微波对人体的危害及其防护

课程论文Ⅳ题目：微波对人体的危害及其防护班级：09物理学本科
姓名：***
学号：*********
指导老师：***
微波对人体的危害及其防护
09物理本科：邓善德邹晓南温建平陈瑞德
指导老师：郭金水
摘要：本文综述了微波的概念和性质、微波对人体的危害，以及在实验室中怎样防护微波的危害。

关键词：微波微波对人体的危害微波的防护
1 引言
1831年英国物理学家法拉第发现了电磁感应现象。

到了19世纪80年代，人们利用电磁感应原理，建立起世界上第一座发电站。

从此，人类便大步迈进了电磁辐射的应用时代。

现在我们已经知道,电磁作用力是自然界四种基本相互作用力之一。

地球上生命的起源与繁殖，完全依赖于太阳辐射的能量。

我们不仅依靠阳光中的红外线获得温暖，而且还以可见光提供照明，方便生活，体味五彩斑斓的世界。

从科学角度来讲，没有阳光，就没有人类所需要的各种食物，人类就难以生存。

当前电视、电话、手机、电脑、因特网及绿色能源等科技成果，已深入到我们工作和生活的方方面面。

神奇的电磁波更让我们走进了信息高速公路的时代，人们足不出户，瞬间即可分享全球人类的精神文明，使地球村成为现实。

总之，电磁辐射给人带来了诸多的方便。

但是，如果使用或者防护不当，电磁辐射就会成为电磁污染，从而威胁人类的身体健康。

在我们近代物理实验中使用的微波，也同样存在微波辐射的危害及防护问题。

2 微波的特性
微波是指频率为300MHz-300GHz的电磁波，是无线电波中一个有限频带的简称，即波长在1米到1毫米之间的电磁波，是分米波、厘米波、毫米波和亚毫米波的统称。

微波频率比一般的无线电波频率高，通常也称为“超高频电磁波”。

微波作为一种电磁波也具有波粒二象性。

微波的基本性质通常呈现为穿透、反射、吸收三个特性。

对于玻璃、塑料和瓷器，微波几乎是穿越而不被吸收。

对于
水和食物等就会吸收微波而使自身发热。

而对金属类东西，则会反射微波。

从电子学和物理学观点来看，微波这段电磁频谱具有不同于其他波段的如下重要特点：
穿透性——微波比其它用于辐射加热的电磁波，如红外线、远红外线等波长更长，因此具有更好的穿透性。

微波透入介质时，由于微波能与介质发生一定的相互作用，以微波频率2450兆赫兹，使介质的分子每秒产生24亿五千万次的震动，介质的分子间互相产生摩擦，引起的介质温度的升高，使介质材料内部、外部几乎同时加热升温，形成体热源状态，大大缩短了常规加热中的热传导时间，且在条件为介质损耗因数与介质温度呈负相关关系时，物料内外加热均匀一致。

选择性加热——物质吸收微波的能力，主要由其介质损耗因数来决定。

介质损耗因数大的物质对微波的吸收能力就强，相反，介质损耗因数小的物质吸收微波的能力也弱。

由于各物质的损耗因数存在差异，微波加热就表现出选择性加热的特点。

物质不同，产生的热效果也不同。

水分子属极性分子，介电常数较大，其介质损耗因数也很大，对微波具有强吸收能力。

而蛋白质、碳水化合物等的介电常数相对较小，其对微波的吸收能力比水小得多。

因此，对于食品来说，含水量的多少对微波加热效果影响很大。

热惯性小——微波对介质材料是瞬时加热升温，升温速度快。

另一方面，微波的输出功率随时可调，介质温升可无惰性的随之改变，不存在“余热”现象，极有利于自动控制和连续化生产的需要。

似光性和似声性——微波波长很短，比地球上的一般物体（如飞机，舰船，汽车建筑物等）尺寸相对要小得多，或在同一量级上。

使得微波的特点与几何光学相似，即所谓的似光性。

因此使用微波工作，能使电路元件尺寸减小；使系统更加紧凑；可以制成体积小，波束窄方向性很强，增益很高的天线系统，接受来自地面或空间各种物体反射回来的微弱信号，从而确定物体方位和距离，分析目标特征。

由于微波波长与物体（实验室中无线设备）的尺寸有相同的量级，使得微波的特点又与声波相似，即所谓的似声性。

例如微波波导类似于声学中的传声
筒；喇叭天线和缝隙天线类似与声学喇叭，萧与笛；微波谐振腔类似于声学共鸣腔。

非电离性——微波的量子能量还不够大，不足与改变物质分子的内部结构或破坏分子之间的键（部分物质除外：如微波可对废弃橡胶进行再生，就是通过微波改变废弃橡胶的分子键）。

再有物理学之道，分子原子核在外加电磁场的周期力作用下所呈现的许多共振现象都发生在微波范围，因而微波为探索物质的内部结构和基本特性提供了有效的研究手段。

另一方面，利用这一特性，还可以制作许多微波器件。

信息性——由于微波频率很高，所以在不大的相对带宽下，其可用的频带很宽，可达数百甚至上千兆赫兹。

这是低频无线电波无法比拟的。

这意味着微波的信息容量大，所以现代多路通信系统，包括卫星通信系统，几乎无例外都是工作在微波波段。

另外，微波信号还可以提供相位信息，极化信息，多普勒频率信息。

这在目标检测，遥感目标特征分析等应用中十分重要。

3 微波对人体的危害
微波热效应——自19世纪中叶物理学家麦克斯韦、赫兹等人提出并证实了电磁场有关理论后，人类开始了对电磁波造福人类的应用研究，无线电通讯应运而生，并从军事走向民用。

直到20世纪30年代，人们才发现经常接触微波的人群中出现有失眠、头痛、乏力、心悸、记忆力减退、毛发脱落及白内障等症候群。

经研究才知一定强度的微波辐射会对人体造成不良影响。

50年代各国相继建立了安全标准，但那时被认为有问题的仅是显而易见的微波热效应。

微波非热效应——70年代以来，从相继发表的研究报告表明，低强度微波的非热作用对人体引起的不良影响，更是当今社会的一大公害。

微波的非热效应是指电子在生物体内细胞的分子中间移动，扰乱了生物体的电反应而引起的作用，或者说人体在反复接触低强度微波照射后，温度虽无上升，但造成机体健康的损害。

实验和病理学调查发现，这种非热作用对人体的健康影响比较广泛，能引起神经、生殖、心血管、免疫功能及眼睛等方面的改变。

长期低强度射频电磁辐射非致热效应，对动物神经、内分泌、膜通透性、离子水平等都有影响，也有报告认为能引起DNA损伤、染色体畸变等。

低强度微波对人体的危害：
(1)对中枢神经系统的影响主要表现为神经衰弱症候群,其症状主要有头痛、头晕、记忆力减退、注意力不集中、睡眠质量降低、抑郁、烦躁等。

实验发现微波辐射能使大鼠脑组织耗氧率减慢一半,反映大鼠脑组织氧代谢能力减弱,耗氧能力下降。

从实验能观察到小鼠下丘脑的超微结构改变,线粒体变化明显。

出现线粒体肿胀、融合和变形;脊缺损、断裂及空化等,主要表现为线粒体结构受损。

部分脑区脑电总量降低,脑电峰值能量明显下降。

下丘脑海马琥珀酸脱氢酶含量明显下降。

国外有学者也指出,脑的呼吸链和氧化磷酸化对电磁波辐射是很敏感的指标。

较低强度微波辐射对下丘脑超微结构的改变,结果在神经元未显示粗面内质网等细胞器形态改变前,首先表现线粒体膜的轻度不完整。

(2)微波对眼的影响有关微波对眼部的损害,无论是职业接触人群流行病学调查还是动物试验方面,国内外均已有大量的报道。

一般认为,因晶状体本身无血管组织,故成为微波造成热损伤的敏感部位。

长期在低强度微波环境中工作,也可使眼晶状体混浊、致密、空泡变性,且与接触时间成比例。

有学者认为,低强度微波致眼损伤的机理可能是微波的长期蓄积作用、非致热作用或联合作用所致，也有学者认为微波使晶体渗透压改变,房水渗入晶体,抑制其核糖核酸合成而致晶体混浊等,加速晶体老化和视网膜病变,而对视力、眼晶状体损伤、眼部症状(如:干燥、易疲劳)有显著影响。

(3)对循环系统的影响低强度微波辐照对循环系统的影响国内已有大量的报道,且结果大致相同,主要表现为心悸、心前区疼痛、胸闷等症状及心电图异常率增加、窦性心动过缓加不齐、心脏束枝传导阻滞等,另外血压、血象、脑血流、微循环也会有不同程度的改变。

微波对心血管系统的影响,主要是因为微波辐照引起植物神经系统功能紊乱,以副交感神经兴奋为主,即使在低场强的情况下,这种影响仍然存在。

而微波对脑血流的影响说明其所形成的电磁场可影响脑部血循环及血管功能,脑部经微波照射后,血管扩张,血流量增加、弹性血管管壁张力减低,血管紧张度增高,所以导致了脑血流图的一系列变化。

(4)对免疫方面的影响主要是抑制抗体形成,使机体免疫功能下降。

微波的免疫效应与功率密度和暴露时间有关,功率密度较大时,短期暴露可刺激机体
的免疫机能,长期暴露则抑制免疫;功率密度较低时,产生免疫刺激则需较长时间的暴露。

另外,微波对机体免疫功能的影响还表现出累积效应。

(5)对生殖机能的影响国外有学者指出,用低功率的微波辐射怀孕大鼠,会导致小鼠出生后小脑浦肯野细胞的减少。

此后,有不少学者以子代脑的形态和行为作指标,观察了微波辐射怀孕动物的致畸效应。

也有对孕鼠辐射导致后代脑AChE活性下降的报道。

国内也有许多非致热效应微波引起机体生殖系统危害的报道。

低强度微波辐照的非热效应能影响精子细胞。

实验发现5mW/cm2微波辐照对人精子的活动度、存活率及穿卵率影响显著。

微波辐照附睾或睾丸可导致雄性生殖细胞内多种酶活性的改变。

有研究观察了微波照射男性志愿者睾丸,发现血清睾酮含量随照射时间的延长而显著降低,同时,黄体生成素显著上升,提示微波可损害睾丸间质细胞合成睾丸酮的功能。

4 对微波辐射的防护
由于微波是直线辐射的，在传播时，它的衰减程度与传播距离的平方大致成反比关系。

因此，要求尽量让保护主体远离微波源。

由于微波的积累效应的存在，就要尽量缩短接触照射的时间，在无法避免的场合，在微波源与保护主体之间设置屏蔽，使保护区域的微波场强小于国家卫生标准所规定的限值，达到安全防护的目的。

在实验室做有关微波实验时，这些实验的微波信号源都是固态式的，其输出的微波功率很小，在正常实验时，其输出的微波功率在微瓦数量级。

实验时只要尽量离微波源远一点，就可以达到防护的目的。

参考文献
[1]郭硕鸿．电动力学（第三版）．北京：高等教育出版社，2008
[2] 吴先球，熊予莹．近代物理实验教程（第二版）．北京：科学出版社
[3] 职业卫生网——“职业健康”。