非游離輻射 Non-ionizing Radiation

1. 陳裕政 非游離輻射Non-ionizing Radiation

2. 本章主題 • 非游離輻射的定義 • 環境中非游離輻射的來源 • 環境中非游離輻射的暴露概況 • 非游離輻射的生物效應 • 非游離輻射的管制標準 • 避免過度暴露於非游離輻射的策略 • 結語

3. 何謂非游離輻射 • 輻射照射到生物體後其能量不足以使組織之電子發生游離現象者稱之。 • 能量低於 10 電子伏特(eV) ；頻率小於 2.41015赫茲(Hz)，波長大於 124 nm 的電磁輻射波段。

4. 非游離輻射的種類 • 非游離輻射，包括 ： • 紫外線 • 可見光 • 紅外線 • 微波與射頻輻射 • 極低頻電磁場 • 靜電場

5. 非游離輻射在電磁波譜上的位置 非游離輻射在電磁波譜上的相對位置 （資料來源http://www.mcw.edu/gcrc/cop/powerlines-cancer-FAQ/toc.html#spectrum）

6. 種類 波長 頻率 部份紫外線 200－400 nm 7.5×105－1.5×106 GHz 可見光 400－700 nm 4×105－7.5×105 GHz 紅外線 700 nm－1 mm 300 GHz－4×105 GHz 微波 1 mm－1 m 300 MHz－300 GHz 射頻輻射 1 m－100 km 3 kHz－300 MHz 極低頻電磁場 1,000 －10,000 km 30－300 Hz nm＝10－9公尺；mm＝10－3公尺；km＝103公尺；kHz＝103赫；MHz＝106赫；GHz＝109赫 非游離輻射之波長與頻率範圍

7. 決定非游離輻射能量的因素 電磁波的能量高低由其頻率所決定： • C=quantum speed=3  108 m/sec =f • E=radiant energy of quantum =hf h=6.625x10-27 erg-sec (Plank’s constant)  = 波長（公尺） f = 頻率 （赫）

8. 決定非游離輻射能量的因素 • 電磁輻射中輻射頻率愈高的部份其所產生的能量也就愈大。 • 熱效應為非游離輻射與人體組織接觸時所產生主要的生物及健康效應。。

9. 各種游離輻射的環境來源

10. 紫外線的環境來源 • 自然： • 紫外線在環境中的主要來源為太陽光，但多屬低強度的範圍。 • 人為： • 工業製程則經常是產生高強度紫外線的來源。 • 例如，白熱型燈具、電焊及電弧都是紫外線主要的工業來源。

11. 紫外線的環境來源 • 為非游離輻射中頻率最高的輻射(或能量) 。 • 來源: 主要為太陽光 • 波長範圍: 100 nm ~ 400 nm • 由波長範圍大小，區分為三種紫外線: • UVA (近紫外線) • 波長範圍: 315 nm ~ 400 nm • 可穿透空氣、石英、玻璃和水 • UVB (中紫外線) • 波長範圍: 280 nm ~ 315 nm • 可穿透空氣和石英，但無法穿透玻璃 • UVC (遠紫外線) • 波長範圍: 100 nm ~ 280 nm • 對所有介質的穿透力極低，為大氣的臭氧層吸收，鮮少到達地表。

12. 紫外線的環境來源 • 日常生活中所能接觸到的紫外線大多屬於近紫外線，因遠紫外線大多被大氣所吸收而無法到達地面。 • 由於大氣層日漸遭受人類活動的破壞，地球上某些地區上空的大氣層日漸喪失過濾遠紫外線的功能，導致地球上某些地區的遠紫外線強度增加，人類過度暴露於紫外線的機率大增。（右圖取自環保署網站資料）

13. 紫外線的環境來源 • 據估計，當臭氧減少 10%時，將使波長小於 300 nm 的紫外線到達地球的量增加一倍，但對於 UVA 波段的紫外線，並沒有顯著影響。 • 陽光（紫外線 ）V.S. 維他命D

14. 人為的紫外線來源 • 水銀燈 • 低壓燈泡放射 253.7 nm 的 UV，主要用途為殺菌。 • 中高壓燈泡放射 365 nm 的UV，主要用途為 curing 及區域照明，如健身防和停車場。為帶青色的光線，近距離直視會導致 UV 傷害。 • 典型的區域照明水銀燈泡會有兩層包封，內層包封的材質為石英，外層包封為 UV 的不透明物質如硼矽酸鹽所製，倘若外層包封破裂而仍繼續使用，則可能因為小於 350 nm 的 UV 增加，而造成健康危害。 • 日光燈 • 日光燈照明和皮膚癌的相關曾經被調查，國際輻射保護協會(International Radiation Protection Association, IRPA)認為日光燈照明並不是黑色素皮膚癌(melanoma skin cancer)的成因。 • 在非黑色素皮膚癌(nonmelanoma skin cancer)發生率的模式研究發現，對於無壓克力遮罩的燈管可測得 UVA、B 和 C，有壓克力遮罩的燈管則測不到 UV。

15. 人為的紫外線來源 • 白熱光源 • 鎢絲燈泡因為溫度從不超過 3000 K，僅放射少量 UV。 • 玻璃包封減少 UV 的放射，高溫白熱光源如鹵素燈UV，以石英包封增加 UV 的放射。 • 氫氧焰和氧炔焰亦為產生 UV 的白熱光源。 • 電焊 • 產生高強度的 UV，決定 UV 放射的因子包括: 電弧電流、遮蔽氣體、電極線圈材質、基質金屬和接合形態(joint geometry)。 • 一些較具 UV 危害性的電焊製程包括:用鋁或鐵合金的氬金屬電弧電焊(argon-shielded gas-metal arc welding, GMAW)和用鐵合金的氦鎢電弧電焊(helium-shielded gas tungsten arc welding, GTAW) 。

16. 人為的紫外線來源 • 電腦顯示器 • 由於電子束和黃磷塗裝的螢幕作用，使得電腦顯示器產生低量的 UVA。 • 據研究，在距離螢幕一公尺的 UVA光度， 小於1.8 10-4W/m2。由電腦顯示器所放射的 UVA，遠小於由日光透過玻璃進入室內的量。 • UVB 貢獻極少的顯示器總 UV放射，在距離 50 公分的光度為 1.0 10-5W/m2。 • 醫學及牙醫 • 醫學上 UV 主要用於光治療(phototherapy)、光化學治療(photo-chemo-therapy)、曬成褐色，消毒和滅菌。 • 有研究指出，光治療的人員暴露於超過暴露標準的 UVB 和 UVC。 • 6 J/m2的 UV每日中位劑量(median daily dose)，被使用於光治療操作人員死於 UV 誘發的非黑色素皮膚癌的風險。假定 40 年的工作生命，光治療操作人員死於皮膚癌的機會比非暴露的人多 25%。 • 由牙醫的 leaky curing tool 所造成的 300 ~ 400 nm 間的 UV 暴露約為 0.04 mW/m2， 300 nm 的暴露為 0.003 ~ 0.004 mW/m2。

17. 人為的紫外線來源 • 實驗室 • 低壓水銀燈用於控制實驗室內的細菌、病毒、酵母菌和黴菌的產生，造成 UV 的暴露。 • 主要的 UV 燈波長有 253.7 和 300 nm。 • 健身房中的日照燈或亭(tanning lamps/booths) • 健身房中的日照燈或亭是一個重要的 UV 發生源，一般在日照床表面的 UV 光度，因為燈泡老化和不佳的配置，因而光度在 5.7 ~ 22 W/m2範圍內變化。 • 燈泡應該在使用前使其老化 10 小時，以減少 UV和不相等的 UV 暴露劑量。 • 使用 UVA 燈泡作人工日照曬黑，可能使全身性紅斑性狼瘡(systemic lupus erythematosus)惡化及造成皮膚炎。

18. 可見光的環境來源 • 可見光也多來自太陽光，涵蓋波長介於400－700 nm的電磁波。 • 在正常的狀況下，可見光本身並不具危害性，但不適當的照明強度或對比則對眼球會造成傷害。 • 某些產品是利用激勵可見光輻射放射而再加以放大光而產生，稱之為雷射產品。 • 雷射產品多使用於精密加工作業，如飛機/汽車製造，精密儀器加工，材料表面硬化/處理等行業。

19. Q:雷射為可見光，為何會對人體造成傷害？ • 測量單位: • 光度(irradiance)或稱為 power density • 依國家制單位(International System, SI, units)為瓦特/平方公尺(W/m2)或微瓦特/平方公分(mW/cm2)。 • 輻射暴露(radiant exposure) • 生物反應的能量劑量(energy dose)，單位為焦耳/平方公尺(J/ m2)或微焦耳/平方公分(mJ/cm2)。 • 光譜光度(spectral irradiance) • 某一小段波長的光度除以一段波長範圍，W/ m3或 W/ m2/nm。

20. 紅外線的環境來源 • 自然： • 一般環境中的紅外線也來自太陽光，職場環境中的紅外線則以從事紅外線進行作業的人員暴露於過量紅外線的機會最高。 • 人為： • 烘乾作業以及乾燥處理。 • 金屬零件加熱，以便於在裝配作業中達到收縮密合的目的。 • 紡織品、紙張、皮革、肉製品、蔬菜等之脫水作業也常藉助紅外線。 • 通訊設備、儀器分析。

21. 微波與射頻輻射的環境來源 • 微波與射頻輻射（頻率介於3kHz-300GHz）在我們日常生活環境中隨處可遇，大多是人為產生。

22. 來源 頻率 個人通訊（行動電話） 800－900 MHz，1,800－2,200 MHz 衛星通訊 800－24,000 MHz 廣播 0.3－3 MHz（AM），30－300 MHz （FM），300－3,300 MHz（TV） 警用雷達 10.5，24，35 MHz 電腦終端機 0.003－0.03 MHz 鹵素燈泡 0.003－0.03 MHz，2,450 MHz 微波爐 915及2,450 MHz 電子防盜設備 300－3,000 MHz 自動門感應器 1,000－10,000 MHz 手持條碼感應器 900－950 MHz 復健用透熱設備，手術用電刀 3－30 MHz 微波與射頻主要的環境來源及其相對應之頻率範圍

23. 行動電話基地台與電腦終端機

24. 極低頻電磁波的環境來源 • 極低頻電磁場在環境中的主要來源為現代電力系統（主要為50/60 Hz）。 • 頻率介於30－300Hz

25. 家電或辦公室設備為室內極低頻電磁場的主要來源家電或辦公室設備為室內極低頻電磁場的主要來源

26. 變電所與輸配電線為室外極低頻電磁場的主要來源變電所與輸配電線為室外極低頻電磁場的主要來源

27. 電焊工人、電力工作者是極低頻電磁場的職場暴露者電焊工人、電力工作者是極低頻電磁場的職場暴露者

28. 環境中各種非游離輻射暴露概況

29. 紫外線與紅外線的暴露概況 • 世界氣象組織在1994年制定一套紫外線指數標準，只要紫外線指數超過7，就是紫外線過量，只需要20分鐘就可以曬傷。 • 台灣在夏天（5－9月），紫外線指數超過7的日數，北部有四成，中部約六成，南部約八成，所以平時應注意紫外線指數預報，做好防曬措施。

30. 紫外線與紅外線的暴露概況 • 由以人體模型所做的紫外線劑量測定研究指出，人體最大日照部位包括: 足尖、肩膀和耳朵、後頸部、和接近鼻子、顴骨和下嘴唇區域。

31. 個人通訊射頻輻射的暴露強度 • 個人通訊射頻輻射的部分多屬人為產生，其頻率介於860－900 MHz以及1800－2200 MHz。 • 對於功率1600 W ERP架設於距離地面40至83公尺高的行動電話基地附近環境而言，最大的射頻輻射功率密度出現在距地面20－80公尺的塔架附近，數值約為0.002毫瓦特/平方公分（mW/cm2）。

32. 個人通訊射頻輻射的暴露強度 • 日常環境中最常發生之射頻輻射功率密度介於0.0001至0.005 mW/cm2之間。 • 行動電話所產生之功率密度則常介於0.01－0.03 mW/cm2之間。 • 遠低於射頻輻射能產生熱效應的最低強度（即10 mW/cm2） 。

33. 學校編號 基地台位置 最大射頻強度 （mW/cm2） 1 PCS基地台在對街 0.00016 2 在屋頂有類比基地台 0.0026 3 在對街有類比基地台 0.00022 4和5 附近沒有無線天線 小於0.00001 加拿大的國家標準 小於0.57 1999年一個加拿大的研究針對五所學校測量其校園射頻輻射強度

34. 家電種類 極低頻磁場分佈範圍 (單位mG) 3公分 100公分 電視 25-500 0.1-1.5 微波爐 750-2,000 2.5-6.0 吹風機 60-20,000 0.1-3.0 電冰箱 5-17 <0.1 電鬍刀 150-15,000 0.1-3.0 洗衣機 8-500 0.1-1.5 吸塵器 2,000-8,000 1.3-20 檯燈 400-4,000 0.2-2.5 英國國家輻射防護局（NRPB）公佈之家電設備極低頻磁場值

35. 國際非游離輻射規範 • 1998年國際非游離輻射防護委員會對於極低頻電磁場暴露規定是： • 一般民眾電場暴露需小於5000V/m，磁場需小於1000毫高斯（mG）。 • 職業暴露的標準比較高，電場需小於10000V/m，磁場需小於5000毫高斯。

36. 家電種類 測量數量 測量位置極低頻磁場分佈範圍 (min-max mG) 最大極低頻磁場位置 3公分 30公分 100公分 電視 15 85-225 15-25 1.3-4.7 線圈處 除濕機 16 300-6,000 19-89 1.8-5.5 馬達處 電冰箱 5 4.9-100 1-16 0.1-2.2 壓縮機處 電熱器 7 100-2,000 4.7-54 0.5-3.4 後方 微波爐 14 95-2,500 8-165 1.2-37.2 微波發射處 吹風機 16 50-1,700 0.7-11.1 0.2-2 馬達處 電磁爐 6 95-3,000 7.4-82 0.7-11.6 後方 (較不一致) 電子鍋 9 8-90 0.7-2.7 0.2-1.9 電源線入口處 電鍋 12 12-80 0.5-3.6 0.1-3.5 電源線入口處 電熱水瓶 12 12-70 0.6-6.1 0.2-2 底部周圍 冷氣機 26 8-300 1-22 0.2-13 控制版面附近 吸塵器 15 160-4,000 7.2-143 0.5-17.2 馬達處 洗衣機 9 9-1,200 3.6-88 0.4-11 側下方進水時較大 電風扇 6 140-600 1.5-9.4 0.3-1.6 馬達處 個人電腦 13 40-60 2.3-4 0.4-1.8 後上方或側面偏向線圈處 台灣電力公司針對家電設備進行極低頻磁場測量之數據

37. 戶外輸配電線與其它電力設備所產生的電磁場暴露 • 根據台灣電力公司於1989年所作的調查發現台灣地區總共有42所學校校區上空有高壓（69/161/345 kV）輸電線跨越，其中23所為國中小學或幼稚園。 • 在這些校園中所量測到的磁場強度最大值介於2.5－170 mG之間。

38. 1996年美國加州公立小學校園極低頻磁場量測資料1996年美國加州公立小學校園極低頻磁場量測資料 • 1996年美國加州政府委託執行針對境內公立小學校園環境（共計有5403個測量點，其中3193個測量點為教室）所進行的極低頻磁場量測發現： • 79.9%的校園屋外環境磁場強度高於1 mG，高於2 mG者有6.9%，高於4 mG者則僅有1.5%。 • 至於教室內的測量點，高於1、2、3、或4 mG者各有83.1%、5.7%、2.1%、與1.2% 。

39. 非游離輻射的生物效應

40. 紫外線的生物效應 • UV 的主要的危害標的器官或系統(target organ system)為皮膚、免疫系統和眼睛。 • 生物效應和頻率有密切關係，因此定義出幾個作用波段(action spectrum)，來描述暴露劑量和生理反應的關係。 • 作用波段為對生物效應閾值的倒數，通常表達生物效應效能(biological efficacy) 經由對 UV 波段以生物效應最有效波長作常態化，如對皮膚以 297 nm、對眼睛以 270~280 nm。

41. UV誘發靈長類眼角膜炎的作用波段

42. 紫外線對皮膚的危害 (1) • 表皮為皮膚阻隔光線的主要結構，表皮的主要色素基包括:最外層角質層(stratum corneum)的蛋白質胺基酸和最內層的核酸。 • UV 穿透組織的深度和波長、色素沉積狀況和組織厚度有關。 • 波長小於 297 nm 的 UV 為表皮所吸收，波長大於 297 nm 的 UV 穿透至真皮。 • UV 對不同膚色的人種穿透深度不同，白人> 印地安人 > 黑人。 • 穿透力和組織厚度成指數衰減。

43. 紫外線對皮膚的危害 (2) • 急性效應 • 皮膚發紅(erythema) • 血管舒張、血管滲透性增加、血流及細胞排出物增加、 。 • 250 nm UV 產生最大效應，297 nm 其次。 • 最低皮膚發紅劑量 (minimal erythema dose, MED)是使皮膚產生可看得到的發紅現象所需的最低 UV 劑量。 • 皮膚較黑的人有較高的 MED。在 UV 暴露後，表皮增厚和黑色素沉積，以增加皮膚的保護。 • 光敏感(photosensitization) • 在特定化化學物質存在下，皮膚對 UV 的不正常反應，通常發生在臉部、手臂和手。這些反應在本質上可能是光毒性 (phototoxic) 或光過敏 (photoallergic)。 • 光毒性物質有:煤焦油、古龍水、口紅、化粧品和防曬油。光過敏物包括: 水楊醯氨基苯、抗生素、六氯苯、化粧品和古龍水。

44. 紫外線對皮膚的危害 (3) • 慢性效應 • 皮膚老化 • 特徵為皮膚的結締組織遭受破壞而減少彈性。 • 免疫系統的影響 • 可能為局部或全身反應，包括壓抑對化學物質的接觸性過敏，及在實驗動物誘發惡性腫瘤的成長。 • 皮膚癌 • 所有底部和上皮細胞癌均為非黑色素皮膚癌 (nonmelanoma skin cancer，NMSC)，主要和 UVB 的暴露有關。 • 黑色素瘤為在表皮內管制皮膚色素產生的細胞 ( mlanocytes) 變化為腫瘤細胞。

45. 紫外線對眼睛的危害 • 角膜炎和結膜炎 • 角膜和結膜的腫脹現象，最有效波長在 270 ~ 280 nm。 • 通常症狀在過度暴露 UV 6 ~ 12 小時後發生。主要症狀為疼痛、瞼痙攣、流淚、結膜充血、畏光、視力模糊和眼睛抓傷感覺。 • 白內障 • 最有效波長為 290 ~ 310 nm，在 300 nm 附近為高峰。 • 流行病學研究顯示白內障的發生和環境 UV 的強度有關。

46. 紫外線的暴露恕限值 • UVA (315 ~ 400 nm) • 沒有任何保護的眼睛，對暴露時間持續1000 秒以下者，其暴露不應該超過 1.0 J/cm2。對暴露時間持續1000 秒以上者，總暴露光度不可超過 1.0 mW/cm2。 • 沒有任何保護的眼睛或皮膚的暴露，不可超出下表所列的數值。 • UVB 和 UVC • 沒有任何保護的眼睛或皮膚的暴露，不可超出下表所列的數值，其暴露時間(以秒計算)可依下列公式計算:

47. 可見光的生物效應 • 能夠產生炫光使眼睛產生不適感是可見光最常見的影響，當光線充足時，甚至可能造成眼球的傷害，但較少會傷害到皮膚。

48. 紅外線的危害 (1) • 眼睛 • 影響角膜(cornea)和較深層的組織如水晶體(lens)和玻璃狀液(vitreous humor)，紅外線對眼睛的穿透和波長有關係，在 0.8 ~ 1.2 m 波長的紅外線大約有 50% 穿透到眼睛的深層組織。 • 暴露到高強度的紅外線會使眼睛產生疼痛和上皮細胞燒傷，不過這些效應會受眨眼反應所影響。 • 低強度長時間的暴露可能加熱虹膜和水晶體。 • 紅外線所導致的白內障已在吹玻璃工人和熔爐工人發現，主要起因於對水晶體和其附近的組織加熱。 • 視網膜對近紅外線(760~1400 nm) 至為敏感，其傷害可能和因加熱組織造成蛋白質和其他大分子變性。

49. 紅外線的危害 (2) • 皮膚 • 紅外線危害的次要目標器官。 • 主要的效應包括造成微血管擴張及色素沉積。 • 當紅外線造成皮膚溫度升高至 45 °C時，會到達皮膚疼痛閾值。

50. 紅外線的暴露恕限值 • 保護角膜和水晶體 • 為了避免角膜的熱傷害和可能的延遲效應，在熱環境的紅外線暴露時間大於 1000 秒的情形，應限制光度最高為 10 mW/cm2；對於暴露時間小於 1000 秒的情況，光度限制依下列公式計算: • 為保護視網膜，IRA (700 nm <  < 1400 nm) 的光度肉眼所能正視的數值，在暴露時間大於 10 秒時，其值如下: