CNS 14959-2005 Limits for exposuring to time-varying electric magnetic and electromagnetic fields (up to 300 GHz)《时变电场、磁场及电磁场曝露之限制值(300GHZ以下)》.pdf

1、 1 印行年月 94 年 12 月 本標準非經本局同意不得翻印 中華民國國家標準 CNS 總號 類號 ICS 17.220.99 C642814959經濟部標準檢驗局印行 公布日期 修訂公布日期 94 年 12 月 5 日 年月日 (共 13 頁 )時變電場、磁場及電磁場曝露之限制值 (300 GHz 以 )Limits for exposuring to time-varying electric, magnetic and electromagnetic fields (up to 300 GHz) 1. 適用範圍：本標準規定曝露於時變電場、磁場及電磁場之限制值，包含基本限制及參考位準。

2、本標準主要目的在於制定各類標準，限制電磁場曝露，防止各種不利於健康之影響。不良健康影響會造成曝露個體及其後代之健康受到可檢測到之損害，但生物效應，可能會、亦可能不會對健康産生不利影響。 2. 用語釋義 2.1 基本限制 (basic restrictions)：直接依據設定的健康效應而制定之曝露於時變的電場、磁場和電磁場曝露之限制值。根據各種場的頻 率之不同，用以指定此類限制值之物理量包括電流密度 (J)、比吸收率 (SAR)以及功率密度 (S)。其中只 有空中之功率密度在曝露個體身體之外能夠隨時測量之。 2.2 參考位準 (reference levels)：這些參考位準特別用以評估實際的曝

3、露情況，進而確定是否可能超出基本限制。某些參考位準透過相關 的基本限制進行確定，這類基本限制採用測量及 /或計算技巧得以實現，而某些位準則根據感應以及曝露於電磁場 (EMF)中所産生之不利間接效果而定。參考位準之物理量 包括電場強度 (E)、磁場強度 (H)、磁通量密度 (B)、功率密度 (S)以及肢體電流 (IL)。基於感應和其他間接效果之物理量包括接觸電流 (IC)以及脈衝場中之比吸收能 (SA)。在任何特定之曝露情況下，這些物理量之量測值或者計算值可與相應 的參考位準比較。符合參考位準則可保證符合相關之基本限制。如果量測值或者 計算值超過參考位準，此並不意味著已超出基本限制。但當超過參考

4、位準時，則 必須檢驗這些物理量之數值是否已經超過基本限制，並決定是否有必要採取其他保護措施。 2.3 吸收 (absorption)：在無線電波傳播之過程中，無線電波由於能量消耗而引起之衰減，即無線電波之能量轉變爲另一種形式，例如：熱能。 2.4 非熱影響 (athermal effect)：電磁場對人體産生之任何與熱無關之影響。 2.5 血腦障 (blood-brain barrier)：一個用來解釋爲什麽許多經血液傳輸之物質能夠很容易地進入其他組織卻不能進入大腦之概念。此一屏障發揮之作用彷彿是佈滿大腦脈管系統之連續隔膜。這些大腦毛細血管內層細胞構成了組織物質從脈管系統進入大腦之連續屏障。

5、2.6 電導 (conductance)：電阻之倒數，以西門 (S)表示。 2.7 導電率 (electrical conductivity)：為一純量或向量，當其與電場強度相乘後得到傳導電流強度，其為電阻係數之倒數，以西門米 (S/m)表示。 2 CNS 14959, C 6428 2.8 連續波 (continuous wave)：為一在穩態條件下連續振動相同之波。 2.9 電流密度 (current density)：為一向量，其特定表面之積分等於流過此表面之電流，線性導體之平均強度等於電流除以導 體之橫截面面積，以安培平方米(A/m2)表示。 2.10 滲透深度 (depth of p

6、enetration)：對於入射到良導體之邊界的平面波電磁場，波之滲透深度為波之場強度下降到 1/e 時之深度，或者為最初數值的 37%。 2.11 介質常數 (dielectric constant)：參照 permittivity。 2.12 射頻劑量測定 (dosimetry)：經由計算衡量或確定曝露於電磁場之人或動物的內部電場強度或感應電流、比吸收能或比吸收率分佈。 2.13 電場強度 (electric field strength)：電場中某一點上對靜態單位正電荷之力，以伏特米 (V/m)表示。 2.14 電磁能量 (electromagnetic energy)：儲存在電磁場中之

7、能量，以焦耳 (J)表示。 2.15 超低頻 (extremely low frequency, ELF)：低於 300Hz 之頻率。 2.16 EMF：係電場、磁場和電磁場 (electric, magnetic, and electromagnetic fields)之縮寫。 2.17 遠場 (far field)：距離輻射天線超過電磁場波長之區域，在 遠場中，場之量 (E和 H) 與傳播方向是相互垂直的，場型 (field pattern)之形狀不受與源頭之距離的影響。 2.18 頻率 (frequency)：一秒鐘內電磁波完成之正弦週期數量，通常以赫茲 (Hz)表示。 2.19 波阻抗

8、 (wave impedance)：代表某一點橫向電場與代表該點橫向磁場之複數 (向量 )間的比率，以歐姆 ( )表示。 2.20 磁場強度 (magnetic field strength)：為一軸向量 (axial vector )，其與磁通密度結合在一起確定了空間中任何點之磁場，以安培米 (A/m)表示。 2.21 磁通密度 (magnetic flux density)：為一向量場量，産生作用於單個或多個移動電荷之力量，以特士拉 (T)表示。 2.22 導磁係數 (magnetic permeability)：為一純量或向量，將其與磁場強度相乘即可得到磁通密度，以亨利米 (H/m)表示

9、。 備考：對於等向性介質，導磁係數係一純量；對於非等向性介質，則為一張量。 2.23 微波 (microwave)：波長足夠短，因而可以將波導 和相關共振腔 (cavity)技術應用在波的發射和接收之電磁放射物。 備考：此一術語用來表示頻率範圍在 300 MHz 至 300 GHz 間之電磁場。 2.24 近場 (near field)：距離輻射天線短於磁場波長之區域。 備考： 磁場強度 (乘以空間之阻抗 )與電場強度不相同，而且在離天線小於波長十分之一之距離中，如果與該距離相比較天線顯得 很小時，則電場強度和磁場強度與距離之平方或立方呈反比關係。 2.25 非游離輻射 (non-ionizi

10、ng radiation, NIR)：包括不具有在物質中産生游離所需能量之電磁波頻譜的所有電磁場，此類放射之特點為每個光子之能量低於 12 eV、波長短於 100 nm、且頻率低於 31015Hz。 3 CNS 14959, C 6428 2.26 職業曝露 (occupational exposure)：個人在從事工作之過程 中所受到的所有電場、磁場和電磁場 (EMF)曝露。 2.27 電容率 (permittivity)：定義等向性 介質對帶電體産生之引力或斥力作用的常數，以法拉米 (F/m)表示，相對電容率係一種物 質或介質的電容率除以真空的電容率。 2.28 平面波 (plane wa

11、ve)：為一電磁波，在此種電磁波中，電場和磁場向量位於與波之傳播方向相垂直之平面，且磁場強度 (乘以空間之阻抗 )和電場強度相同。 2.29 功率強度 (power density)：在無線電波傳播中，經過垂直於波傳播方向單位面積之能量，以瓦特平方米 (W/m2)表示。 2.30 坡印亭向量 (poynting vector)：為一向量， 其在任何表面之通量代表穿過此表面的瞬間電磁能量，亦稱爲功率密度。 2.31 公衆曝露 (public exposure)：一般民眾所受的全部電場、磁場和電磁場曝露，不包括在工作中和醫療過程中受到之曝露。 2.32 射頻 (radiofrequency, RF

12、)：適用於電信之電磁曝露的任何頻率。 備考：在本標準中，射頻係指 300 Hz 至 300 GHz 之頻率。 2.33 諧振 (resonance)：隨波之頻率接近或等於介質之自然 頻率所發生的振幅變化。全身對電磁波之吸收為其之最高值，即頻率大約爲 114/L 時之諧振， L 為個體以米 (m)爲單位之高度。 2.34 均方根 (root mean square, r.m.s.)：某些電的影響係與週期函數 (經一段期間 )平方之均方根成比例關係。此一數值被 稱爲有效或均方根數值，因爲其係經由先將函數平方，確定得到平方值之均值，然後取均值之平方根而得到。 2.35 比吸收能 (specific

13、absorption, SA)：每個生物組織質量單位吸收之能量，以焦耳千克 (J /kg)表示，比吸收能為比吸收率之時間積分。 2.36 比吸收率 (specific absorption rate, SAR)：身體組織吸收能量之速度，以瓦千克 (W/kg)來表示。 SAR 為一廣泛應用於高於 100 kHz 之頻率中的劑量測定指標。 2.37 波長 (wavelength)：週期波傳播方向上，擺動相位相同之兩個連續點間之距離。 3. EMF 曝露一般說明 3.1 職業和公衆曝露限制 曝露於電磁場環境下之職業人士，包括瞭解相關條件、經過培訓瞭解相關風險並採取了恰當之預防措施之成年人。相較之下，

14、一般民眾包括所有年齡層及不同健康狀況之個體，同時還可能包括特殊敏感人群或個人。在許多情況下，一般民眾對電磁場曝露毫不知情。此外， 一般民眾不可能採取預防措施以減少或避免曝露。出於這些考慮，公衆曝露限制應該比職業曝露限制更爲嚴格。 3.2 基本限制和參考位準 有關曝露影響之限制係以確定的健康效 應爲基礎，稱之爲基本限制。根據頻率，用以說明電磁場曝露基本限制之物理量爲電流密度、 SAR 及功率密度。為防止各種不利於健康之影響不能超越這些基本限制。 曝露參考位準係用於與物理量量測值進行比對，若符合這些規定之參考位準， 4 CNS 14959, C 6428 則可確保符合基本限制。如果量測值比參考位準

15、高，此並不一定意味超過必要之基本限制，但需要進行更詳細的分析，以評估其是否符合基本限制。 3.3 安全因數 (safety factor)一般說明 人體和試驗性動物對電磁場曝露之生物效應和健康效應之資料並不完善，以致於無法對整個頻率範圍和各種頻率調變 建立安全因數時提供堅實的基礎。此外，有些安全因數之不確定性係由於缺乏劑量度量單位相關知識所導致。在確定高頻場安全因數時考量下列一般變數： (1) 在惡劣環境條件 (高溫等 )及 /或高活性位準 (high activity level)下電磁場曝露之影響。 (2) 某些人群具有更高的潛在 熱靈敏度 (thermal sensitivity)，比如

16、體弱人士及 /或老人、嬰兒與小孩及正在生病或服藥影響了抗熱能力的人。 在制定高頻場參考位準標準時考量下列額外因素： (1) 不同人以及不同方向對電磁能量吸收的不同； (2) 入射場反射、聚焦及散射可導致高頻能量定位吸收增強。 4. 限制值 4.1 基本限制 制定不同頻率範圍之基本限制值時採用不同的科學根據： (1) 在 1 Hz 至 10 MHz 頻率範圍內，基本限制主要為電流密度，以防止對神經系統功能造成影響。 (2) 在 100 kHz 至 10 GHz 頻率範圍內，基本限制主要為 SAR，以防止全身發熱和局部組織過熱；在 100 kHz 至 10 MHz 頻率範圍內，基本限制主要為電流密

17、度和 SAR。 (3) 在 10 GHz 至 300 GHz 頻率範圍內，基本限制主要為功率密度，以防止身體表面組織或附近組織過熱。 在數 Hz 至 1 kHz 之頻率範圍內，對於超過 100 mA/m2之感應電流密度而言，超過中樞神經系統興奮性劇烈變化以及其他劇烈效應 (例如：視覺誘發電位顛倒 )之臨界值。出於上述安全考慮，對於 4 Hz 至 1 kHz 之頻率範圍而言，職業曝露應限制爲感應電流密度低於 10 mA/m2之場，即安全因數爲 10。對於公眾曝露限制而言，採用額外的安全因數 5，基本限制爲 2 mA/m2。對於 4 Hz 以下以及 1 kHz 以上之頻率而言，感應電流密度基本限制

18、逐漸提高，同時 與這些頻率範圍相關的神經刺激臨界值也提高。 5 CNS 14959, C 6428 表 1 頻率低於 10 GHz 之時變電場和磁場基本限制 曝露特性 頻率範圍 頭部和軀幹電流密度(mA/m2)(r.m.s.)全身平均SAR (W/kg) 局部曝露SAR (頭部和軀幹 ) (W/kg) 局部曝露SAR (肢體 )(W/kg) 1Hz以內 40 1-4Hz 40/f 4Hz-1kHz 10 1-100kHz f/100 100kHz-10MHz f/100 0.4 10 20 職業曝露 10MHz-10GHz 0.4 10 20 1Hz以內 8 1-4Hz 8/f 4Hz-1kH

19、z 2 1-100kHz f/500 100kHz-10MHz f/500 0.08 2 4 公衆曝露 10MHz-10GHz 0.08 2 4 備考 1. f 係指頻率 (Hz)。 2. 由於身體之電特性不均勻，電流密度應爲垂直於電流方向之 1 cm2橫截面之平均值。 3. 100 kHz 以下之頻率，可經由將 r.m.s.值乘以 2 之平方根 (約 1.414)得到峰值電流密度值。對於脈衝寬度 tp而言，應用於基本限制之等效頻率應計算為 f = 1/(2 tp)。 4. 對於 100 kHz 以下之頻率及脈衝磁場而言，與脈衝相關之最大電流密度可經由磁通量 密度升降次數以及最大變化率進行計算

20、。然後，感應電流密度可與相應的基本限制進行比較。 5. 所有 SAR 值都爲任意 6 分鐘之平均值。 6. 局部曝露 SAR 平均值係利用任意 10 g 相鄰組織進行計算；由於獲得之最大SAR 值應為曝露評估所使用之值。 7. 對於脈衝寬度 tp而言，應用於基本限制之等效頻率應計算為 f=1/(2 tp)。此外，對於脈衝曝露而言，在 0.3 Hz 至 10 GHz 之頻率範圍內，於頭部局部曝露之情況下，爲了限制或避免由於熱彈性膨脹 (thermoelastic expansion)導致之聽力效應 (auditory effects)，建議採用額外之基本限制。對於工人而言，SA 不得超過 10

21、mJ/kg；對於一般民眾而言，則 SA 不得超過 2 mJ/kg(10g 組織平均值 )。 6 CNS 14959, C 6428 在 10 MHz 至幾 GHz 之頻率範圍內，確定的生物和健康效應與身體溫度升高超過1C 之反應一致。人在一般環境條件下，曝露於全身比吸收率 (SAR)大約爲 4 W/kg之場中約 30 分鐘可導致此種幅度之升溫。因此， 0.4 W/kg 被選擇作爲可爲職業曝露提供足夠保護之限制值。公衆曝露採用了附加 的安全因數 5，平均全身比吸收率爲 0.08 W/kg。 一般民眾採用較低的基本限制，其主要係考慮到 他們的年齡和健康狀況可能與工人不同。在低頻率範圍內，目前很少有

22、資料將瞬 間電流與健康效應聯繫起來。因此，國際非游離輻射委員會 (International Commission on Non-Ionizing Radiation Protection, ICNIRP)建議瞬間或短期峰值場産生之電流密度限制值應被視爲瞬間值，不應按照時間進行平均。 對於 1Hz 至 10 GHz 頻率範圍而言，電流密度、全身平均 SAR 和局部曝露 SAR 基本限制參照表 1；對於 10 至 300 GHz 頻率範圍而言，其功率密度基本限制則參照表 2。 4.2 參考位準 參考位準係透過基本限制資料建模，以及經由實 驗室在特定頻率的量測結果推導而得。導出限制值表示場與曝露個

23、體之最大耦合狀態，因此可提供最有效的防護。表 3 和表 4 分別敘述職業曝露以及公衆曝露參考位準，並且於圖 1 和圖 2 中予以說明。參考位準為整個身體的空間平均值，但其 重要的附帶條件為不能超過局部曝露基本限制。 對於低頻場而言，採用數種計算與量測方法，以 便從基本限制中獲得場強參考位準。目前採用的簡化方法不考慮例如導電率不均 勻分佈與非等向性以及對這些計算非常重要的其他組織因數等現象。 參考場位準之頻率相關性與生物效應和場耦合資料保持一致。 表 2 10 至 300 GHz 頻率範圍內之功率密度基本限制 功率密度 曝露特性 (W/m2) 職業曝露 50 公衆曝露 10 備考 1. 功率密度

24、應在 20 cm2之曝露面積和任意 68/f1.05分鐘期間內 (f之單位爲 GHz)進行平均，以補償隨頻率增加逐漸減小之穿透深度。 2. 1 cm2面積進行平均之空間最大功率密度不應超過上述值 20 倍。 7 CNS 14959, C 6428 表 3 時變電場和磁場職業曝露參考位準 (無干擾 r.m.s.值 ) 頻率範圍 電場強度 E(V/m) 磁場強度 H(A/m) 磁感應強度 B(T) 等效平面波功率密度 Seq(W/m2) =(3) 式中， SARi在 i 頻率下之 SAR SARL 表 1 中規定之 SAR 限制值 SL 表 2 中規定之功率密度 Si 在 i 頻率下之功率密度 對

25、於基本限制之實際應用而言，應適用下列場強參考位準相關標準。 對於感應電流密度和電刺激效應而言， 10MHz 以下之頻率下，應適用下列公式： 1aEEEMHz10MHz1iiMHz1Hz1i i,Li+=(4) 及 1bHEH MHz10kHz65ijkHz65Hz1jj,Lj+=(5) 式中， Ei 在 i 頻率下之電場強度 EL，i表 3 和表 4 中規定之電場參考位準 Hj 在 j 頻率下之磁場強度 13 CNS 14959, C 6428 HL，j表 3 和表 4 中規定之磁場參考位準 a 職業曝露時為 610 V/m；公衆曝露時則為 87 V/m b 職業曝露時為 24.4 A/m(3

26、0.7 T)；公衆曝露時則為 5 A/m (6.25 T) 常數 a 和 b 係用於超過 1 MHz 之電場及超過 65 kHz 之磁場，因爲總和係以感應電流密度爲基礎，且不得與熱效應混合。後者分別構成超過 1 MHz 及 65 kHz之 EL，i與 HL，j之基礎，參照表 3 和表 4。 對於熱效應而言，在超過 100 kHz 之頻率下，應適用下列關係式 : 1)EE()cE(GHz300MHz1i2i,LiMHz1kHz100i2i+=(6) 及 1)HH()dH(GHz300MHz1j2j,LjMHz1kHz100j2j+=(7) 式中， Ei 在 i 頻率下之電場強度 i,LE表 3

27、和表 4 中規定之電場參考位準 Hj 在 j 頻率下之磁場強度 j,LH表 3 和表 4 中規定之磁場參考位準 c 職業曝露時為 610/f V/m(f 單位爲 MHz)；公衆曝露時則為 87/f1/2V/m d 職業曝露時為 1.6/f A/m (f 單位爲 MHz)；公衆曝露時則為 0.73/f 對於肢體電流和接觸電流而言，可適用下列公式： 1)II(MHz110MHz10k2k,Lk=1)II(MHz110Hz1n2n,Cn=(8) 式中， Ik在 k 頻率下之肢體電流元件 k,LI 肢體電流參考位準 (參照表 6) In在頻率 n 下之接觸電流 n,CI 在頻率 n 下之接觸電流參考位

28、準 (參照表 5) 上述計算等式都是在多重功源下假設為最壞的情況。因此，實際之曝露情況在曝露位準上沒有上述等式中之參考位準要求嚴格。 相對應國際標準： ICNIRP (International Commission on Non-Ionizing Radiation Protection), “Guidelines for limiting exposure to time-varying electric, magnetic, and electromagnetic fields (up to 300 GHz),” Health Physics, vol. 74, pp. 494 522, 1998