我們的自然環境和人工環境都會產生不同大小的電力和磁力——在戶外、辦公室、家庭和工業工作場所。 這就提出了兩個重要問題：(1) 這些暴露是否會對人類健康造成任何不利影響，以及 (2) 可以設置哪些限制來嘗試定義此類暴露的“安全”限制？

本次討論的重點是靜電場和磁場。 對各行各業的工人以及動物進行的研究均有所描述，這些研究未能證明在通常遇到的電場和磁場暴露水平下有任何明顯的不利生物影響。 儘管如此，仍試圖討論許多國際組織為製定指導方針以保護工人和其他人免受任何可能的危險水平暴露所做的努力。

術語定義

當電壓或電流施加到物體（例如電導體）時，導體會帶電並且力開始作用於附近的其他電荷。 可以區分兩種類型的力：由靜止電荷產生的力，稱為 靜電力， 和那些只在電荷移動時出現的（如導體中的電流），稱為 磁力. 為了描述這些力的存在和空間分佈，物理學家和數學家創造了 領域。 因此，人們談到力場，或簡稱為電場和磁場。

術語 靜止 描述了一種情況，其中所有電荷都固定在空間中，或者以穩定的流動方式移動。 結果，電荷和電流密度隨時間恆定。 在固定電荷的情況下，我們有一個電場，其在空間中任何一點的強度都取決於所有電荷的值和幾何形狀。 在電路中電流穩定的情況下，電場和磁場隨時間恆定（靜態場），因為電路中任何一點的電荷密度都不會變化。

只要電荷和電流是靜止的，電和磁就是截然不同的現象； 在這種靜態情況下，電場和磁場之間的任何相互聯繫都消失了，因此它們可以分開處理（與時變場的情況不同）。 靜態電場和磁場的明顯特徵是穩定的、與時間無關的強度，並且對應於極低頻 (ELF) 頻帶的零頻率極限。

靜電場

自然和職業暴露

靜電場是由帶電物體產生的，其中在靜電場內的物體表面感應出電荷。 因此，物體表面的電場，特別是半徑較小的地方，例如一個點，可能比未受擾動的電場（即沒有物體存在的場）大。 物體內部的場可能非常小或為零。 帶電物體將電場視為一種力； 例如，一個力將施加在體毛上，這可能被個人感知。

平均而言，地球表面帶負電荷，而高層大氣帶正電荷。 在地球表面附近產生的靜電場強度約為 130 V/m。 該場隨著高度的增加而減小，其值在100米高度處約為100 V/m，在45 km處為1 V/m，在1 km處小於20 V/m。 實際值差異很大，具體取決於當地的溫度和濕度分佈以及電離污染物的存在。 例如，在雷雲下方，甚至在雷雲接近時，地平面也會發生大的場變化，因為通常云的下部帶負電，而上部帶正電。 此外，雲和地面之間存在空間電荷。 隨著雲的接近，地面的磁場可能會先增強然後反轉，地面帶正電。 在此過程中，即使沒有局部閃電，也可能觀察到 100 V/m 至 3 kV/m 的電場； 磁場反轉可能會在 1 分鐘內非常迅速地發生，並且在風暴持續期間可能會持續存在高場強。 普通雲和雷雲一樣，都含有電荷，因此對地面的電場有很大影響。 在有霧、雨和自然產生的小離子和大離子的情況下，預計與晴天場的偏差高達 200%。 在完全晴朗的天氣下，甚至可以預期日常週期中的電場變化：局部電離、溫度或濕度的相當規律的變化以及由此導致的地面附近大氣電導率的變化，以及局部空氣運動引起的機械電荷轉移，可能是造成這些晝夜變化的原因。

辦公室和家庭中典型的人造靜電場水平在 1 至 20 kV/m 範圍內； 這些場經常在高壓設備周圍產生，例如電視機和視頻顯示單元 (VDU)，或由摩擦產生。 直流 (DC) 傳輸線會產生靜電場和磁場，是一種經濟的長距離配電方式。

靜電場廣泛應用於化工、紡織、航空、造紙、橡膠等行業和交通運輸。

生物效應

實驗研究幾乎沒有提供生物學證據表明靜電場對人體健康有任何不利影響。 為數不多的動物研究似乎也沒有產生支持對遺傳學、腫瘤生長或內分泌或心血管系統產生不利影響的數據。 （表 1 總結了這些動物研究。）

表 1. 暴露於靜電場的動物研究

沒有 體外 已經進行了研究以評估將細胞暴露於靜電場的影響。

理論計算表明，靜電場會在暴露的人的表面感應出電荷，如果對接地物體放電，可能會被感知。 在足夠高的電壓下，空氣將電離並變得能夠在例如帶電物體和接地人之間傳導電流。 這 擊穿電壓 取決於許多因素，包括帶電物體的形狀和大氣條件。 相應電場強度的典型值介於 500 和 1,200 kV/m 之間。

來自一些國家的報告表明，許多 VDU 操作員都經歷過皮膚病，但這些與 VDU 工作的確切關係尚不清楚。 VDU 工作場所的靜電場被認為是這些皮膚病的可能原因，並且操作員的靜電荷可能是一個相關因素。 然而，根據現有研究證據，靜電場與皮膚病之間的任何關係仍必須被視為假設。

測量、預防、暴露標準

靜態電場強度測量可以簡化為電壓或電荷的測量。 市場上有幾種靜電電壓表可以在沒有物理接觸的情況下準確測量靜電或其他高阻抗源。 有些使用靜電斬波器來實現低漂移，並使用負反饋來提高精度和探頭到表面的間距不敏感。 在某些情況下，靜電電極通過探頭組件底部的小孔“觀察”被測表面。 在該電極上感應的斬波交流信號與被測表面和探頭組件之間的差分電壓成正比。 梯度適配器也用作靜電電壓表的附件，並允許它們用作靜電場強度計； 可以直接讀出被測表面和適配器接地板之間的每米間隔伏特數。

沒有可靠的數據可以作為指南來設定人體暴露於靜電場的基本限值。 原則上，可以從空氣的最小擊穿電壓得出暴露限值； 但是，人在靜電場中所經歷的場強會根據身體方向和形狀而變化，在試圖達到適當的限制時必須考慮到這一點。

美國政府工業衛生學家會議 (ACGIH 1995) 推薦了閾限值 (TLV)。 這些 TLV 指的是最大未受保護的工作場所靜電場強度，代表幾乎所有工人都可能反复暴露而不會對健康產生不利影響的條件。 根據 ACGIH，職業暴露不應超過 25 kV/m 的靜電場強度。 該值應用作控制暴露的指南，並且由於個體易感性，不應將其視為安全和危險水平之間的明確界限。 （此限制是指遠離導體表面的空氣中存在的場強，火花放電和接觸電流可能會造成重大危險，並且適用於部分身體和全身暴露。）應注意消除未接地的物體，將此類物體接地，或在必須處理未接地的物體時使用絕緣手套。 謹慎要求在超過 15 kV/m 的所有區域中使用保護裝置（例如，防護服、手套和絕緣材料）。

根據 ACGIH 的說法，目前關於人體反應和靜電場可能對健康產生的影響的信息不足以為時間加權平均暴露建立可靠的 TLV。 建議，在缺乏製造商關於電磁干擾的具體信息的情況下，心臟起搏器和其他醫療電子設備佩戴者的暴露量應保持在或低於 1 kV/m。

在德國，根據 DIN 標準，職業暴露不應超過 40 kV/m 的靜電場強度。 對於短時間曝光（每天最多兩個小時），允許的上限為 60 kV/m。

1993 年，國家輻射防護委員會 (NRPB 1993) 提供了關於適當限制人們暴露於電磁場和輻射的建議。 這包括靜電場和磁場。 在 NRPB 文件中，提供調查級別是為了比較實測現場數量的值，以確定是否符合基本限制。 如果人員暴露的場超過相關調查級別，則必須檢查是否符合基本限制。 在這種評估中可能考慮的因素包括，例如，人與場的耦合效率、場在人佔據的體積上的空間分佈，以及暴露的持續時間。

根據 NRPB，不可能推薦基本限制以避免人體暴露於靜電場的直接影響； 給出指導以避免直接感知表面電荷的煩人影響和電擊等間接影響。 對大多數人來說，表面電荷直接作用於身體的惱人感覺不會在暴露於小於約 25 kV/m 的靜電場強度（即 ACGIH 推薦的相同場強）時發生。 為避免火花放電（間接效應）造成壓力，NRPB 建議將直流接觸電流限制在 2 mA 以下。 遵循與此類設備相關的既定電氣安全程序可以防止低阻抗源的電擊。

靜態磁場

自然和職業暴露

身體對靜磁場相對透明； 這樣的場將直接與磁各向異性材料（當沿不同方向的軸測量時表現出不同值的屬性）和移動電荷相互作用。

自然磁場是由於地球作為永磁體而產生的內部磁場和由於太陽活動或大氣等因素在環境中產生的外部磁場的總和。 地球內部磁場來源於地核上層流動的電流。 該磁場的強度存在顯著的局部差異，其平均幅度從赤道處的約 28 A/m（對應於非磁性材料（如空氣）中約 35 mT 的磁通密度）到約 56 A 不等/m 在地磁極上方（對應於空氣中約 70 mT）。

人工場比自然起源的場強很多數量級。 靜磁場的人工來源包括所有包含承載直流電的電線的設備，包括工業中的許多電器和設備。

在直流輸電線路中，靜磁場是由兩線線路中移動的電荷（電流）產生的。 對於架空線路，對於 20 kV 線路，地平面的磁通量密度約為 500 mT。 對於埋在 1.4 m 的地下輸電線路，承載的最大電流約為 1 kA，其地面最大磁通密度小於 10 mT。

表 2 列出了涉及使用大靜磁場的主要技術及其相應的暴露水平。

表 2. 涉及使用大靜磁場的主要技術，以及相應的暴露水平

生物效應

來自實驗室動物實驗的證據表明，在高達 2 T 的靜態磁通密度下評估的許多發育、行為和生理因素沒有顯著影響。對小鼠的研究也沒有證明暴露於磁場對胎兒有任何傷害高達 1 T。

從理論上講，磁效應會在強磁場中阻礙血液流動並導致血壓升高。 在 5 T 時，預計流量最多會減少幾個百分點，但在調查時，在 1.5 T 的人體受試者中沒有觀察到任何流量。

一些關於永磁體製造工人的研究報告了各種主觀症狀和功能障礙：煩躁、疲勞、頭痛、食慾不振、心動過緩（心跳緩慢）、心動過速（心跳加快）、血壓下降、腦電圖改變，瘙癢，灼痛和麻木。 然而，缺乏對工作環境中物理或化學危害影響的任何統計分析或評估，大大降低了這些報告的有效性，並使其難以評估。 儘管這些研究尚無定論，但它們確實表明，即使確實發生了長期影響，也非常微妙； 沒有報告累積的總影響。

據報導，暴露在 4T 磁通密度下的人會出現與磁場運動相關的感覺效應，例如眩暈（頭暈）、噁心、金屬味以及移動眼睛或頭部時的磁感。 然而，對長期暴露於靜磁場的工人的一般健康數據進行的兩項流行病學調查未能揭示任何顯著的健康影響。 在使用大型電解槽進行化學分離過程的工廠中獲得了 320 名工人的健康數據，其中工作環境中的平均靜電場水平為 7.6 mT，最大場為 14.6 mT。 與 186 名對照組相比，暴露組的白細胞計數略有變化，但仍在正常範圍內。 觀察到的血壓或其他血液測量值的瞬時變化均未被認為是與磁場暴露相關的顯著不利影響的指示。 在另一項研究中，對 792 名職業暴露於靜磁場的工人的疾病患病率進行了評估。 對照組由年齡、種族和社會經濟地位匹配的 792 名未暴露工人組成。 磁場暴露的範圍從持續時間長的 0.5 mT 到持續數小時的 2 T 不等。 與對照組相比，暴露組在 19 種疾病的患病率方面未觀察到統計學上的顯著變化。 與其餘暴露人群或匹配對照相比，198 名經歷過 0.3 T 或更高暴露時間一小時或更長時間的亞組在疾病患病率方面沒有差異。

一份關於鋁工業工人的報告表明白血病死亡率升高。 儘管這項流行病學研究報告說，直接參與鋁生產的工人暴露在大的靜磁場中會增加患癌症的風險，但目前沒有明確的證據表明工作環境中的哪些致癌因素是造成這種情況的確切原因。 用於鋁還原的過程會產生煤焦油、瀝青揮發物、氟化物煙霧、硫氧化物和二氧化碳，其中一些可能比磁場暴露更有可能產生致癌作用。

在一項針對法國鋁業工人的研究中，發現癌症死亡率和全因死亡率與法國一般男性人口中觀察到的死亡率沒有顯著差異（Mur 等人，1987 年）。

另一個將磁場暴露與可能的癌癥結果聯繫起來的負面發現來自對氯鹼廠一組工人的研究，在該工廠中，用於電解生產氯氣的 100 kA 直流電流會在工人所在位置產生靜態磁通密度，範圍從從 4 到 29 mT。 在 25 年的時間裡，這些工人中觀察到的癌症發病率與預期的癌症發病率沒有顯著差異。

測量、預防和暴露標準

在過去的三十年中，磁場的測量取得了長足的發展。 技術的進步使得開發新的測量方法以及改進舊方法成為可能。

兩種最流行的磁場探頭類型是屏蔽線圈和霍爾探頭。 大多數市售磁場計都使用其中一種。 最近，已經提出其他半導體器件，即雙極晶體管和FET晶體管，作為磁場傳感器。 與霍爾探頭相比，它們具有一些優勢，例如更高的靈敏度、更高的空間分辨率和更寬的頻率響應。

核磁共振（NMR）測量技術的原理是確定試樣在待測磁場中的共振頻率。 這是一種可以非常精確地進行的絕對測量。 這種方法的測量範圍從大約 10 mT 到 10 T，沒有明確的限制。 在使用質子磁共振方法的現場測量中，精度為 10 ^{- 4} 很容易用簡單的設備獲得，精度為 10 ^{- 6} 可以通過廣泛的預防措施和精良的設備到達。 NMR 方法的固有缺點是它對低梯度場的局限性以及缺乏有關場方向的信息。

最近，還開發了幾種適用於監測靜磁場暴露的個人劑量計。

工業和科學使用磁場的保護措施可分為工程設計措施、間隔距離的使用和行政控制。 另一類危險控制措施，包括個人防護裝備（例如，特殊服裝和麵罩），不存在磁場。 然而，針對急救或醫療電子設備以及外科和牙科植入物的磁干擾潛在危害的保護措施是一個特別值得關注的領域。 施加到高場設施中的鐵磁（鐵）植入物和鬆散物體的機械力要求採取預防措施以防止健康和安全危害。

盡量減少對大型研究和工業設施周圍高強度磁場的過度暴露的技術通常分為四種類型：

1. 距離和時間
2. 磁屏蔽
3. 電磁干擾 (EMI) 和兼容性
4. 行政措施。

使用警告標誌和特殊通道區域來限制大型磁鐵設施附近人員的接觸對控制接觸起到了最大的作用。 像這樣的管理控制通常比磁屏蔽更可取，磁屏蔽可能非常昂貴。 鬆散的鐵磁和順磁（任何磁化物質）物體在受到強磁場梯度時會轉化為危險的導彈。 只有從該區域和人員身上移除鬆散的金屬物體才能避免這種危險。 剪刀、指甲銼、螺絲刀和手術刀等物品應禁止放在附近。

最早的靜磁場指南是在前蘇聯作為非官方建議制定的。 臨床研究構成了該標準的基礎，建議工作場所的靜磁場強度不應超過 8 kA/m (10 mT)。

美國政府工業衛生學家會議發布了靜態磁通密度的 TLV，大多數工人可以日復一日地反復接觸這些密度，而不會對健康產生不利影響。 至於電場，這些值應作為控制靜磁場暴露的指南，但不應將其視為安全和危險水平之間的分界線。 根據 ACGIH，日常職業暴露不應超過 60 mT 平均在整個身體或 600 mT 到四肢每天，時間加權的基礎上。 建議將 2 T 的通量密度作為上限值。 磁場對鐵磁工具和醫療植入物施加的機械力可能存在安全隱患。

1994 年，國際非電離輻射防護委員會 (ICNIRP 1994) 最終確定並發布了有關靜磁場暴露限制的指南。 在這些指南中，對工人和公眾的接觸限值進行了區分。 表 3 總結了 ICNIRP 建議的職業和一般公眾暴露於靜磁場的限值。當磁通量密度超過 3 mT 時，應採取預防措施以防止金屬物體飛行造成的危害。 模擬手錶、信用卡、磁帶和計算機磁盤可能會因暴露在 1 mT 下而受到不利影響，但這並不被視為人們的安全問題。

表 3. 國際非電離輻射防護委員會 (ICNIRP) 推薦的靜磁場暴露限值

在適當控制的條件下，可以允許公眾偶爾訪問磁通密度超過 40 mT 的特殊設施，前提是不超過適當的職業暴露限值。

ICNIRP 暴露限值已針對均勻場設置。 對於非均勻場（場內變化），必須在 100 平方厘米的面積上測量平均磁通密度².

根據最近的一份 NRPB 文件，限制急性接觸低於 2 T 將避免眩暈或噁心等急性反應以及心律失常（不規則心跳）或精神功能受損導致的不良健康影響。 儘管暴露人群的研究證據相對缺乏關於高場可能的長期影響，委員會認為最好將 24 小時以上的長期時間加權暴露限制在 200 mT 以下（十分之一旨在防止急性反應）。 這些級別與 ICNIRP 推薦的級別非常相似； ACGIH TLV 略低。

裝有心臟起搏器和其他電激活植入裝置或鐵磁植入物的人可能無法受到此處給出的限制的充分保護。 大多數心臟起搏器不太可能因暴露於低於 0.5 mT 的場而受到影響。 帶有某些鐵磁植入物或電激活裝置（心臟起搏器除外）的人可能會受到高於幾 mT 的磁場的影響。

存在其他建議職業暴露限制的指南：其中三套在高能物理實驗室（斯坦福直線加速器中心和加利福尼亞州的勞倫斯利弗莫爾國家實驗室，日內瓦的 CERN 加速器實驗室）和美國部門的臨時指南中得到執行能源部 (DOE)。

在德國，根據 DIN 標準，職業暴露不應超過 60 kA/m（約 75 mT）的靜磁場強度。 當僅暴露四肢時，該限值設置為 600 kA/m； 對於短時間的全身照射（每小時最多 150 分鐘），允許場強限制高達 5 kA/m。

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