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5G会危害健康?(第1部分)

时间:2019-05-06 作者:Larry Desjardin 阅读:
从几乎没有任何伤害到会伤害你的大脑和控制人口,有关5G和健康风险的讨论五花八门。起初,我以为研究此类风险只是一篇简单直接的文章,然而事实并非如此。

从几乎没有任何伤害到会伤害你的大脑和控制人口,有关5G和健康风险的讨论五花八门。起初,我以为研究此类风险只是一篇简单直接的文章,然而事实并非如此。

在这个系列文章中,我对这个主题没有预设主观想法。作为一名工程师,我更愿意研究事实并得出自己的结论。查阅报告会有副作用;对于一些偏激或含糊不清的地方,我不下定论。本文以及后续文章中将会介绍一些关键问题以及可从研究中收集到的任何结论。文中还会尝试为制造商、运营商和用户提供一些缓解建议,以便最大限度地降低任何健康风险。

最近我收到一位朋友发来的一则新闻报道《Clallam County urged to prohibit 5G》,内容是关于在华盛顿西北乡村地区举行的一次富有争议的有关5G健康风险的公开会议。里面有一些引述,例如“我想清楚明确地指出,我没同意你们在我孩子身上试验5G技术。”尽管我们可以简单地认为说这话的人像勒德分子一样老套俗见,但身为工程师和科学家的我们至少应该看看科学是如何解释的。

首先,我们先设定讨论的边界条件。这里将探讨的是毫米波(mmWave)辐射对人类造成的健康风险。毫米波频率范围是30GHz~300GHz,而大多数5G系统工作在28GHz~80GHz之间,即所谓的FR2频率范围,而不是 6GHz以下的FR1频段。从相关文献中我们可知有三个关注点:热效应、电离效应(图1)和电磁(EM)效应。我将在本文中介绍前两个,并在下一篇文章中介绍电磁效应。如果有读者提出其他风险,我们也会在后续的文章中增加相关讨论。

5ghealthrisk-1.jpg

图1:当能量(这里指光子)足以移除电子时,会发生电离过程。而毫米波的光子远低于电离阈值。

我查阅的第一项研究报告《mmWave Health Effects(毫米波健康影响)》来自纽约大学无线研究中心。这项研究解释了热效应和电离效应这两个问题。电离效应更容易解释一些,只要搞清楚毫米波光子是否会导致电子从其轨道上移开即可。电离是癌症的成因之一,我们都知道阳光下的紫外线辐射容易致癌。从基础物理课程中可知,光子的能量可以通过E = hf计算得出,其中h是普朗克常数,4.136×10-15eV(电子伏特)。以300GHz作为最高毫米波频率,可以计算得出毫米波光子的能量为1.2meV;随着频率降低,能量随之减小。

然而,碳的电离能为11.3eV(注意:我们是碳基生命形式)。这比最高毫米波光子能量高出近10,000倍。事实上,纽约大学的这个研究已得出结论:“与频率更高的紫外线、X射线和伽马辐射不同,毫米波辐射是非电离的。”英飞凌公司文章《Health effects of mmWave radiation(毫米波辐射对健康的影响)》也总结道:“毫米波光子的最高光子能量为1.2meV,而电子挣脱其原子束缚所需的光子能量约为12eV,也就是说,毫米波光子能量比电离所需能量小近10,000倍。”由此我得出的第一个结论是,电离不会产生任何危害。

5ghealthrisk-2.jpg

图2:手机辐射会导致皮肤局部发热。美国联邦通信委员会(FCC)认为低于1mW/cm²的辐射是安全的。但电磁效应呢?

但是还有发热问题。“因此,主要的安全担忧在于人体吸收毫米波能量会引起眼睛和皮肤发热。”该纽约大学的研究指出。EMR Safety(加州大学伯克利分校健康学院的一部分)的一项元研究(对研究结果的研究)为许多热效应提供了背景信息。这项研究特别关注5G毫米波对健康的影响。它指出,毫米波主要会在皮肤2mm以内和眼角膜表面部位被吸收。尤其要注意眼睛,因为眼睛中的血液很少,难以产生冷却效果。该文指出,当功率密度高于5mW/cm²时会产生加热效应。除了长时间暴露在辐射下,发热感会转变成疼痛外,该文还指出,温度升高“会影响细胞的生长、形态和新陈代谢,引发自由基的产生,并损害DNA。”

那么上述功率密度可能产生吗?假设暴露时间为30分钟,对于1.5GHz和100GHz之间的频率,FCC所允许的最大暴露量为1.0mW/cm²。据英飞凌公司称,24GHz系统在最大辐射功率下工作,距离皮肤5厘米时,其功率密度为0.3mW/cm²,是FCC限值的三分之一,低于显著加热值15倍。

因此,本文的结论有些微妙。我不清楚如果将手机直接放在耳朵上,其功率密度是否会低于这些阈值。这种情况下,皮肤与发射器的距离可能只有2mm而不是5cm,因此皮肤上的功率密度会很高。本文建议使用有线耳机或免提设备,而将手机保持在安全距离。即使对3G和4G手机来说,这可能也是一个好建议,尽管我还没有研究过这些低频设备的等价效果。

5ghealthrisk-3.jpg

图3:我们生活在一个有持续低水平电磁辐射的环境中。5G出现后,还将多出毫米波频率辐射。

那么,通过采取一些预防措施,我们就安全吗?对于电离效应和热效应,我相信如此。但是,EMR Safety论文在得出同样的结论后,又提到:“因此,5G辐射对健康的影响会限于长时间暴露在毫米波辐射以及低中频无线电频率辐射下所产生的非热效应。”

而这又带来了一个新的问题,科学表明这其中很大可能会有一些负面影响。我们将在本系列的下一篇文章中介绍该主题。与此同时,我以后打手机会用扬声器模式。

本文为《电子技术设计》2019年5月刊杂志文章。

本文为EDN电子技术设计 原创文章,禁止转载。请尊重知识产权,违者本司保留追究责任的权利。
Larry Desjardin
Larry Desjardin是Modular Methods LLC公司总裁,这是一家专注于快速增长的模块化仪器行业的咨询公司。Larry 曾任职于惠普(现为Agilent Technologies),担任多个研发和执行管理职位。作为研发经理,Larry 获得了John Fluke Sr. Memorial Award,以表彰他对VXI总线的创建所做的贡献。在2011年退休前,他担任了安捷伦模块化产品运营的总经理。Larry 拥有加州理工学院的工程学士学位和斯坦福大学的电气工程硕士学位。Larry 还为“测试与测量世界(Test and Measurement World)”写了一列“他山之石”专栏。
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