限制静态磁场的曝露导则

国际非电离子辐射防护委员会

在最近几年，静态磁场被越来越多的使用，这种新技术的发展增加了人类曝露到这些场，并且产生了对它们可能的健康影响的关心。某些国家、政府或某些法定机构制定了用于特殊用途的曝露限值，例如磁共振影像（MRI）和高能物理方面的粒子加速器。由于在工业和医疗中，磁场的应用有广泛的发展前景，因而增加了职业和公众曝露的可能性。同时，由于带有铁磁植入物的人数，以及植入电子设备的增加，受磁场影响也在增加，所以有必要制定一个国际性的导则。

由美国环境协会发起，国际辐射保护协会下的国际非电离子辐射协会（IRPA/INIRC）同世界卫生组织（WHO）下的环境卫生分会合作，研究制定了一个从属于环境卫生标准计划的磁场卫生标准文件（UNEP/WHO/IRPA 1987）。这份文件包括对静态磁场曝露所导致的生物影响所进行的审核，及更多近期的出版物，它们被用作导则原理性研究的科学数据基础。

国际辐射保护协会（IRPA）在其第八届国际大会上（蒙特利尔，1992年5月18～22日），建立了一个新的独立的科学组织，国际非电离子辐射防护委员会，取代以前的IPPA/INIRC。此委员会的功能是调查不同形式的非电离子辐射（NIR）的危害，并处理所有的有关NIR防护的问题。

由国际辐射保护协会IRPA/INIRC准备本导则的第一份草案，并由其执行办公室于1991年12月20日分发给IRPA的执行委员会和协调会进行评论。有关评论在温哥华举行的IRPA/INIRC的最后一次会议上收到并讨论。此后，文章又被修改并有了实质性的变化。目前的导则是在1993年月5日7～12日由ICNIRP在德国Neuherberg会议上通过。

以下是INIRC委员会的组成及参与ICNIRP导则的有关人士。（主席M.H.Repacholi及其它17位成员，分别来自澳大利亚、意大利、法国、瑞典、德国、荷兰、英国、俄罗斯、美国、匈牙利等10个国家，名单略）。

在这些导则的准备过程中，IRPA协调会、一批有能力的研究机构及专家个人曾协助提供意见，在此对他们的配合予以感谢。

1  范围和目的

本导则适用于职业和公众的静态磁场曝露，本导则不适用于因进行医疗诊断和治疗而需受曝露的病人。读者可参阅IRPA/INIRC文件上有关如何保护进行磁场诊断（MR）的病人的有关章节（IRPA/INIRC1991b）。

2  量及单位

一旦电场与电荷相互作用，电荷的物理运动就会产生磁场（电流）。同此类似，磁场可对电荷施加一个力，但这只是对运动的电荷而言。磁场可用矢量来表示，并由以下两种方法中的其一来度量：磁通密度B和磁场强度H。B和H分别用泰斯拉（T）和安培每米（Am^-1）来表示。在真空及空气里，B和H的关系由以下公式表达：

B=μ₀H                                                                  （1）

公式（1）中的比例常数μ₀为空气里（或任何非磁材料）的磁导率，其数值为4π×10^-7，记作亨利每米（Hm^-1），因此，描述空气中或非磁材料（包括生物材料）中，磁场的合适近似值，只需知道量B和H中的任何一个值。

在本文件中，曝露的限额以磁通密度（B）来给出。

磁场力F作用于电荷q，使之以v的速度移动，移动方向为垂直于磁通密度B，可以用以下等式表达：

F=qvB                                                                   （2）

此力（Lorentz力）的方向由电荷、速度和磁通密度的矢量乘积决定，因此总是垂直于电荷流动的方向。其结果是，磁场与电荷的相互作用，将会引起其电荷流动的方向的变化，但不会引起电荷流动速度的变化，在这种情况下，磁场不作功，但它可帮助一种形式的能量转换成为另一种形式的能量。

磁通密度被接受为磁场产生影响的最相关的量。磁通量位于一个既定的区域里面，是面积和磁通密度正交于表面的分量的乘积。磁通量的单位为韦伯φ，1韦伯=1Tm²。

表1是有关磁场量和单位的归总表。

表1  静态磁场的量和相应的SI单位

国际通用单位为SI单位，它们在科学著作中用来表达量（Williamson 1981）。然而，磁学方面的研究者不习惯于使用本系统，因此表2给出了老的米-克-秒系统同现有的当量之间的转换值。

如有读者需收集更完整的资料或讨论有关非电离子辐射保护方面的概念、量和单位，可参阅IRPA/INIRC的有关出版物（见IRPA/INIRC 1991C）。

3  磁场源及水平

地理自然的静态磁场为～50μT，根据地理位置的不同，数值的范围从～30到70μT不同。一般说来，人们极少曝露于强的静态磁场（Grandolfo and Vecchia 1985；Krause 1986；Stuchly 1986），象高压直流（DC）输电线路产生的磁通密度约为20μT。目前，在世界各地只有为数很少的几个高压直流输电线路（HVDC）在运行。在未来，由于新的交通方式的产生，会导致更大的磁通密度的潜在曝露。基于磁悬浮的快速旅客列车的某些设计，有可能产生绝对值为10～100mT的磁通密度（Chadwich and Lowes 1992；Nakagawa 1992）。

对人体的最高曝露值通常出现在使用磁共振影像（MRI）或光谱（MRS）对病人进行医疗诊断时。在进行磁共振影像诊治时，磁通密度的范围为0.15～2T，并且其曝露通常被限制在0.5h以下。光谱和未来其它的产品使用磁场曝露值高一些系统。在应用其它医疗设备时，也可能发生曝露，如进行固定不同的假体时（如牙科、颈、头），以及胃内胶体时，这些设备只产生局部场。

如把使用MR设备的人员也计算在内，则还有少数其它职业同磁场曝露相联系。如用于高能技术方面的设备—强场，如热核反应器、磁水动力系统、超导发生器和直流发电和配电设备。作科研用途的泡沫室、粒子加速器、超导光谱仪和同位素分离设备的周围也有高的磁通密度产生。在其它强磁场方面的工业，如在电溶解过程，象铝的生产、磁体和磁性材料的制造过程中，也会有曝露存在。

4  曝露限值的原理

4.1  相互作用的机制

    静态磁场与活体相互作用的三种已确定的物理机理是磁感应、磁机械和电子交互作用（Tenforde 1985；Bernhardt 1986a；UNEP/WHO/IRPA 1987）。

1) 磁感应

    该机理通过以下作用类型而产生：

（1）与运动电解质的电动力作用

    静态场对运动的离子电荷载体产业劳仑兹力并因而产生感应电场和电流。这种作用是流动的血液中磁感应电势的基础，已经在静态和交变ELF场中都研究过了。

    （2）法拉弟电流

    交变磁场接法拉第感应定律在活体组织中感应电流。该机理在静态场中也可有作用，这是因人体在存在这种场的范围内运动所致。

2）磁机械作用

    静态磁场可对生物体产生两种机械的影响：

（1）磁力取向

    在一个均匀静态场中，不论是反磁性或顺磁性分子都会受到一个力矩，该力矩倾向于使其获得一个取向状态，使之在场中的自由能最小化。这种作用已经很好地在沿对称主轴不同磁导率的顺磁性大分子组合中研究过。这一等级的大分子包括视网膜杆盘膜中的光色素和脱氧状态的镰形红细胞等。特别对因镰状细胞性贫血症引起的人类风险考虑，由于它有病理学上相对高的发生率（Wintrobe 1981）。

    （2）磁机械迁移

    静态磁场对顺磁性和铁磁性材料产生一个净力并使之移动。由于在大多数活体中磁性材料数量是有限的，该作用在生物学功能方面的影响是可忽略的；然而，即使微弱如地磁场，也可能对在某种组织中可发现的，生物活动所产生的磁性粒子链产生显著的力（Kirschvink et al. 1985）。

3）电子交互作用

    某种涉及官能团电子中间状态的化学反应，其中伴随低强度静态磁场的济曼作用，对电子自旋状态产生影响。可能生物学上相对的电子中间状态的正常的寿命期是足够的短，以致磁场的交互作用很小，而对化学反应产品产出的影响可能忽略不计。

5  曝露限值

职业

    在工作日内的全身连续职业曝露，应限制在时间加权平均磁通密度不超过200mT。职业全身曝露上限值应不超过磁通密度2T。在局限为四肢时，曝露不超过5T是允许的。

一般公众

公众的连续曝露应不超过磁通密度40mT。

在适当的控制条件下，临时进入磁通密度超过40mT的特定设施是允许的，只要不超过适当的职业曝露限值。

附加的考虑

带有心脏起博器、铁磁植入体以及植入电子装置的人，可能不能为表3的限值所保护。

大多数心脏起博器不大可能被＜0.5mT的场所影响；因而，心脏起博器和植入的电震发生器应避免处在磁通密度＞0.5mT的场所。还有使用得越来越多的重要电子救护器件[例如电子内耳假体、胰岛素泵、电子操纵假肢（手、臂、腿）和肌肉兴奋装置（如：膀胱括约肌）]，它们在磁通密度超过几个毫特斯拉时可能是敏感的，特别是当人在场中移动时。

带有铁磁植入体的人应就该装置询问有关医生，特别对带有不能确知是非磁性的动脉瘤夹子的人，不应曝露到超过几个mT的磁场中，因为有拧转或挪位的危险。

对职业与公众的静态磁场推荐限值归总在表3中。

表3  曝露于静态磁场的限值^{a、b、c、d}

    a）注意：带有心脏起博器和其它植入电气活化装置或其它铁磁植入物的人，可能不足以为以上限值所保护。大多数心脏起博器不大可能被低于0.5mT的场曝露所影响。带有某些铁磁植入物或电气活化装置（不同于心脏起博器）的人，可受超过数mT的场的影响。

    b）当磁通密度超过3mT，应注意防止飞行的金属物体的危害。

    c）模拟手表、信用卡、磁带、计算机软盘等等，可能受曝露到1mT的不良影响，但这不是对人体安全的考虑范围。

    d）公众。公众在适当控制的条件下临时进入磁通密度超过40mT的特定设施是允许的，只要适当的职业曝露限值未被超过。

6  测量

在磁场测绘中最常用的方法是霍尔探头法（VNEP/WHO/IRPA 1987）。霍尔效应可解释为由磁场作用于带电荷载体，使之受力在薄片中移位，电荷因而出现在薄片的两侧，从而产生转换的霍尔电场。某些因素限制了可获取的准确度，最严重的是霍尔电压的温度系数。

磁通计和冲击电流计使用探测线圈直接测量磁通的变量，因而可以测量线圈体积范围内磁场的平均值。测量是通过在静态场中移动线圈来完成的。线圈的几何形状通常选为适合特定的测量（henrichsen 1984）。

测量磁场的方法显示，通过选择正确的方法，磁场可在大多数正常情况下取得良好的测量准确度。不论是静态磁场的点测量还是空间合成值都可由上述方法获取。

已规定的曝露限值是对均匀场。对非均匀场，平均磁通密度必须在100cm²的面积上测量。

（杨新村、殷迪娜  译）

2002年9月24日