合理地使用电磁屏蔽，可以抑制外来高频电磁波的干扰，也可以避免作为干扰源去影响其他设备。如在收音机中，用空芯铝壳罩在线圈外面，使它不受外界时变场的干扰从而避免杂音。音频馈线用屏蔽线也是这个道理。示波管用铁皮包着，也是为了使杂散电磁场不影响电子射线的扫描。

防辐射服在金属屏蔽壳内部的元件或设备所产生的高频电磁波也透不出金属壳而不致影响外部设备。

用什么材料作电磁屏蔽呢？因电磁波在良导体中衰减很快，把由导体表面衰减到表面值的1/e（约36.8％）处的厚度称为趋肤厚度（又称透入深度），用d表示，有其中μ和σ分别为屏蔽材料的磁导率和电导率。若电视频率f=100 MHz，对铜导体（σ=5.8×107／Ω．m，μ≈μo＝4π×10-7H／m）可求出d=0．00667mm。可见良导体的电磁屏蔽效果显著。如果是铁（σ＝107／Ω．m）则d=0.016mm。如果是铝（σ＝3.54×107／Ω．m）则d＝0.0085mm。为了得到有效的屏蔽作用，屏蔽层的厚度必须接近于屏蔽物质内部的电磁波波长（λ=2πd）。如在收音机中，若f＝500kHz，则在铜中d＝0.094mm（λ=0.59mm）。在铝中d＝0.12mm（λ=0.75mm）。所以在收音机中用较薄的铜或铝材料已能得到良好的屏蔽效果。因为电视频率更高，透入深度更小些，所需屏蔽层厚度可更薄些，如果考虑机械强度，要有必要的厚度。在高频时，由于铁磁材料的磁滞损耗和涡流损失较大，从而造成谐振电路品质因素Q值的下降，故一般不采用高磁导率的磁屏蔽，而采用高电导率的材料做电磁屏蔽。在电磁材料中，因趋肤电流是涡电流，故电磁屏蔽又叫涡流屏蔽。

2．电磁防护计算方法

电磁波在穿过屏蔽体是发生衰减是因为能量有了损耗，这种损耗可以分成两个部分：反射损耗和吸收损耗。

反射损耗：当电磁波入射到不同媒质的分界面时，就会发生反射，使穿过界面的电磁能量减弱。由于反射现象而造成的电磁能量损失称为反射损耗，用字母R表示。当电磁波穿过一层屏蔽体时要经过两个界面，要发生两次反射。因此，电磁波穿过屏蔽体时的反射损耗等于两个界面上的反射损耗总和。反射损耗的计算公式如下：

R=20lg(ZW/ZS) (dB) 式中: ZW= 入射电磁波的波阻抗，ZS=屏蔽材料的特性阻抗。

|ZS|=3.68×10-7（fμrσr）1/2式中: f= 入射电磁波的频率，μr=相对磁导率，σr=相对电导率。

吸收损耗：电磁波在屏蔽材料中传播时，会有一部分能量转换成热量，导致电磁能量损失，损失的这部分能量成为屏蔽材料的吸收损耗，用字母A表示，计算公式如下：

防辐射服

A=3.34t（fμrσr）1/2 (dB)

多次反射修正因子: 电磁波在屏蔽体的第二个界面（穿出屏蔽体的界面）发生反射后，会再次传输到第一个界面，在第一个界面发射再次反射，而再次到达第二个界面，在这个界面会有一部分能量穿透界面，泄漏到空间。这部分是额外泄漏的。应该考虑进屏蔽效能的计算。这就是多次反射修正因子，用字母B表示，大部分场合，B都可以忽略。

SE = R + A + B 度量屏蔽性能的物理量

屏蔽体的有效性用屏蔽效能（SE）来度量屏蔽效能的定义如下： SE=20lg(E1/E2) (dB)

式中：E1 =没有屏蔽时的场强 E2 =有屏蔽时的场强

如果屏蔽效能计算中使用的是磁场强度，则称为磁场屏蔽效能，如果屏蔽效能计算中使用的是电场强度，则称为电场屏蔽效能

3．屏蔽材料的选择

1）材料的导电性和导磁性越好，屏蔽效能越高，但实际的金属材料不可能兼顾这两个方面，例如铜的导电性很好，但是导磁性很差；铁的导磁性很好，但是导电性较差。应该使用什么材料，根据具体屏蔽主要依赖反射损耗、还是吸收损耗来决定是侧重导电性还是导磁性；

2）频率较低的时候，吸收损耗很小，反射损耗是屏蔽效能的主要机理，要尽量提高反射损耗；

3）反射损耗与辐射源的特性有关，对于电场辐射源，反射损耗很大；对于磁场辐射源，反射损耗很小。因此，对于磁场辐射源的屏蔽主要依靠材料的吸收损耗，应该选用磁导率较高的材料做屏蔽材料。

4）反射损耗与屏蔽体到辐射源的距离有关，对于电场辐射源，距离越近，则反射损耗越大；对于磁场辐射源，距离越近，则反射损耗越小；正确判断辐射源的性质，决定它应该靠近屏蔽体，还是原理屏蔽体，是结构设计的一个重要内容。

5）频率较高时，吸收损耗是主要的屏蔽机理，这时与辐射源是电场辐射源还是磁场辐射源关系不大。