手機輻射的危害到底有多大?​


手機輻射的危害到底有多大?​

「別總玩手機了,輻射大得很,對身體不好!」這曾經是中國父母對子女不厭其煩的叮囑。

的確,手機是一直要被抱著上網,或者緊貼在頭上打電話,甚至摟著睡覺的,堪稱我們關係最密切的夥伴。

這個夥伴要工作,就得源源不斷地向外輻射「電磁波」這種看不見摸不著的神祕能量。

離手機最近的,就是我們的頭部。頭骨裡那柔弱的大腦,正是人體的司令部,經不起一點閃失。

手機產生的電磁輻射,就在如此近的距離作用於大腦,到底會不會對身體有什麼不利的影響?

其實,這是一個有著數十年曆史的古老問題,隨著5G等新技術的發展又不斷被反覆追問,歷久而彌新。

下面,蜉蝣君將和大家探討下面幾個問題:

  • 什麼是電磁輻射?
  • 電磁輻射是否對人體有害?
  • 手機產生的輻射到底有多大?
  • 我們該怎麼辦?


1、什麼是電磁輻射?


電和磁是密不可分的兩種物理現象。變化的電場產生磁場,變化的磁場又產生電場,兩者互為因果,形成電磁場。

電磁場就這樣在電生磁,磁生電的過程在空間中不斷傳播開來,把能量像潮水一樣一波一波地向前散播開來,形成了電磁波。

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電磁波(紅色的線表示電場,藍色的線表示磁場)

這些電磁波以光速向前傳播。由於光速恆定,所以波長和頻率就是成反比關係,即波長越長,頻率越低;反過來就是波長越短,頻率越高。

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電磁波波長和頻率的關係

電磁波的能量和頻率緊密相關。不同頻率的電磁波所含能量不同,其輻射於人體並被吸收之後,產生的作用是不同的。

無線電波,微波,紅外線,這些型別的電磁波頻率較低,被人體吸收之後,所含的能量最終都轉化成了熱量。

這種型別的輻射就叫做「非電離輻射」。顧名思義,就是不會使人體產生電離效應的輻射。

那什麼是電離呢?且看下面這種高頻電磁波的所作所為。

隨著電磁波頻率的升高,到了X射線和伽瑪射線(γ射線)這個級別,就可以稱為高能電磁波了。

這些高能電磁波會把人體內的原子中的電子給直接轟擊出去,失去電子的原子就帶上了正電,這個過程就叫「電離」。

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電離輻射破壞人體微觀結構

電離會對人體內部從微觀上產生破壞。毫無疑問,電離輻射對人體的傷害是巨大的

電磁波的頻率越高,能量越強,電離能力越強。在電磁波譜上,過了可見光,到了遠紫外線這個級別的時候,電離能力就已經比較強了。

電離輻射的危害是巨大的,這一點確鑿無疑,因此也沒有必要再進行討論。

那麼,廣泛應用在無線通訊中的無線電波或者微波產生的非電離輻射到底是否對人體有害呢?


2、非電離輻射是否對人體有害?


這個問題看似簡單,普羅大眾也都期望獲取到一個非常明確的答案。如果無害就敞開用,有害就少用!

然而非常遺憾,科學共同體對此的回答是:不知道,因為沒有徹底搞清楚,還存在爭論

當然更字斟句酌的回答是:迄今為止,沒有任何研究表明存在一致的證據,證明接觸射頻場強度低於造成組織發熱的限值,會產生不良健康後果

早在1996年,世界衛生組織(WHO)就建立了「國際電磁場計劃」,以調查人體長期暴露在極低頻電場和磁場中是否會危害健康。

在2008年,該專案最終釋出了對電磁輻射長期調查的評估結果與建議,也就是上述那段科學而嚴謹的描述。

為什麼經過了長達12年的研究,只得出了這樣一個似是而非的結論?

當電磁波作用於人體時,非電離輻射會產生兩種影響:熱效應和非熱效應。下面我們這兩種效應分開說。

所謂熱效應,即是人體受電磁波的影響,內部產生感應電流,體內的分子運動加劇,電磁波的能量最終轉化為熱量。

熱效應的原理已經研究的很透徹了,並在我們的日常生活中一直在使用,微波爐就是熱效應的最經典應用。

有人說,既然微波爐可以把食物加熱到熟透乃至燒焦,那肯定也會對人體產生類似傷害。

這種說法是因為,微波爐的功率一般在一千瓦以上,加熱效果自然顯著,人體組織自然扛不住如此高功率的摧殘。

而手機的發射功率一般只有0.1到2瓦,對人引起的區域性溫度升高不會超過0.2度,再加之血液的流動,基本不會對人體產生影響。

真正麻煩的是“非熱效應”。

人體長時間暴露在低熱效應的電磁環境裡,雖然不會受到組織發熱等影響,但是也可能會存在其它生理影響,這些影響被統稱為非熱效應。

比如下面幾個問題:

細胞生長和增殖會不會受到影響?

體內各種酶的活性會不會受到影響?

組織的修復和再生會不會受到影響?

上面幾個問題的實質是,人體是精密而複雜的,內部同時進行著多種物理化學過程來支撐各種各樣的生理活動,這些活動會不會受到持續的外部電磁場的影響呢?

關於這方面的研究可以說是百花齊放,百家爭鳴,爭議遍地,持續數十年依然不清不楚。

2011年,世界衛生組織(WHO)下屬的國際癌症研究機構(IARC)將手機定義為“可能致癌物”,歸屬2B類(同屬2B類的還有咖啡,泡菜等)。

IARC釋出的評估報告稱,無線通訊裝置產生的電磁場增加了患神經膠質瘤(一種腦瘤)的風險,有可能是一些人患癌症的原因。

2016年5月,美國政府資助的一項研究通過對小白鼠的實驗顯示,長期高強度使用手機,可能導致大腦神經膠質瘤和心臟神經鞘瘤發病風險上升。

這似乎印證了之前IARC釋出的評估報告。但是該發現也引發了業界內外不少爭論與質疑。

2018年3月,美國國家環境科學研究所國際毒理學計劃也公佈了一份關於大鼠小鼠手機電磁輻射致癌的報告草案。

但報告中也同時提到,這項研究是同類研究中規模最大的,但是它依然不夠完善,變數控制不夠充分等等問題依然存在,導致無法百分百確信結論的正確性。

同時,國際上亦有多家機構進行了手機使用與癌症關係的研究,但這類研究大多因「研究方法選擇不恰當」或「樣本數過小」等問題受到質疑。

除了這些得出負面結論的研究,正向的研究結論也是屢見不鮮。

多年以來,在東歐地區存在一種毫米波療法:通過每天毫米波照射中暴露15-30分鐘,持續5-15天,可以治療胃潰瘍、心血血管疾病、呼吸道疾病、面板病等。

美國天普大學的學者發現61.22GHz的毫米波能夠抑制皮下腫瘤生長。另外的一些研究表明,毫米波可以增強人體免疫系統。

甚至,由於認為毫米波可以促進傷口癒合,並且不留傷疤,它也已經在俄羅斯的一些美容診所中用以醫療美容。

面對這樣看似充滿爭議的局面,各種頻段電磁波的非電離輻射對人體的好處姑且不談,業界普遍還是傾向於非電離輻射是沒有害處的。

總結下來還是那句話:迄今為止,沒有任何研究表明存在一致的證據,證明接觸射頻場強度低於造成組織發熱的限值,會產生不良健康後果。


3、手機輻射的國際標準


為了保險起見,各個國家和組織制定了相關的電磁輻射暴露健康標準,將手機的輻射嚴格限制在一個很小的範圍內。只要手機遵守這些標準,就可以認為是安全的。

這些健康標準都指向了一個指標:SAR,專用於手機等便攜通訊裝置近場輻射對人體健康影響。

SAR的全稱是Specific Absorption Ratio,中文意為「比吸收率」。其定義為「人體的一部分組織,平均一秒鐘時間會吸收多少手機發出的電磁波能量」,單位為W/kg。

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SAR的數學定義

要評估這個值,需要明確兩個變數的取值範圍:

1. 測量的人體組織樣本的質量取多少?

2. 連續測量多長時間進行平均?

上述兩個變數的取值在歐洲和美國是不同的,因此導致了標準數值上的差異。

歐洲的標準是取10克的人體組織作為測量單位,連續測試6分鐘,依此得出的SAR值不得超過2.0W/kg。

美國聯邦無線電委員會(FCC)制定的標準更為嚴格,取1克的人體組織作為測量單位,並連續測試30分鐘,依此得出的SAR值不得超過1.6W/kg。

這個值呢,是一個雙刃劍。定地鬆了起不到保護人體健康的作用,定地太苛刻了又會限制行業的發展。

中國則經過了長期研究,在2007年釋出了GB 21288《行動電話電磁輻射區域性暴露限值》這一強制標準。

該國標借鑑了歐洲的標準,明確規定:「任意10克生物組織、任意連續6分鐘內的平均比吸收率(SAR)值不得超過2.0W/kg」。

除此之外,國標還要求廠家在產品說明書中用黑體字標註SAR值,並鼓勵同時在產品外包裝上標明,如下圖所示。

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國標對手機SAR標註的要求

SAR的測試需要經過標準,嚴格的流程。行業推薦標準YD/T 1644.1-2007中對測試模型和測試流程進行了非常詳盡的描述。

首先製作一個標準的人體模型,其形狀是根據人體學研究中90%成年男子頭部的研究報告而制定的,模型的耳朵模擬人使用手持裝置時耳朵的扁平狀態。

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用於測試手機SAR的人體模型

然後再給模型內注入和人體的電介質特性相同的模擬組織液(其實模擬的就是大腦組織)。不同頻段上模擬組織液的引數有細微的不同。

為了評估SAR的三維分佈,裝有探頭的掃描定位系統應可以掃描模型內部的整個電磁輻射的暴露體積以及強度。

考慮到打電話時手持手機的習慣,測試時,手機在頭部模型上的兩種測試位置 「貼臉」和「傾斜15°」都需要進行。

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測試手機SAR值需要考慮的兩週手持手機姿勢

利用此模型,再經過複雜而嚴謹的測試流程,就可以得到準確的頭部SAR值了。


4、SAR值和手機的發射功率之間的關係


手機的發射功率一般都很小,且大多數時間都不需要滿功率發射。

在2G的GSM技術下,手機的最大發射功率可達到33dBm(2W),但是GSM的一個載頻分為8個時隙,手機同時只能佔用一個時隙,因此平均下來的發射功率僅為250毫瓦。

在3G的WCDMA技術下,手機的發射功率只在2100M上最大支援33dBm(2W),其他頻段都是21dBm(125毫瓦)或者24dBm(250毫瓦)。並且手機還要進行每秒1500次的功率控制,在能滿足需求的基礎上力爭把手機的發射功率降到最低。

在4G的LTE技術下,手機的最大發射功率僅為23dBm(200毫瓦),跟2G和3G手機的平均發射功率相差不大。

到了5G,手機在幾個主流的TDD頻段(比如移動的2.6GHz和電信聯通的3.5GHz)上的發射功率可以達到26dBm(400毫瓦)。但TDD的上行時隙佔比較低,一般為30%,另外70%的時間手機其實是不發射功率的,這樣平均下來也是小於23dBm的。

一般來說,手機的發射功率和手機的通訊質量密切相關,手機在設計時必然是要遵守協議,通過降低發射功率來減小SAR是得不償失的。

在測試時需要把手機的發射功率設定為最大,因此,在滿足協議的前提下,所有手機在這一點上是站在同一起跑線的。

要降低SAR,在手機設計中是一個綜合性的系統問題。在設計初期,就需要充分考慮主機板的設計,天線的位置,聽筒,話筒,以及電池的合理放置,在保證發射功率的同時,調整天線的方向圖,減少直接面向頭部的峰值。

大量的實驗資料也已證明,各款智慧手機的SAR值主要取決於天線種類,位置,內部電路設計,以及外觀設計等因素,而非行動通訊的制式。

不同品牌的手機,甚至同一品牌不同型號的手機,其SAR值之間相差往往非常大。

在去年年初,德國聯邦輻射防護辦公室針對德國市場銷售的手機發布了一份手機輻射排行榜,結果國產品牌霸屏。

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德國聯邦輻射防護辦公室公佈的手機輻射TOP16

如上圖所示,在輻射SAR值較高的前16名中, 小米和一加各佔4款,「包攬」了半壁江山。

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德國聯邦輻射防護辦公室公佈的手機輻射較低的16款手機

而在SAR值較低的16款手機中,三星一家竟然佔據半數,國產品牌只剩下中興手機了。

儘管這些手機的SAR值都小於2.0W/kg,是符合標準的,但沒有對比就沒有傷害,某些國產品牌跟三星相比還是不足的。

蘋果手機可以非常方便地查詢SAR值。只需進入:設定→通用→法律與監管→射頻暴露,就可以看到關於SAR值的解釋說明和一個連結,點選連結進去該型號的SAR值了。

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蘋果手機查詢SAR的介面

鑑於蘋果一向嚴謹的態度,下面的SAR值應該是可信的。蜉蝣君目前所用手機的SAR值為0.56W/Kg,遠低於中國國標的要求。

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蘋果iPhone7手機的SAR值

至於安卓手機,由於廠家較多,蜉蝣君測試了手邊的一部紅米,一部華為。兩部都是翻遍設定都沒有找到檢視SAR的地方。上了小米官網,試圖查詢最新的小米10 Pro的SAR值,也無果而終。

現狀如此,相信後續會有清晰的查詢辦法,我們也只能拭目以待了。


5、我們該怎麼辦?


手機的輻射客觀存在,然而目前世界上有太多的未知沒有發現,電磁生物學也確實沒有辦法證明手機輻射無害,只是能是傾向於無害。

那我們應該怎樣和手機這個不能離開須臾的夥伴相處呢?

「嘴上說不要,身體卻很誠實」正是上述問題的最佳答案。現如今,不但在這些「輻射有害」的教誨下成長的年輕人依舊我行我素抱著手機嗨玩,連這些曾視手機輻射為洪水猛獸的父母們竟也都沉迷在各式各樣的手機APP其中無法自拔了。

其實,我們的大腦無時無刻不在進行利弊的權衡,從而取得利益最大化的決定。

比如,儘管吸菸明確致癌,其中的放射性物質還有電離輻射,但它帶來的愉悅是絕對的立竿見影的,菸民們還是願意為此付出健康風險的代價。

酒精,也是不折不扣的一類致癌物,但仍然阻止不了人們在飯桌上推杯換盞,把酒言歡。

各種各樣的藥物,其不良反應經常能長達好幾頁紙,但病人們還是能毫無心理壓力地吞嚥下去。原因無他,其利遠大於弊。

對於上述明確有害的事情我們我們尚且可以權衡利弊而決策,那麼,對於沒有任何明確證據證明有害的非電離輻射,最優選擇當然是不言自明的。

綜上,作為一個理性的人,在無線通訊給我們帶來的前所未有方便快捷,甚至愉悅面前,是沒有可能拒絕的,非電離輻射那一點未知的風險簡直是不值一提。

曾經,那群原始人圍著熊熊燃燒的火堆,火焰強烈地發射著紅外線和可見光,這些攜帶能量的電磁波(紅外線,可見光)照射在肥美的羊肉上,脂肪嗞嗞作響,激起美拉德反應,香氣四溢。他們暢談未來,載歌載舞。

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圍著火堆跳舞的人

時光如梭,這些人已傳承為現在的我們,雖然外表可能已經大不相同,但內在的需求依然如舊。

因為,作為一個個孤立的個體,我們是孤獨的,對美食,通訊和社交的渴望早已鐫刻在了基因裡。

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