防辐射服的原理分析与利弊探讨

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1、防辐射服的原理分析与利弊探讨2012,6,22摘要：本文从电磁辐射的分类，电磁屏蔽的基本原理，及防辐射服的设计问题，进行了简要的分析探讨，并且对央视的报道的防辐射服进行了简单论述关键字：电磁辐射；电磁屏蔽；穿透深度；反射投射；利弊防辐射服，从字面上分析这一名词，防辐射，防的是什么？首先对于辐射，我认为应该分为两种：1、电离辐射2、非电离辐射。1、电离辐射：α射线（α粒子）、β射线（β粒子）、中子等高能粒子流与γ射线、X射线等高能电磁波，而被称为宇宙射线的高能粒子射线则两者皆有。电磁波（光子）的电离能力，随着电磁波谱变化，电磁波谱中的γ射线、X射线几乎可以电离任何原子

2、或分子。电磁波的频率愈高，能量愈强，电离能力愈强。在电磁波谱上，远紫外线（频率大于紫外线很多），电离能力较强；这一类电磁波或物质波的辐射往往指的是能量较高，能够使原子或分子电离的辐射。2、非电磁辐射：是指与X射线相比之下波长较长的电磁波，由于其能量低，不能引起物质的电离，故称为非电离辐射。如紫外线或近紫外线（频率接近紫外线）与可见光、红外线、微波和无线电波等电离能力较弱的电磁波。对于第一种辐射，我们在实际生活中并不常见，唯一的机会可能是我们在医院作X光时会遇到，因此对于此类电离辐射，不是在这探讨的重点。我们的防辐射服主要的针对对象应该是波长较长的，能量较低的，由电器

3、产生的非电离辐射。由于目前的所学知识还不够全面，下面仅有电磁场的基本理论，对防辐射原理进行简要分析：电磁波的屏蔽原理，主要从三个方面1、波吸收2、波反射3、电磁波在材料内部多次反射导致能量衰减。一、波吸收的角度：电磁波是由同相振荡且互相垂直的电场与磁场在空间中以波的形式移动，其传播方向垂直于电场与磁场构成的平面，有效的传递能量和动量，符合右手螺旋定则。那么可以说电磁波是有电场和磁场两部分组成，但是我认为，由于电磁波在与物质相互作用时，主要是电矢量在起作用，电矢量的状态使电磁波具有各种偏振状态，所以我们在研究电磁波时主要研究电矢量即可。电磁波的传播不需要介质，但是在不

4、同的介质中，其传播特性也会发生改变，而对于正弦变化的时谐电场，其在不同的媒质中，传播参数也可能会是角频率的函数，根据这一原则，我们可以将媒质分为两种，色散媒质（有损媒质）和非色散媒质，而这里我们研究的反辐射服，就是利用电磁波在媒质中的色散的这一原理，及电⎧εεε='-j''⎫⎨⎬磁参数随频率变化：⎩µµµ='-j''⎭，由于滞后效应磁导率和电导率均变为复数，1σωε+''∇×H=j('-jωε)Eωσωε+''εεf='-j并由=jεfE；定义等效复介电常数：ω.

5、σE

6、σ=jωε'Eωε'并且根据的大小将媒质分类，对于防辐射的材料，通常取良导体此σ>>1时有ωε'

7、，并且此时的滞后效应可忽略，那么有ε''=0。22∇EkE+f=0（∇⋅E=0）22kf=ωµε，在有损媒质中，根据齐次亥姆霍兹方程：f，可推导出平-jkrf⋅EEe=面波的传播方程：0，（这里不妨假设波矢量是沿Z方向的），由于媒质是有损的，及存在滞后效应，那么kf是一个复数，kf=-jβα，并假设β，α是同-αz-jzβ方向的这样还可以写成：kf=(βα-j)n；EEee=0。由上面的式子，并且假设αβ==πµσf媒质是良导体（电导率σ>>ωε'，ε''=0），可以得出，并且可已看出如果α>0，则电矢量的强度E随着Z的增大，会呈指数递减，如图所示这样也就是说电磁波

8、在该媒质中传播会有空间上的限制，因此可以定义δ为穿透11δ=EE深度，即0衰减为0时的Z方向的传播距离。也就是说。α那么只要保证αE足够大的话，0的衰减会很快，那么也就在一定的程度上可以认为，电磁波被11δ==απµσf阻挡了，也就可以达到了防护电磁波的辐射了。当然对于良导体，在f一定的情况下，电导率σ越大，穿透深度会很小，并且对于高平电磁波，起电磁场仅会存在于导体表面的很薄的一层，且高频的电流也只会及集中在导体表面很薄的一层，这就是电磁波在有损媒质中传播的趋肤效应。这样在设计防辐射服时，在材料的选择上，应该选择良导体，并且要电导率越小越好，所以市面2上的孕妇防辐射

9、服，都采用金属纤维，甚至还有价格不菲的含银材料，Ag：7σ=6.310×Sm/，所以对于一般的电器辐射的电磁波和无线通信的电磁波，其频率范围为几十Hz——几百MHz，计算得穿透深度，最大不足2cm，由此可见电磁波会在导体材料中迅速衰减，起到了防辐射的作用。二、波反射的角度：事实上，上面讨论的原理仅仅是从第一方面波吸收的角度来看待这一问题的，而实际制造中，多次反射这一原理也是研究人员重点考虑的对象，其原理图可简化为如下在电磁波的折射与反射理论中，我们一最简单的垂直入射为例，根据菲涅尔原理，22ηT=2ηT=1+1无论是垂直极化波还是，平行极化波透射系数均为η2+η