手机辐射问题研究

手机辐射问题研究

随着移动电话的日益普及，人们对手机的依赖越来越大。面对手机辐射的各种传闻，用户在偏爱手机的同时，也难免心存余悸。现在，手机镭射危害已成为人们越来趣关注的话题。因此，对其展开深入研究，不仅关系到消费者的切身利益，要影跑到整个移动电话制造业的发展。本文首先探讨了移动电运的辐射特性、量度、对入体的影响以及研究现状，最后提出了其辐射问题的解决方法。
　　[关键词] 手机辐射；辐射量度；辐射危害；研究现状；解决方法
1手机电磁辐射的研究
　　我国移动通信发展迅速，市场潜力巨大。随着手机的日益普及，用户对手机辐射危害的关注与日俱增。现在我国拥有世界上最大的GSM移动通信网，GSM数字移动通信系统用户占有绝大多数，部分是CDMA数字移动通信系统用户、卫星移动通信系统用户。尽管这些移动通信系统的通信制式各不相同，但其终端——一部小型的无线收发信机，并没有本质的差别。对人体健康的影响，主要是由其发射的高频无线电波造成的。本文主要讨论手机（移动电话）的高频电磁辐射。
1.1手机高频电磁辐射的特性
　　手机通信（陆地移动通信）一般适宜采用特高频（VHF）和超高频（UHF）频段，其高频电磁辐射是遵循电磁辐射理论的。电磁辐射理论是麦克期韦在1865年创立，并由赫兹在1887年证实电磁波的存在而得到验证的。电磁辐射是带电粒子被加速的结果，其辐射能量以电磁波的形式存在。它的传播不需要物质媒介，可以在真空中进行，手机高频无线电波在介质中的传播，就是变变电场和磁场相互激励而向外扩散的结果，并且，位于电波传播空间中的任何物体都会对其施加或大或小的影响（例如山川、河流、树木、建筑物等地形地形地物，降雨、降雪等气候条件，以及终端移动速度和用户使用方式等手机状态）。这使得电波传播呈现非常复杂的情形（例如反射、折射、散射、统射和吸收等），各点的场强也有较大的起伏，导致测得的场强值与一些理论模型预测值有较大的差异。
　　手机发射的电磁波，与自然弄的可见光、医疗用的X光，以及微波炉所产生的微波，都属于无线电磁波，只是频率不同而已。手机所用的无线电波频率相对较低，在数百 MHz到几个 GHz，如现在使用的150MHz、450MHz、900MHz、1800～1900MHz，第三代移动通信系统则可用到2000MHZ以上。
　　同时，手机的使用具有其特殊性，即发射天线与人体头部距离过近，仅2～5厘米，手机天线辐射直接作用于人脑部，人体处于近区辐射场之中，辐射与耦合、直接波与反射液、吸收与折射等作用极其复杂，形成人体邻近效应，并且，对于近区辐射场，利用功率流密度来度量已经没有意义，虽然在离天线几厘米的距离内，手机可能产生相当强的辐射，电磁能量密度很高，但相对于近测试点来说，辐射源无线已经不能看作是点源，而存在一定的角度，射频能量的方向与坡印事矢量的方向S（0.5E×H）不一致，故已经不能简单地定义功率流密度方向。但可以估等人脑部的场强值，并可以确信手机离头部的距离是关键因素：即距离增大较小，人体遭受的辐射会明显地减小（近似与距离以2～4次方下降）。
1.2手机天线的特性
　　手机天线用来辐射和接收高频电磁波，它相当程度地影响手机的接收和发射性能。大多数手机天线是以对称振子为基础而发展成的各种形式的线状天线（即辐射元长度大大长于其直径），如鞭状天线和螺旋天线。由于手机使用中随时都可能改变位置和方向，故在水平间内设计为全问辐射（即没有方向性），但这使得天线的部分辐射能量穿过人脑，即使不会损害人体健康，也被浪费了。比如，美国移动电话协会研究指出，鞭状手机天线发射的微波，仅40％用于通信，60％的微波被人脑近距吸收了。人体的头部近似为一个吸收介质的椭球体（其长轴约一个波长），它吸收和散射手机天线发出的电磁波，产生射频电阻损耗，所以如果人部靠近天线，人体和导电机壳上会感应出电流，电流的耗散将改变原来的辐射图案形状，即改变了天线的辐射特性。人体的这种邻近效应会劣化天线的辐射效率。为此，在设计手机天线时，必须考虑并利用到人体邻近效应。这表明，用户已经充当了手机设备的天线部件。所以，被隔离的手机，其天线的辐射性能会下降。这样，测量被隔离的手机辐射是不够精确的。在用户通信过程中，手机不间断地与基站联系，需要发射～定强度的电磁波（接收的基站电磁波很微弱，可以忽略），手机天线是产生辐射最强的地方，而天线正对着入脑，因而是存在潜在危害的。
1.3手机辐射的量度
　　我国对辐射污染的控制标准，沿袭了前苏联20世纪80年代（国内手机出现之前）的标准，即用功率流密度来衡量，每平方厘米不超过40微瓦（40μm／cm2），如今欧洲的标准是每平方厘米不超过450微瓦，美国则高达500微瓦，相比之厂我国的标准显得过于严格。现在测试发现，如果依据这一标准评判，几乎没有一部手机能够通过。但是，如果仅仅测量手机辐射出的电磁场量是不全面的，因为有一部分辐射能量会从人体某些部位穿过而不被人体吸收。因此，测量人体吸收的电磁辐射能量更有意义。
　　现在，国际上通行的方法是国际移动电讯协会（CTIA）定义的“比吸收率”（Specific Absorbed Radiation－SAR）来测量人体吸收无线高频辐射量。它的单位为：W/kg（或mw／g），表示的是每千克（或每克）人体（如大脑）吸收的电磁辐射能量，它较准确地反映了电磁辐射对人体产生的影响。比如，联邦委员会（FCC）规定，手机的最大SAR水平必须低于1.6W／kg，才能通过认证。经测试发现，即使通过了FCC认证的各类手机，放在人体耳边时最大SAR水平相差悬殊，比如：Ericsson T28World SAR为1.49；NokiaDigital5160 SAR为1.45；而Motorola Star TAC7860 SAR为0.24 Qualcomm pdQ－1900 SAR为0.26。这说明，FCC规定的手机辐射认证指标并非十分苛刻，而是较为宽松的。
　　我国对手机辐射危害是相当重视的，已有能力测定手机辐射SAR指标，并着手制订手机辐射的国家标准，这既是为用户释疑，也是移动电话发展的迫切需要。争机辐射危害已引国际社会的广泛关注。CTIA要求各移动电话制造厂商提交其产品的SAR资料。我们认为，移动电话业应该吸取香烟制造业的教训，应该坦率地告诉手机用户移动电话的SAR值。
1.4手机辐射对人体的影响
　　手机电磁波辐射以及越来越多的科技证剧，表明手机辐射的高频电磁波对人体有如下两方面的直接影响：　　其一是高能级射频辐射的热效应，即手机辐射的微量电磁波，被人体吸收后，会使局部组织升温，造成生物破坏。现在，模拟手机的发射功率最大，GSM数字手机天线口的辐射功率最大可超过2W（33dm），CDMA数字手机的发射功率可小于0.5W（27dBm）可见手机辐射危害，并非谣传。若一次通话过久，而且姿势保持不变，还是会使局部组织温度升高，造成病变。比如，美国食品药物管理局认为，手机发射的高能级辐射会产生生物性损害。当然，手机对人体组织所能产生的热，是很有限的。这种热效应，已得到科学界的认同，并致力于研究微量射频辐射对人体健康产生影响的机理和程度。
　　另一种影响是低能级射频辐射的非热效应，可能造成经常使用手机的人，出现头痛、记忆力降低以及一些潜在生物破坏。目前，越来越多的研究，提醒注意非热效应危害。动物实验表明，低能级辐射会加速实验动物细胞的生长。物理学家海兰德指出，手机的真正危害来自于它的低强度辐射，即非发热型辐射（non－thermal radiation）。英国华域大学艾伦博士指出低量度的辐射亦能产生细小而非热能的影响。放射肿瘤学教授约翰•莫尔德认为，手机电磁辐射如同X光和太阳光的紫外线辐射，能破坏人体的脱氧核糖核酸（DNA），可能致癌。　　当然，与X光不同，手机高频辐射是一种非致电离辐射。X光可通过分散电子的过程，把人体细胞的原子变成可能对人体有害的离子，但非致电离辐射不能。长期研究发现，手机非致电离辐射会造成脑胶质细胞发生 DN A分子链损害，导致DNA碱基分子链断裂，引起细胞的癌变、甚至引发脑瘤、血癌和淋巴系统肿瘤。通常，人体内正常的免疫监控系统，能及时识别和清除这些畸变的细胞。但这种损害长期、反复地发牛，人体周而复始他进行这种畸变与抗畸变的过程，就可能失去对畸变细胞的修复或清除能力，肿瘤就可能发生。大鼠试验旺明，长期处于强电磁场中大鼠患脑瘤的几率高出正常情况的一倍。最近，我国解放军304医院发现一例罕见的脑胶质瘤，就可能与长期经常使用手机有关。
　　研究表明，人体对电磁辐射的吸收，可能是一种相干吸收，即一种典型的谐派现象。电磁波的电场极化沿人体细线的方向，如果人射波长是人体高度的2．5倍或5倍（由接地条件决定），那么人体就会感应相当强的射频相干电流。若人体接地良好，则人体上的感应电流类似于地面上的1／4波长振子上的电流，老接地不好，则相当于谐振半波摄于上的电流。研究发现，此时人体最大的射频能量吸收发生在人体组织最小截面处（如，脚脖子、颈、腹股沟等区域）。人体吸收射频辐射能量的机理，现在仍存在争议。实际上人体带有的磁性材料是不确定的，不能直接接收磁能。人体主要由水、电解质和具有人净轻的复杂分子组成，人体通过离于运动和极性分子振荡而从射频电场吸收能量，而磁场能量的吸收则须通过法拉第连锁现象文现的。
　　人体活性组织从电磁场所吸收的全部能量，最初用于增加人体组织细胞中的分子和离子的机械运动，如果这种机械运动是随机的，那么所有电磁能将被吸收转化为热，最终提高被辐射组织的温度。如不是随机的而是相干的，则在转化为热之前，电磁能量可能支持某些生物化学作用（如酶的活性化），即非热效应。虽现在尚未十分清楚，但可以认为人体组织对能量的相干吸收是很小的。
　　另外，已经发现手机辐射的间接影响，即手机辐射的电磁场可能使手机材料中的水银等物质活化并释出有毒气体，影响大脑的中枢系统，引发抑郁、哮喘、老人痴呆症等症状。
1.5手机辐射研究现状
　　自1993年全球首宗移动电话索赔案，人们对移动电话安全隐患就一直存在疑虑，科学界也进行了一系歹忖目关研究。可谓移动电话引发了有史以来世界上最大型的生物科学实验。迄今为止，社会各界对手机电磁辐射问题仍未达成共识。
　　美国移动电话协会研究发现，长期使用手机，除了易得胞癌外，还会造成细胞基因死亡。手机挂在腰间，对肾脏、卵巢等脏器会造成伤害。美国无线技术研究计划小组证实使用手机对人体有害。虽还不能证明手机辐射能否破坏DNA，但部分实验表明这些辐射可以导致人体血液细胞的基因改变。
　　土耳其半官方科学暨研究中心的实验表明手机微波辐射会破坏生物免疫系统及基因细胞，女性因此容易产下畸形儿甚至演变成不孕症。手机辐射容易破坏血液细胞的结构，造成听力减退或失聪、脸部神经麻木或脸部局部肌肉抽搐以及倦意等现象。
　　华盛顿大学专门研究移动电话的专家黎享利对老鼠实验的研究显示，手机辐射可能影响用户短期记忆，还可能祸及长期记忆。另一位生化工程研究教授称，自1996年以来发表的关于微波辐射影响的论文中，80％指出有生物效应，包括对脑功能行为、免疫系统及基回的影响。瑞典隆德大学的研究人员用微波脉冲照射老鼠的试验，证实手机机辐射可能对用户的脑部产生危害。比如，包括出现老人痴呆症、帕金森症以及出现硬化症等。
　　西班牙Complutense大学的研究小组研究发现，对于非球形细胞，手机辐射所诱导的电场强度依赖于细胞相对于辐射源的角度。电场在跨越细胞膜时被放大了。其中椭圆形细胞和圆柱形细胞比理想的球形细胞内具有更强的电场，相邻细胞间的相互影响显著改变了各个细胞内的电场强度。因此，研究手机电磁辐射的生物影响时，必须考虑细胞形状及细胞相互影响的联合作用。
　　然而，法国科学院称，全球数十个实验室对手机辐射测试，表明使用手机对人体健康无明显影响。认为手机释放一定量的电磁波是不争的事实，但绝大多数实验室的研究结果证实，手机释放的电磁波不足以对人体健康造成不良影响。《美国医学会杂志》指出，短期内使用手机与患脑癌没必然联系，这与《新英格兰医学杂志》公布的研究结果一致。
　　两篇有关射频辐射遗传伤害的论文中，Verschaeve和Maes认为：大多数论文都指出，在RF辐射范围内，尤其是在移动电话频率内，并不会造成遗传伤害。它们不会在试管内（在细胞培养上）和生物体内（动物体内）产生遗传效应，至少在非热效应条件下，也似乎不会产生畸形成引发癌症。Brusick等人指出，过百篇研究报告的数据资料表明，RF辐射不会亘接导致变异，而在辐射量相对受到限制的情况下，可能会在基因的复制一转录上出现一些较为微妙的间接效应。
　　我国消费者协会对手机的近场电磁辐射进行测试发现，手机辐射最高达到10000μw／cm2，最小值出达到300μW／cm2，电磁辐射剂量已超过我国卫生标准允许的上限。北方交大的一项调查表明，手机的电磁辐射，有一半被人体吸收，其中有四分之一被人脑吸收。长期使用手机的人，已经出现头晕、记忆力减退、视力下降、耳部出现红斑等症状。
　　卫生部科技开发研究课题《移动电话手机对神经行为影响调查》研究结果，表明使用移动电话手机可引起使用者出现神经行为反应时间方面的不良反应。科研专题《北京市电磁辐射环境调查与污染控制对策建议》中指出，移动通信技术发展迅速，市区高层建筑上移动通信基站天线林立，一方面形成相互干扰，另一方面造成高层居民楼的电磁环境污染。部分手机的电磁辐射近场测试结果表明，即使按照欧洲或美国的标准，国内市场销售的GSM手机的电磁辐射量也均超过标准。我国香港科研人员的测试显示，手机在接通时产生的辐射比通话时产生的辐射高20倍。
　　目前，社会各界对手机辐射问题仍在进行继续研究，国际癌症研究中心也在世界范围内进行手机与癌症及流行病的研究。
2手机辐射问题的解决
　　由以上研究可见，手机电磁辐射对人体的危害是非常有限的，但是其辐射亘接作用于人脑，且用户频繁使用，因此可能对人体造成一些潜在影响，所以采取一定的防护措施也是必要的。从手机电磁辐射的特性和手机通信系统设计特点，可得出一些针对用户减小辐射危害的有效措施。
　　在手机接通的最初几秒，通信链路处于建立之中，电磁辐射最强，最好不要马上贴月接听。尽可能少使用手机，缩短通话时间；使用分离耳机和分离话筒，会大大降低头部受到的电磁辐射。在信号较弱的地方使用手机，应技出天线以改善通信质量，使手机工作在较低的发射功率电平等级上，以降低电磁辐射强度；在室内通括，尽量靠近窗边、门口和过道口；如接收信号微弱，应转身走动，或关闭手机，避免网络企图维持通信，而使手机发射出更强的电磁辐射。
　　但是，对于通信产品设计者，手机辐射问题的根本解决在于研究新的手机无线辐射技术和开发新的手机辐射防护技术，以及新的组网技术和通信技术
2.1标示SAR水平，监管手机辐射
　　我国应尽快制订控制手机辐射的新标准，并要求手机及其零部件出口商和国内手机生产厂商公布手机辐射数据，在海关和大中城市设立手机辐射检测点，以保护用户安全与健康。比如英国卫生部门公布各种手机的辐射水平，并向用户提供减少辐射的建议，其政府的规定，出售的手机须附上健康警示，并敦促儿童不要长时间使用手机。
　　然而，手机SAR的测量手段很复杂，且随着测试条件和测试方式的变化，测试结果可能相差很大。因此，标示的SAR值的作用是很有限的。比如，爱立信认为没有详细解释的数字对消费者并没多大的帮助；摩托罗拉公司表示，没有任何旺据显示辐射量低的手机会比其他手机更安全，并且，标示辐射量的做法，会使顾客在购机时以辐射量为主要参考而忽视手机的其它功能。
2.2使用防磁贴与天线军，减轻辐射危害
　　手机防辐射产品，比如，甲壳虫吸磁器、巨无霸防磁片、守护神防护器等，具有一定的防辐射功能。由信息产业部南京55所等研制的护脑贴，由一种稀有贵金属组成，贴于听筒部位即可将手机发射的电磁波辐射衰减至五万分之一。微安公司制造的手机电磁波吸阻器，镶有珍珠、黑玛消与水晶，直接营置在手机天线上，经国际通讯认证实验室测试，证实在不影响正常通信的情况下，可大幅降低天线发射的电磁波对人体的影响。英国 Microshield工业公司生产的新型手机套，其皮层中含有辫状聚酯丝，可以消除手机发出的低频微波辐射。
　　由前面分析的手机电磁波辐射特性和手机天线特性，表明使用防磁贴和天线罩具有一定的防护作用，香港测试也证实了把防磁贴加在天线上可降低移动电话在振铃和接听时的辐射量。但是，指望以此完全避开手机辐射的危害是不现实的，手机套的作用，也是非常有限的，因为手机的外壳本身就是一个很好的电磁屏蔽体，天线罩会一定程度地影响电磁波的发射与接收，手机防辐射磁片也与香烟过滤嘴的功能不相上下。
2.3配备耳机，保护人脑
　　配备耳机通话，是比较理想的防护措施。信息产业部测试移动通信设备的泰尔实验室，对国内多个型号的手机详细测试发现，使用耳机通话比直接用手机通话，头部受到的辐射要小得多。
　　但是，从手机的电磁波辐射特性，可知该频段的电磁波长在0.3m左右，可以与耳机的线长比较，因此，在某些位置，耳机线确实起到天线的作用，会将部分电磁辐射导人脑部。正如，英国《Which》杂志指出，耳机并非一点用处都没有，只是它既可能减少辐射，又可以增强辐射，在某些位置可以把手机的辐射减少10％～90％，但在其它位置，可能把辐射憎加1.5～3.5倍。辐射的程度取决于耳机和手机无线顶端之间的距离，而这个距离是随用户使用手机的姿势不同而变化的。所以用户不能完全指望用免提装置来减少辐射的危害。
2.4开发新型手机天线，改进辐射性能
　　研究新型手机天线，是解决手机辐射问题的重要途径。美国一公司研制的“手机安全表皮相列天线”，是一种平面无线，通话时，其手机天线位于嘴下，对人脑影响很小。据测试，可有效减少50％～86％的近距辐射，且对远距辐射影响不超超过10％。它能背效防止手机辐射对人体的伤害，并可提高手机的通信能力和寿命。　　另外，英国沃里克大学教授罗杰•格林发明一种新手机天线技术。利用一个行射天线、一个电介质天线和一个等电场结构构成的新型手机天线，能改变指向用户大脑的电磁波方向，它比传统天线对头部的幅对减秒97％，并增强了用于通信的电磁波能量。
2.5开发通信新技术，改进组网技术
　　开发通信新技术，改进组网技术是解决手机辐射问题的关键。采用新的调制技术和传输技术，空中接口标准尽可能采用CDMA制式。对现有网络进行改进，比如缩小基站覆盖区域，进行小区分裂和小区扇区化等，既提高系统容量，又降低终端发射功率，减小手机辐射危害。根据我国现有移动通信网络的实际，合理地进行第二代系统向第三代系统的逐步过渡。比如，采用我国具有自主知识产权的TD－SCDMA系统，可以达到更高的频谱利用率，较低的终端发射功率、满足不对称业务需要、较低的运营成本等，实现将我国已建成的第二代GSM移动通信网络向第三代低成本平滑过渡，在技术实现和经济两方面均可极大地促进我国新世纪移动通信产业的发展。 3结论
　　我国是移动电话用户增长最快的国家之一，目前手机用户己超过7000万。手机的电磁辐射及其使用的特殊性，使得人脑处于手机辐射的近区场中，直接受到电磁波的辐射影响。根据分析研究，手机电磁危害是存在的，不过也是非常有限的。长期使用手机的用户，采取一些有效的防护措施是必要的。我国移动电话尚处于发展阶段，手机辐射的潜在危害可能长期存在，因此，应该向用户提供减少手机辐射的合理建议，应该采取一些技术手段，降低移动电话电磁辐射强度，进一步研发移动通信新技术和新产品，加强手机电磁辐射危害的研究，推动我国移动通信事业的发展。