電磁波基本概念

電磁波可分為「游離輻射」和「非游離輻射」，游離輻射最為人所知的就是 X光、伽瑪-γ射線(γ-ray)(例如輻射鋼筋污染)等。非游離輻射係指頻率小於3x10¹⁵ 赫茲(Hz) 的電磁波，除了行動電話基地台外，還包括日常生活中使用的電器、

紫外線、可見光、紅外線、雷射、微波、廣播站及電力線、高壓電塔等。這些設 備產生的電磁波是相對微弱的，游離輻射的頻率比起非游離輻射高得多，必須嚴 格防護，因此諸如醫院的X光室都有鉛板作為隔間，以避免輻射外洩(李中一，2004

年)。

生物體對電磁波產生反應，取決於電磁波的頻率。學術領域通常稱「電磁波 頻譜」是因為電磁波是一種能量波，然而在高頻率時，電磁波會比較像是粒子式 的能量，電磁波的粒子特性是相當重要的關鍵點，因為每個粒子能量是能夠決定 生物效應的因素。高頻率的真空紫外線及X光(波長小於100奈米)，電磁波粒子(光

子)有足夠能量可以打斷化學鍵結，一般稱為「游離」，屬於這個範圍的電磁波頻

譜則稱為「游離輻射」，大家所熟知的X光之生物效應是與分子的游離有關。但 是在低頻率部份，如可見光、射頻、微波等，這些光子的能量不足以打斷化學鍵 結，因此稱為「非游離輻射」。因為非游離的電磁波能量無法打斷化學鍵結，所 以不需類推游離與非游離輻射造成的生物效應。

非游離的電磁波源可產生生物效應，如紫外線、可見光、紅外線，但是要取 決於光子的能量，而且它們主要是電子的激發而不是游離，頻率低於紅外線者(低 於3 x 10¹¹赫茲)則都不會發生。射頻與微波會在生物體組之內誘發電流，而產生 灼熱感，仍須取決於射源的頻率，即被照射(被加熱)物的大小和方向性。至於頻 率低於調頻廣播者，是不足以產生上述的情形。因此，有可能產生生物效應的電 磁波頻譜可歸類如下：

1. 游離輻射：可直接破壞化學鍵結，如X光和真空紫外線。

2. 非游離輻射：

(1) 光學輻射：可產生電子激發，如紫外線、可見光和紅外線。

(2) 波長小於身體：以誘發電流而造成加熱的效應，如微波和高頻率的射頻。

(3) 波長遠大於身體：很少發生誘發電流而加熱，如低頻率的射頻、電力頻率 和靜電場(直流電場)。

電場和磁場都有大小及方向性(它們是向量)。磁場可以通過兩種方式來表 示，一種是磁通密度B (magnetic flux density)，單位是特斯拉(Tesla, T)，另外一種 是磁場強度H (magnetic field strength)，單位是安培/米(A m^-1)。這兩個物理量的關 係如下：

^B  ^H (ICNIRP，1998)

 式中，  是比例常數(磁導率)；在真空和空氣以及非磁性(包括生物的)材 料中，  的值爲410^7，單位是亨利/米(H m^-1)。因此出於防護目的而 描述磁場時，只需用 B 或 H 中的一個物理量來說明。

 在遠場區域，平面波模型是一種表示電磁場傳播的很好的近似模型。暴露

于 EMF 會使體內産生電流和組織吸收能量，具體之耦合機制和涉及的頻 率有關。可以用歐姆定律表示內部電場與電流密度之間的關係：

J  E (BioInitiative Report. 2009)

 電流密度 J ，適用的頻率範圍在 10 MHz 以下。

 電流I，適用的頻率範圍在 110 MHz 及以下。

 比吸收率 SAR (Specific energy absorption rate)，適用的頻率範圍 在 100 kHz – 10 GHz。

 比吸收能 SA (Specific energy absorption)，適用於脈衝場，頻率範 圍在 300MHz–10 GHz。

 功率密度 S (Power density)，適用的頻率範圍在 10 – 300 GHz；

電磁波與電磁場，是電力或通訊設備運作過程中同時會產生，一般媒體或民 眾在談到這類議題時，常以電磁波統稱居多。電力設備屬低頻範圍，關心的主要 是電磁場效應，單位是磁通量密度：毫高斯(mG)。通訊設備屬高頻範圍，主要 是電磁波熱效應，單位是功率密度：毫瓦/平方公分(mW/c㎡)。無論何種電磁場 (波)，都會隨著距離的增加而快速地變弱。

電磁波無所不在，但大多數民眾注意到輸電線路與變電所的電磁場問題，卻 忽略電器化生活中，各種家電用品也會產生電磁場。輸電線路與變電所電磁場，

離住家多半有一大段距離，所以對住家影響不大，反倒是家用電器用品，大多近 距離使用。因此即使健康風險證據仍未得到有力的證明，WHO仍建議民眾在預 警原則下養成正確使用電器的習慣，以最小的成本達到防範目的。

表 1-2 各頻段產生非游離輻射之設備與家電產品

頻段 設備

50Hz-5kHz

電力公司所使用之高壓輸配電線，變電所。

家電用品：電腦，電毯，檯燈，電磁爐，吹風機，電視機，

洗衣機，冷氣機，錄放影機等。

5kHz-500MHz

廣播電台：調頻廣播 FM，調幅廣播 AM。

無線電及電視訊號：AM 收音機上的天線。

高周波電焊機，高週波鎔爐，高週波塑膠熔接機等。

500MHz-50GHz 無線電波：行動電話基地台，手機。

雷達，微波爐。

50GHz-2.4x1015Hz

雷射：醫院使用之雷射儀器，工業使用之雷射切割機。

可見光：太陽光，加熱鎢絲。

紅外線：烤箱，煉鋼，電燈泡，夜視鏡，太陽光，烘烤麵 包機等。