电磁场与健康研究综述

［谈儒猛 谈欣儿 马文华］

1 引言

自宇宙诞生以来，电磁场（EMF）就以不同的形式存在。电磁场的频率各不相同，我们最熟悉的形式是可见光。电场和磁场是电磁频谱的组成部分。电磁频谱的范围从静态电场和磁场，延伸至射频（RF）、红外辐射和可见光，再到X 射线和伽马射线。电磁频谱如图1 所示。

图1 电磁频谱示意图

电磁场由在空间中共同运动的电能波和磁能波构成。通常，术语“电磁场”或EMF 用于表示电磁辐射的存在。

电磁频谱从3 kHz 频率延伸至300 GHz的这一部分被称为射频（RF）。电视和无线电发射机（包括基站）以及微波、移动电话和雷达都会产生射频场。这些场被用于传输信息，并构成世界各地的电信以及无线电和电视广播的基础。许多家用设备，例如无绳电话、婴儿监视器、无线电遥控玩具、Wi-Fi、平板电脑、智能手表和其他无线设备也在射频频段发射电磁场。

紫外线波段以上频率的电磁辐射被归类为“电离辐射”，因为它们有足够的能量通过释放电子（电离）来改变原子的化学键，从而影响原子的变化。X 射线和伽马射线是电离辐射的常见形式。电离辐射发生在2 900 THz（2 900×1 012 Hz）以上的频率，对应的波长大约为103.4 nm，接近紫外线（UV）光谱的较低波长边缘。

紫外线波段以下频率的电磁辐射被归类为“非电离辐射”，因为它们缺乏足够的能量来释放电子，即电离或影响原子结构的变化。射频场即为非电离辐射。

随着5G的到来，5G 电磁场与辐射引起了公众更多关注，他们更关切5G 对人类健康可能产生的影响。本文从最新最权威的国际出版物和相应标准入手，摘录了相关研究结论和指南建议。旨在让公众对辐射安全和5G 电磁场有个更科学、更全面和客观的理解与认知。

2 EMF 与健康研究项目

2.1 世界卫生组织电磁场国际项目

众所周知，无线通信技术已成为现代社会不可或缺的组成部分。移动手机、平板和无线设备都已经成为全球数十亿人日常生活的基本通信工具，并且在医疗应用中也十分常见。电信基站和天线塔不断兴建，以提供高质量的无线通信。随着无线通信技术的引入，公众对与无线通信相关的潜在健康风险产生了一定程度的关注，包括使用移动电话和居住在基站附近。

所有频率的电磁场（EMF）构成了最常见、也是增长最快的影响公众的一个重要环境因素。作为保护公众健康的职责之一，同时也作为对公众暴露于电磁场健康影响关注的回应，世界卫生组织（WHO）于1996 年建立了国际电磁场项目。该项目旨在寻找和评估电磁场在0～300 GHz 频率范围内可能对健康造成影响的科学证据。关于WHO 国际电磁场项目的详细信息，可参见www.who.int/peh-emf/about/en/。

在电磁场和健康方面，WHO 指出[1]：“迄今为止进行的所有研究结果都表明，低于 ICNIRP（1998 年）EMF导则中建议的限值（涵盖0～300 GHz 整个频率范围）的暴露不会对健康产生任何已知的不利影响。然而，在进行更好的健康风险评估之前，仍然需要先填补在相关知识方面存在的欠缺。”

2.2 关于移动电话与健康的信息

WHO 指出[2]：“过去二十年来进行了大量研究以评估移动电话是否有潜在的健康风险。迄今为止，尚未证实移动电话的使用对健康造成任何不良后果。”

“虽然未能证明大脑肿瘤风险增加，但随着移动电话使用的增加以及缺乏移动电话使用15年以上的数据表明，有必要进一步开展移动电话的使用与大脑肿瘤风险的研究。特别是，近年来青少年对移动电话的使用日趋普遍，因而潜在接触期会更长，WHO 为此积极促进对这一人群的进一步研究。针对儿童和青少年潜在健康影响的几项调查研究正在进行中。”

2.3 关于基站与健康的信息

WHO 指出[3]：“考虑到极低的暴露水平和迄今为止收集到的研究成果，没有令人信服的科学证据表明，来自基站和无线网络的微弱射频信号会对健康造成不利影响。”

“迄今为止所开展的研究并没有表明，对诸如来自基站等射频场的环境暴露会增加罹患癌症或任何其它疾病的风险。”

2.4 关于5G 与健康的信息

国际非电离辐射防护委员会（ICNIRP）建议[4]：ICNIRP为保护暴露于射频电磁场的人群发布了新的导则。该导则涵盖了5G 技术，以及AM 和DAB 无线电、WiFi、蓝牙和目前正在使用的3G/4G 移动电话。

ICNIRP 主席Eric van Rongen 称，制定新版电磁场暴露导则花费了7 年时间，比1998 版的导则更适合用于未来5G 将使用的更高频率。

“导则是在全面审查了所有相关科学文献、科学论坛和广泛公众咨询这一流程之后制定的，为100 kHz 到300 GHz 范围内所有经过科学证实的电磁暴露健康影响提供保护。”

2020 版导则中与5G 暴露相关的主要变化是针对6 GHz 以上的频率，包括：（1）增加对全身暴露的限制；（2）增加对人体小区域短暂暴露（少于6 分钟）的限制；以及（3）减少对人体小区域的最大暴露允许量。

“在修订导则的时候，我们研究了1998 年发表的那个导则的适用性。我们发现，该导则在大多数情况下都是保守的，它仍然能为当前的技术提供足够的保护。”

Van Rongen 博士说，“然而，新导则为6 GHz 以上的更高频率范围提供了更优质和更详细的暴露防护指南，这对于使用这些较高频率的5G 和未来技术来说十分重要。人们需要记住的最重要的一点是：如果遵守这些新导则，5G 技术将不会造成伤害。”

2.5 关于人体暴露导则的信息

WHO 指出：电磁场的暴露导则由两个国际机构制定。目前大多数国家遵循由以下两个机构制定的导则：

国际非电离辐射防护委员会（ICNIRP），以及电气电子工程师协会（通过国际电磁安全委员会）（IEEE/ICES）。

这些导则并不针对某项特定技术，它所覆盖的频率范围最高为300 GHz，包括正在讨论的5G 频率。

ICNIRP 指出：《ICNIRP 限制电磁场暴露导则》用于保护暴露于100 kHz 至300 GHz 射频电磁场范围内的人群。导则覆盖了多种应用，例如5G 技术、WiFi、蓝牙、移动手机和基站。

2020 年导则取代并替换了ICNIRP（1998）射频导则100 kHz 至300 GHz 部分，以及ICNIRP（2010）低频导则100 kHz 至10 MHz 部分。

导则是在全面审查了所有相关科学文献、科学论坛和经过广泛公众咨询这一流程之后制定的，它为100 kHz 到300 GHz 范围内的所有对健康有不利影响的电磁场暴露提供经科学证实的保护。

IEEE 指出：本标准（IEEE C95.1）规定了保护人员免受暴露于 0～300 GHz 频率范围的电场、磁场和电磁场造成已知不利健康影响的安全限值。

这些暴露限值普遍适用于受控环境下的职业人员和非受控环境下的普通公众。

这些暴露限值并不适用于由医生和医疗专业人员实施或在其指导下的患者的暴露，也不适用于在医学或科学研究中对知情志愿者的暴露，并且对于医疗装置或植入物的使用可能不具有保护作用。

2.6 对电磁场与健康的研究

国际上已经对暴露于不同频段的电磁频谱可能产生的健康影响进行了广泛研究。

正如WHO 所指出的，在过去30 年里，在非电离辐射的生物效应和医疗应用领域，已有约25 000 篇文章发表。尽管有些人认为还需要进行更多的研究，但至今，我们在这方面的科学认知比对大多数化学品的认知更加广泛。

WHO 还参引了数据库“EMF-Portal”，这是一个关于电场、磁场和电磁场对人类健康和生物系统影响的科学文献数据库。这一开放的网站由德国亚琛工业大学职业病研究所下属的生物电磁交流研究中心运营。EMF-Portal网站是全球范围内关于非电离电磁辐射（频率范围为0～300 GHz）的生物和健康相关影响的最全面的科学文献数据库，可不受限制地访问。其核心是一个广泛的文献数据库，保存有31 031 份出版物和6 716 份关于电磁场影响的个人科学研究摘要综述。

2.7 电磁场效应

2.7.1 生物效应与不良健康效应

当暴露于电磁场导致生物系统出现某些明显或可检测到的生理变化时，就称之为生物效应，但这并不一定是有害的。当生物效应超出了人体可以抵消的正常范围，对人体健康或舒适度造成损害时，才是不良健康效应。

2.7.2 射频电磁场效应

当暴露于高强度的射频电磁场时会造成组织发热，从而导致体温升高，这种现象被称为热效应。虽然人体有行之有效的体温调节机制，但如果射频暴露过高过久，人体自身调节系统可能就不再能够应对。

对高于10 MHz 频率，首先经过科学证实的电磁效应是发热；对低于10 MHz 频率，首先感受到的效应是非热神经刺激（一种刺痛感）。

2.8 国际癌症研究机构（IARC）

2.8.1 IARC 对射频电磁场的分类

2011 年5 月，世界卫生组织下属的国际癌症研究机构（IARC）将射频电磁场列为可能导致人类罹患癌症的物质（2B 类），这是基于神经胶质瘤——一种与使用无线电话有关的恶性脑癌——风险的增加。

IARC 网站列出了314 种2B 类别物质，包括射频场、汽油发动机尾气、泡菜、干洗剂（职业暴露）和极低频（ELF）磁场。

IARC 提供了以下分类结论[5]：“我们对证据进行了严格审查，并进行了总体评估，认为在使用无线电话的用户中，胶质瘤和听神经瘤的发病率有限，对于其他类型癌症得出的结论是不充分的。上述关于职业和环境暴露的证据也同样被认为是不充分的。”

“致癌性的证据有限：已观察到暴露于该物质与癌症之间存在正相关关系，工作组认为对此的因果解释是可信的，但不能以合理的信心排除偶然因素、偏差和错误。”

“致癌性的证据不充分：现有研究的质量、一致性或统计能力不足以得出暴露与癌症之间是否存在因果关系的结论，或者没有关于人类癌症的数据。”

“鉴于这一分类和调查结果对公共健康的潜在影响……必须对长期大量使用移动电话进行更多的研究。在获得这些信息之前，重要的是采取务实的措施来减少暴露，例如使用免提或发送短信。”

2.8.2 IARC 对射频电磁场分类的结论

WHO 已提供了以下IARC 对于射频电磁场分类的结论[6]：“国际癌症研究机构（IARC）将射频电磁场列为可能导致人类癌症的物质（2B 类），即在无法合理可靠地排除偶然性、偏差或混淆的情况下，其因果关系被视为具有可信度。”

根据IARC 2B 分类的含义，WHO 将此概括为[7]：“可能对人类致癌是一种分类，用于表示对人类致癌性证据有限且对实验动物致癌性缺乏充足证据的物质”。

2.8.3 IARC 世界癌症报告2020

2020 年，IARC 发布了最新的世界癌症报告。关于癌症的致病因素，报告中称[8]：“由于射频电磁场属于电磁波谱中的非电离部分，光子能量太弱，无法电离分子，从而直接造成DNA 损伤。射频电磁场的吸收可致生物组织发热，但低于标准限值的小幅温升并不会增加癌症的风险。尽管进行了大量的研究工作，但迄今为止尚未确定与癌变有关的机制。”

3 相关EMF 导则和标准

3.1 人体EMF 暴露导则

一些国家和国际组织制定了导则，规定职业暴露和一般公众射频电磁场暴露的上限为300 GHz。

ICNIRP 导则[9]：与WHO 存在官方关系的非政府组织——国际非电离辐射防护委员会（ICNIRP）制定的电磁场暴露限值是在审查了所有经同行评议的科学文献（包括热效应和非热效应）后制定的。

该导则基于对已确定对健康产生影响的生物效应的评估。WHO 审查得出的主要结论是，低于ICNIRP 导则推荐限值的EMF暴露未发现对健康产生任何已知的影响。

ICNIRP 有一个持续项目在实时监控相关科学研究，以确保人体暴露导则跟上最新技术进展。

IEEE/ICES 安全标准[10]：电气电子工程师协会（IEEE）是一个总部设在纽约的专业协会，致力于推动技术创新和追求卓越。其下属的国际电磁安全委员会（ICES）专注于电磁场安全标准的制定与维护。

IEEE C95.1™-2019——关于人体暴露于3 kHz 至300 GHz 范围的射频电磁场的安全等级标准。

注：ICNIRP 和IEEE 导则类似，以科学为基础，被世界上许多国家所接受。

3.2 安全系数

ICNIRP 导则在无线通信频段的限值是基于热效应机制制定的。现有的动物实验结果发现，生物体体温升高1℃，将可能对生物体特别是一些敏感组织（例如眼睛等）产生不可逆转的伤害，因此把温度升高1℃选定为一个安全“界限”。通过大量的动物电磁照射实验确定SAR（比吸收率）为4 W/kg的电磁辐射剂量将可能产生1℃的组织升温。在此基础上，为了能充分对健康进行保护，采用10 倍的安全系数，将0.4 W/kg 作为职业人群的电磁辐射基本限值；又进一步采用5 倍的安全系数，选择0.08 W/kg 作为公众暴露的基本限值。也就是说公众暴露的基本限值仅仅是有可能产生健康效应的辐射值的1/50，这样就大大提高了导则所推荐限值的安全裕量。

职业人群的暴露限值是普通公众限值的5 倍。为普通公众设定较低限值的理由是，这一群体包括了儿童、孕妇、老年人和其他不同健康状态或敏感人群。另外，公众暴露也可能是连续性的（一天24 小时），人们可能完全不知道存在暴露。

3.3 RF EMF的暴露限值

限值通常是直接基于既定的健康影响来制定的。人体暴露于电场、磁场和电磁场的参考限值水平是根据最坏情况假设通过基本限值暴露推导出来的。在许多情况下，评估真实环境下的基本限值水平是困难的。因此，如果评估结果满足了参考限值水平，那么必将满足基本限值；但是反过来，如果超出参考限值水平，则并不一定意味着超出了基本限值。使用参考限值水平开展评估，是因为测量起来相对容易；而基本限值主要用于评估移动手机和暴露超过参考限值水平的情况。

在表1 中，列出了ICNIRP 导则和IEEE Std C95.1 中的基本限值和参考限值。全身暴露限值应在30 分钟内时间平均测量。

表1 电磁场全身暴露公众照射国际限值

3.4 严苛暴露限值的影响

大多数国家的暴露限值遵循了WHO的建议，采用ICNIRP 导则制定的限值。ICNIRP 导则是基于已知的不良健康影响。在与移动通信相关的频率上，组织中的比吸收率（SAR）和入射功率密度代表了RF-EMF 暴露的基本限值参量。ICNIRP 导则旨在保护社区的所有成员，包括病人、老人和儿童，并包含了50 倍的安全裕量。

实际评估时，ICNIRP 还提供了等效的与频率相关的参考限值水平，表示为电场（V/m）、磁场（A/m）和功率密度（W/m2），以便于用射频测量设备进行直接测量。虽然参考限值水平可用于评估是否符合SAR 限值，但超过参考限值水平并不意味着一定超过SAR 限值。此时，需进一步评估以确定是否超出了基本SAR 限值。

然而，源于对科学数据的不同解释、制定暴露限值的不同理念，科学家解释风险数据和风险认知的方式不同，不同地区科学家之间的沟通不足和知识差距，以及来自“绿色环保”激进组织的强大压力，公众开始越来越担心由于新无线技术的应用而导致的电磁场暴露可能产生的有害影响。有些国家或地区武断地采用不同于ICNIRP 或IEEE的限值标准，比如采用更严苛的暴露限值标准。这些限值并非基于明确的科学机理和最新的科研进展，而是出于政治动机的决定。这样的限值不会为社区提供额外的健康保护，反而会对基础设施建设及其运营产生确定的不利影响。文献[7]给出了严苛暴露限值所引起的潜在影响的评估案例。

尽管WHO 强烈反对武断采用没有科学数据依据的安全系数，但一些国家仍然在没有任何详细影响评估分析的情况下，就生活环境中人们的最大允许限值实施立法。这种方法有时被解释为“预防原则”，这是一种纯粹的政策决定，以确保科学证据不足时不会阻止决策者在对风险有强烈感知时采取行动。“预防原则”常被视为决策者的一种风险管理工具。

4 5G 与射频电磁场

5G 旨在满足当今现代社会在数据和连接性方面的大幅增长，以及具有数十亿连接设备的物联网（IoT）和未来的创新发展需求。

4.1 5G 信号的生物学研究

迄今为止，世界卫生组织、欧盟新兴和新发现健康风险科学委员会（SCENIHR）和ICNIRP 得出结论，与无线网络及其使用相关的暴露如果低于ICNIRP 推荐的限值，其对人类健康不会产生健康影响。暴露于毫米波频段的射频 EMF 对人体健康影响的研究可以追溯到几十年前，并且仍在继续。这些结论是基于对移动电话频率进行的大量科学研究。对24 GHz 以上频率的生物学研究较少。一些国家计划支持该领域的生物学、流行病学和剂量学研究。在专门针对5G 频率范围的研究方面，EMF 门户数据库[2]（由WHO 认可）列出了大约350 项关于毫米波EMF 健康相关的研究。不过仍需对5G 技术的某些特定实现进行进一步研究。

4.2 5G 部署的预期EMF 暴露水平

新技术带来了许多好处，但也可能会引起公众对射频电磁场暴露的质疑。解决这些问题并提供有关可能的暴露信息非常重要。

5G 网络专为最大限度地降低发射机功率而设计，甚至比现有的4G 网络还要大。5G 网络使用全新的无线技术和先进架构，该架构非常高效，可最大限度地减少发射，从而降低EMF 水平。

随着新技术的引入，由于新发射机处于活动状态，无线电信号的整体水平可能会出现局部小幅增加。在一些国家，5G的部署可能是替换部分早期的无线网络。基于之前无线技术的推演，我们可以预期整体暴露水平将保持相似，只占国际暴露限值（比例）的一小部分。

4.3 mMIMO 和智能天线的EMF 暴露

5G的一些部署将使用mMIMO 天线，这种天线具有多个阵子器件，可以同时发送和接收更多数据。对用户的好处是更多的人可以同时连接到网络并以更有效的方式保持高吞吐量。智能天线将有可能仅在用户的方向上并且仅在使用期间传输所需的数据。带有智能天线的5G 技术将更加高效，从而最大限度地减少RF EMF 暴露。

波束赋形的好处是通过将天线波束聚焦到所需方向，从而减少网络干扰和非预期方向的电磁辐射。

此外，考虑到国际暴露限值中定义的时间平均，IEC TR 62669 和ITU-T K-Sup.16 中提出的采用实际最大发射等效全向辐射功率（直接或间接源自最大发射功率）进行射频电磁场暴露评估的方法适用于具有大规模MIMO的基站系统。

4.4 5G的EMF 暴露评估

5G的电磁暴露评估可以使用计算和测量方法进行。IEC 一直在为6 GHz 以上频段研究暴露评估方法。

IEC、ITU、IEEE 和CENELEC 等国际标准制定组织已经制定和更新了符合性评估标准。

-IEC 62232 将频带扩展到100 GHz。

-IEC TR 62669 包含支持IEC 62232 进行5G 符合性评估的案例研究。

根据中国电信于2020 年下半年开展的一次大规模现场监测活动，其结果显示：5G 基站（电信和联通共享基站，工作带宽为200 MHz，最大发射功率为320 W）在eMBB（增强移动宽带）应用场景下，距离基站26～81 m的敏感区域内，检测到的6 分钟时间平均EMF 功率密度为8.3～20.5 µW/cm2，均远低于ICNIRP和IEEEC95.1推荐的1000µW/cm2（即10 W/m2）的限值，更是低于中国国家标准GB 8702-2014《电磁环境控制限值》中规定的48 µW/cm2（频段在3.4～3.6 GHz）的严苛限值。

5 结束语

随着移动通信业务的发展与普及，公众与用户已经越来越习惯于无线电及其天线的存在。但随着5G的部署，国际上一些媒体包括公众对5G 辐射的关注程度还是出乎预料的。因此，澄清5G 新技术的辐射以及射频电磁场对人体健康影响的研究成果，并加强相应科普和宣传是必要的。

全文回顾并综述了世界卫生组织EMF 研究项目及其出版物的最新研究结论，以及与EMF 和人体健康相关的标准限值要求。旨在为各类社区、利益相关方和政府提供合适的EMF 信息和科普资源；文中通过参考引用ICNIRP、IEEE 和IARC 等组织提供的信息来支持对辐射的科学澄清，这些信息在帮助澄清射频技术、基础设施的实施利用以及由此产生的电磁场暴露领域的科学不确定性方面特别有用。

就目前而言，导则里的暴露限值反映了当代关于生物电磁效应和方法学方面的最新研究水平，并将随着时间推移和技术进步持续演进。

电磁辐射相关标准主要是基于理论估计、外推法、以及对人体暴露实验数据的判断。也正是由于这一点导致了科学家们之间的所谓“争论”，以及一些可以理解但却毫无根据的要求为职业人员或公众暴露提供绝对安全的保证或证明。出于这个原因，暴露导则将一直存在不确定性。

此外，在不同国家，甚至同一国家内不同的司法管辖区，有时可能会根据其公民意愿，选择制定不同的或更严苛的辐射保护等级水平，而这并不是基于科学的风险评估。

制定更严苛的辐射暴露限值将导致“频谱浪费”和“网络部署灵活性降低”，即影响站点的选址和优化；其次是覆盖范围缩小、站点共享机会减少以及提供相同服务水平所需的站点数量的增加。

最后，希望通过本文所提供的相关信息能够帮助公众更科学地对待无线新技术及其电磁辐射，为推动数字化融合技术的发展、早日消除不同国家或地区之间的数字鸿沟，积极支持5G 和数字化基础设施的建设。我们有理由相信，随着数字化技术的发展与持续创新，未来的移动通信网络必将是一个更加绿色、环保和高效的数字化网络。