手機輻射問題研究

隨著移動電話的日益普及，人們對手機的依賴越來越大。面對手機輻射的各種傳聞，用戶在偏愛手機的同時，也難免心存余悸。現在，手機鐳射危害已成為人們越來趣關注的話題。因此，對其展開深入研究，不僅關系到消費者的切身利益，要影跑到整個移動電話制造業的發展。本文首先探討了移動電運的輻射特性、量度、對入體的影響以及研究現狀，最后提出了其輻射問題的解決方法。
　　[關鍵詞] 手機輻射；輻射量度；輻射危害；研究現狀；解決方法
1手機電磁輻射的研究
　　我國移動通信發展迅速，市場潛力巨大。隨著手機的日益普及，用戶對手機輻射危害的關注與日俱增。現在我國擁有世界上最大的GSM移動通信網，GSM數字移動通信系統用戶占有絕大多數，部分是CDMA數字移動通信系統用戶、衛星移動通信系統用戶。盡管這些移動通信系統的通信制式各不相同，但其終端——一部小型的無線收發信機，并沒有本質的差別。對人體健康的影響，主要是由其發射的高頻無線電波造成的。本文主要討論手機（移動電話）的高頻電磁輻射。
1.1手機高頻電磁輻射的特性
　　手機通信（陸地移動通信）一般適宜采用特高頻（VHF）和超高頻（UHF）頻段，其高頻電磁輻射是遵循電磁輻射理論的。電磁輻射理論是麥克期韋在1865年創立，并由赫茲在1887年證實電磁波的存在而得到驗證的。電磁輻射是帶電粒子被加速的結果，其輻射能量以電磁波的形式存在。它的傳播不需要物質媒介，可以在真空中進行，手機高頻無線電波在介質中的傳播，就是變變電場和磁場相互激勵而向外擴散的結果，并且，位于電波傳播空間中的任何物體都會對其施加或大或小的影響（例如山川、河流、樹木、建筑物等地形地形地物，降雨、降雪等氣候條件，以及終端移動速度和用戶使用方式等手機狀態）。這使得電波傳播呈現非常復雜的情形（例如反射、折射、散射、統射和吸收等），各點的場強也有較大的起伏，導致測得的場強值與一些理論模型預測值有較大的差異。
　　手機發射的電磁波，與自然弄的可見光、醫療用的X光，以及微波爐所產生的微波，都屬于無線電磁波，只是頻率不同而已。手機所用的無線電波頻率相對較低，在數百 MHz到幾個 GHz，如現在使用的150MHz、450MHz、900MHz、1800～1900MHz，第三代移動通信系統則可用到2000MHZ以上。
　　同時，手機的使用具有其特殊性，即發射天線與人體頭部距離過近，僅2～5厘米，手機天線輻射直接作用于人腦部，人體處于近區輻射場之中，輻射與耦合、直接波與反射液、吸收與折射等作用極其復雜，形成人體鄰近效應，并且，對于近區輻射場，利用功率流密度來度量已經沒有意義，雖然在離天線幾厘米的距離內，手機可能產生相當強的輻射，電磁能量密度很高，但相對于近測試點來說，輻射源無線已經不能看作是點源，而存在一定的角度，射頻能量的方向與坡印事矢量的方向S（0.5E×H）不一致，故已經不能簡單地定義功率流密度方向。但可以估等人腦部的場強值，并可以確信手機離頭部的距離是關鍵因素：即距離增大較小，人體遭受的輻射會明顯地減小（近似與距離以2～4次方下降）。
1.2手機天線的特性
　　手機天線用來輻射和接收高頻電磁波，它相當程度地影響手機的接收和發射性能。大多數手機天線是以對稱振子為基礎而發展成的各種形式的線狀天線（即輻射元長度大大長于其直徑），如鞭狀天線和螺旋天線。由于手機使用中隨時都可能改變位置和方向，故在水平間內設計為全問輻射（即沒有方向性），但這使得天線的部分輻射能量穿過人腦，即使不會損害人體健康，也被浪費了。比如，美國移動電話協會研究指出，鞭狀手機天線發射的微波，僅40％用于通信，60％的微波被人腦近距吸收了。人體的頭部近似為一個吸收介質的橢球體（其長軸約一個波長），它吸收和散射手機天線發出的電磁波，產生射頻電阻損耗，所以如果人部靠近天線，人體和導電機殼上會感應出電流，電流的耗散將改變原來的輻射圖案形狀，即改變了天線的輻射特性。人體的這種鄰近效應會劣化天線的輻射效率。為此，在設計手機天線時，必須考慮并利用到人體鄰近效應。這表明，用戶已經充當了手機設備的天線部件。所以，被隔離的手機，其天線的輻射性能會下降。這樣，測量被隔離的手機輻射是不夠精確的。在用戶通信過程中，手機不間斷地與基站聯系，需要發射～定強度的電磁波（接收的基站電磁波很微弱，可以忽略），手機天線是產生輻射最強的地方，而天線正對著入腦，因而是存在潛在危害的。
1.3手機輻射的量度
　　我國對輻射污染的控制標準，沿襲了前蘇聯20世紀80年代（國內手機出現之前）的標準，即用功率流密度來衡量，每平方厘米不超過40微瓦（40μm／cm2），如今歐洲的標準是每平方厘米不超過450微瓦，美國則高達500微瓦，相比之廠我國的標準顯得過于嚴格。現在測試發現，如果依據這一標準評判，幾乎沒有一部手機能夠通過。但是，如果僅僅測量手機輻射出的電磁場量是不全面的，因為有一部分輻射能量會從人體某些部位穿過而不被人體吸收。因此，測量人體吸收的電磁輻射能量更有意義。
　　現在，國際上通行的方法是國際移動電訊協會（CTIA）定義的“比吸收率”（Specific Absorbed Radiation－SAR）來測量人體吸收無線高頻輻射量。它的單位為：W/kg（或mw／g），表示的是每千克（或每克）人體（如大腦）吸收的電磁輻射能量，它較準確地反映了電磁輻射對人體產生的影響。比如，聯邦委員會（FCC）規定，手機的最大SAR水平必須低于1.6W／kg，才能通過認證。經測試發現，即使通過了FCC認證的各類手機，放在人體耳邊時最大SAR水平相差懸殊，比如：Ericsson T28World SAR為1.49；NokiaDigital5160 SAR為1.45；而Motorola Star TAC7860 SAR為0.24 Qualcomm pdQ－1900 SAR為0.26。這說明，FCC規定的手機輻射認證指標并非十分苛刻，而是較為寬松的。
　　我國對手機輻射危害是相當重視的，已有能力測定手機輻射SAR指標，并著手制訂手機輻射的國家標準，這既是為用戶釋疑，也是移動電話發展的迫切需要。爭機輻射危害已引國際社會的廣泛關注。CTIA要求各移動電話制造廠商提交其產品的SAR資料。我們認為，移動電話業應該吸取香煙制造業的教訓，應該坦率地告訴手機用戶移動電話的SAR值。
1.4手機輻射對人體的影響
　　手機電磁波輻射以及越來越多的科技證劇，表明手機輻射的高頻電磁波對人體有如下兩方面的直接影響：　　其一是高能級射頻輻射的熱效應，即手機輻射的微量電磁波，被人體吸收后，會使局部組織升溫，造成生物破壞。現在，模擬手機的發射功率最大，GSM數字手機天線口的輻射功率最大可超過2W（33dm），CDMA數字手機的發射功率可小于0.5W（27dBm）可見手機輻射危害，并非謠傳。若一次通話過久，而且姿勢保持不變，還是會使局部組織溫度升高，造成病變。比如，美國食品藥物管理局認為，手機發射的高能級輻射會產生生物性損害。當然，手機對人體組織所能產生的熱，是很有限的。這種熱效應，已得到科學界的認同，并致力于研究微量射頻輻射對人體健康產生影響的機理和程度。
　　另一種影響是低能級射頻輻射的非熱效應，可能造成經常使用手機的人，出現頭痛、記憶力降低以及一些潛在生物破壞。目前，越來越多的研究，提醒注意非熱效應危害。動物實驗表明，低能級輻射會加速實驗動物細胞的生長。物理學家海蘭德指出，手機的真正危害來自于它的低強度輻射，即非發熱型輻射（non－thermal radiation）。英國華域大學艾倫博士指出低量度的輻射亦能產生細小而非熱能的影響。放射腫瘤學教授約翰?莫爾德認為，手機電磁輻射如同X光和太陽光的紫外線輻射，能破壞人體的脫氧核糖核酸（DNA），可能致癌。　　當然，與X光不同，手機高頻輻射是一種非致電離輻射。X光可通過分散電子的過程，把人體細胞的原子變成可能對人體有害的離子，但非致電離輻射不能。長期研究發現，手機非致電離輻射會造成腦膠質細胞發生 DN A分子鏈損害，導致DNA堿基分子鏈斷裂，引起細胞的癌變、甚至引發腦瘤、血癌和淋巴系統腫瘤。通常，人體內正常的免疫監控系統，能及時識別和清除這些畸變的細胞。但這種損害長期、反復地發牛，人體周而復始他進行這種畸變與抗畸變的過程，就可能失去對畸變細胞的修復或清除能力，腫瘤就可能發生。大鼠試驗旺明，長期處于強電磁場中大鼠患腦瘤的幾率高出正常情況的一倍。最近，我國解放軍304醫院發現一例罕見的腦膠質瘤，就可能與長期經常使用手機有關。
　　研究表明，人體對電磁輻射的吸收，可能是一種相干吸收，即一種典型的諧派現象。電磁波的電場極化沿人體細線的方向，如果人射波長是人體高度的2．5倍或5倍（由接地條件決定），那么人體就會感應相當強的射頻相干電流。若人體接地良好，則人體上的感應電流類似于地面上的1／4波長振子上的電流，老接地不好，則相當于諧振半波攝于上的電流。研究發現，此時人體最大的射頻能量吸收發生在人體組織最小截面處（如，腳脖子、頸、腹股溝等區域）。人體吸收射頻輻射能量的機理，現在仍存在爭議。實際上人體帶有的磁性材料是不確定的，不能直接接收磁能。人體主要由水、電解質和具有人凈輕的復雜分子組成，人體通過離于運動和極性分子振蕩而從射頻電場吸收能量，而磁場能量的吸收則須通過法拉第連鎖現象文現的。
　　人體活性組織從電磁場所吸收的全部能量，最初用于增加人體組織細胞中的分子和離子的機械運動，如果這種機械運動是隨機的，那么所有電磁能將被吸收轉化為熱，最終提高被輻射組織的溫度。如不是隨機的而是相干的，則在轉化為熱之前，電磁能量可能支持某些生物化學作用（如酶的活性化），即非熱效應。雖現在尚未十分清楚，但可以認為人體組織對能量的相干吸收是很小的。
　　另外，已經發現手機輻射的間接影響，即手機輻射的電磁場可能使手機材料中的水銀等物質活化并釋出有毒氣體，影響大腦的中樞系統，引發抑郁、哮喘、老人癡呆癥等癥狀。
1.5手機輻射研究現狀
　　自1993年全球首宗移動電話索賠案，人們對移動電話安全隱患就一直存在疑慮，科學界也進行了一系歹忖目關研究。可謂移動電話引發了有史以來世界上最大型的生物科學實驗。迄今為止，社會各界對手機電磁輻射問題仍未達成共識。
　　美國移動電話協會研究發現，長期使用手機，除了易得胞癌外，還會造成細胞基因死亡。手機掛在腰間，對腎臟、卵巢等臟器會造成傷害。美國無線技術研究計劃小組證實使用手機對人體有害。雖還不能證明手機輻射能否破壞DNA，但部分實驗表明這些輻射可以導致人體血液細胞的基因改變。
　　土耳其半官方科學暨研究中心的實驗表明手機微波輻射會破壞生物免疫系統及基因細胞，女性因此容易產下畸形兒甚至演變成不孕癥。手機輻射容易破壞血液細胞的結構，造成聽力減退或失聰、臉部神經麻木或臉部局部肌肉抽搐以及倦意等現象。
　　華盛頓大學專門研究移動電話的專家黎享利對老鼠實驗的研究顯示，手機輻射可能影響用戶短期記憶，還可能禍及長期記憶。另一位生化工程研究教授稱，自1996年以來發表的關于微波輻射影響的論文中，80％指出有生物效應，包括對腦功能行為、免疫系統及基回的影響。瑞典隆德大學的研究人員用微波脈沖照射老鼠的試驗，證實手機機輻射可能對用戶的腦部產生危害。比如，包括出現老人癡呆癥、帕金森癥以及出現硬化癥等。
　　西班牙Complutense大學的研究小組研究發現，對于非球形細胞，手機輻射所誘導的電場強度依賴于細胞相對于輻射源的角度。電場在跨越細胞膜時被放大了。其中橢圓形細胞和圓柱形細胞比理想的球形細胞內具有更強的電場，相鄰細胞間的相互影響顯著改變了各個細胞內的電場強度。因此，研究手機電磁輻射的生物影響時，必須考慮細胞形狀及細胞相互影響的聯合作用。
　　然而，法國科學院稱，全球數十個實驗室對手機輻射測試，表明使用手機對人體健康無明顯影響。認為手機釋放一定量的電磁波是不爭的事實，但絕大多數實驗室的研究結果證實，手機釋放的電磁波不足以對人體健康造成不良影響。《美國醫學會雜志》指出，短期內使用手機與患腦癌沒必然聯系，這與《新英格蘭醫學雜志》公布的研究結果一致。
　　兩篇有關射頻輻射遺傳傷害的論文中，Verschaeve和Maes認為：大多數論文都指出，在RF輻射范圍內，尤其是在移動電話頻率內，并不會造成遺傳傷害。它們不會在試管內（在細胞培養上）和生物體內（動物體內）產生遺傳效應，至少在非熱效應條件下，也似乎不會產生畸形成引發癌癥。Brusick等人指出，過百篇研究報告的數據資料表明，RF輻射不會亙接導致變異，而在輻射量相對受到限制的情況下，可能會在基因的復制一轉錄上出現一些較為微妙的間接效應。
　　我國消費者協會對手機的近場電磁輻射進行測試發現，手機輻射最高達到10000μw／cm2，最小值出達到300μW／cm2，電磁輻射劑量已超過我國衛生標準允許的上限。北方交大的一項調查表明，手機的電磁輻射，有一半被人體吸收，其中有四分之一被人腦吸收。長期使用手機的人，已經出現頭暈、記憶力減退、視力下降、耳部出現紅斑等癥狀。
　　衛生部科技開發研究課題《移動電話手機對神經行為影響調查》研究結果，表明使用移動電話手機可引起使用者出現神經行為反應時間方面的不良反應。科研專題《北京市電磁輻射環境調查與污染控制對策建議》中指出，移動通信技術發展迅速，市區高層建筑上移動通信基站天線林立，一方面形成相互干擾，另一方面造成高層居民樓的電磁環境污染。部分手機的電磁輻射近場測試結果表明，即使按照歐洲或美國的標準，國內市場銷售的GSM手機的電磁輻射量也均超過標準。我國香港科研人員的測試顯示，手機在接通時產生的輻射比通話時產生的輻射高20倍。
　　目前，社會各界對手機輻射問題仍在進行繼續研究，國際癌癥研究中心也在世界范圍內進行手機與癌癥及流行病的研究。
2手機輻射問題的解決
　　由以上研究可見，手機電磁輻射對人體的危害是非常有限的，但是其輻射亙接作用于人腦，且用戶頻繁使用，因此可能對人體造成一些潛在影響，所以采取一定的防護措施也是必要的。從手機電磁輻射的特性和手機通信系統設計特點，可得出一些針對用戶減小輻射危害的有效措施。
　　在手機接通的最初幾秒，通信鏈路處于建立之中，電磁輻射最強，最好不要馬上貼月接聽。盡可能少使用手機，縮短通話時間；使用分離耳機和分離話筒，會大大降低頭部受到的電磁輻射。在信號較弱的地方使用手機，應技出天線以改善通信質量，使手機工作在較低的發射功率電平等級上，以降低電磁輻射強度；在室內通括，盡量靠近窗邊、門口和過道口；如接收信號微弱，應轉身走動，或關閉手機，避免網絡企圖維持通信，而使手機發射出更強的電磁輻射。
　　但是，對于通信產品設計者，手機輻射問題的根本解決在于研究新的手機無線輻射技術和開發新的手機輻射防護技術，以及新的組網技術和通信技術
2.1標示SAR水平，監管手機輻射
　　我國應盡快制訂控制手機輻射的新標準，并要求手機及其零部件出口商和國內手機生產廠商公布手機輻射數據，在海關和大中城市設立手機輻射檢測點，以保護用戶安全與健康。比如英國衛生部門公布各種手機的輻射水平，并向用戶提供減少輻射的建議，其政府的規定，出售的手機須附上健康警示，并敦促兒童不要長時間使用手機。
　　然而，手機SAR的測量手段很復雜，且隨著測試條件和測試方式的變化，測試結果可能相差很大。因此，標示的SAR值的作用是很有限的。比如，愛立信認為沒有詳細解釋的數字對消費者并沒多大的幫助；摩托羅拉公司表示，沒有任何旺據顯示輻射量低的手機會比其他手機更安全，并且，標示輻射量的做法，會使顧客在購機時以輻射量為主要參考而忽視手機的其它功能。
2.2使用防磁貼與天線軍，減輕輻射危害
　　手機防輻射產品，比如，甲殼蟲吸磁器、巨無霸防磁片、守護神防護器等，具有一定的防輻射功能。由信息產業部南京55所等研制的護腦貼，由一種稀有貴金屬組成，貼于聽筒部位即可將手機發射的電磁波輻射衰減至五萬分之一。微安公司制造的手機電磁波吸阻器，鑲有珍珠、黑瑪消與水晶，直接營置在手機天線上，經國際通訊認證實驗室測試，證實在不影響正常通信的情況下，可大幅降低天線發射的電磁波對人體的影響。英國 Microshield工業公司生產的新型手機套，其皮層中含有辮狀聚酯絲，可以消除手機發出的低頻微波輻射。
　　由前面分析的手機電磁波輻射特性和手機天線特性，表明使用防磁貼和天線罩具有一定的防護作用，香港測試也證實了把防磁貼加在天線上可降低移動電話在振鈴和接聽時的輻射量。但是，指望以此完全避開手機輻射的危害是不現實的，手機套的作用，也是非常有限的，因為手機的外殼本身就是一個很好的電磁屏蔽體，天線罩會一定程度地影響電磁波的發射與接收，手機防輻射磁片也與香煙過濾嘴的功能不相上下。
2.3配備耳機，保護人腦
　　配備耳機通話，是比較理想的防護措施。信息產業部測試移動通信設備的泰爾實驗室，對國內多個型號的手機詳細測試發現，使用耳機通話比直接用手機通話，頭部受到的輻射要小得多。
　　但是，從手機的電磁波輻射特性，可知該頻段的電磁波長在0.3m左右，可以與耳機的線長比較，因此，在某些位置，耳機線確實起到天線的作用，會將部分電磁輻射導人腦部。正如，英國《Which》雜志指出，耳機并非一點用處都沒有，只是它既可能減少輻射，又可以增強輻射，在某些位置可以把手機的輻射減少10％～90％，但在其它位置，可能把輻射憎加1.5～3.5倍。輻射的程度取決于耳機和手機無線頂端之間的距離，而這個距離是隨用戶使用手機的姿勢不同而變化的。所以用戶不能完全指望用免提裝置來減少輻射的危害。
2.4開發新型手機天線，改進輻射性能
　　研究新型手機天線，是解決手機輻射問題的重要途徑。美國一公司研制的“手機安全表皮相列天線”，是一種平面無線，通話時，其手機天線位于嘴下，對人腦影響很小。據測試，可有效減少50％～86％的近距輻射，且對遠距輻射影響不超超過10％。它能背效防止手機輻射對人體的傷害，并可提高手機的通信能力和壽命。　　另外，英國沃里克大學教授羅杰?格林發明一種新手機天線技術。利用一個行射天線、一個電介質天線和一個等電場結構構成的新型手機天線，能改變指向用戶大腦的電磁波方向，它比傳統天線對頭部的幅對減秒97％，并增強了用于通信的電磁波能量。
2.5開發通信新技術，改進組網技術
　　開發通信新技術，改進組網技術是解決手機輻射問題的關鍵。采用新的調制技術和傳輸技術，空中接口標準盡可能采用CDMA制式。對現有網絡進行改進，比如縮小基站覆蓋區域，進行小區分裂和小區扇區化等，既提高系統容量，又降低終端發射功率，減小手機輻射危害。根據我國現有移動通信網絡的實際，合理地進行第二代系統向第三代系統的逐步過渡。比如，采用我國具有自主知識產權的TD－SCDMA系統，可以達到更高的頻譜利用率，較低的終端發射功率、滿足不對稱業務需要、較低的運營成本等，實現將我國已建成的第二代GSM移動通信網絡向第三代低成本平滑過渡，在技術實現和經濟兩方面均可極大地促進我國新世紀移動通信產業的發展。 3結論
　　我國是移動電話用戶增長最快的國家之一，目前手機用戶己超過7000萬。手機的電磁輻射及其使用的特殊性，使得人腦處于手機輻射的近區場中，直接受到電磁波的輻射影響。根據分析研究，手機電磁危害是存在的，不過也是非常有限的。長期使用手機的用戶，采取一些有效的防護措施是必要的。我國移動電話尚處于發展階段，手機輻射的潛在危害可能長期存在，因此，應該向用戶提供減少手機輻射的合理建議，應該采取一些技術手段，降低移動電話電磁輻射強度，進一步研發移動通信新技術和新產品，加強手機電磁輻射危害的研究，推動我國移動通信事業的發展。