艦艇消磁過(guò)程中磁場(chǎng)輻射及其防護(hù)

楊 輝

（中國(guó)人民解放軍91370部隊(duì) 福州 350015）

1 引言

近年來(lái)，隨著我國(guó)科學(xué)技術(shù)進(jìn)步和國(guó)防裝備水平的迅速發(fā)展，各種電子設(shè)備、電力設(shè)備等大量出現(xiàn)在軍隊(duì)日常訓(xùn)練和軍隊(duì)裝備工作中，但是隨之產(chǎn)生的磁場(chǎng)輻射污染問(wèn)題也日益受到重視，艦艇消磁作業(yè)及其產(chǎn)生的磁場(chǎng)輻射是受到重視的領(lǐng)域之一。

艦艇消磁作業(yè)是通過(guò)專門(mén)的消磁設(shè)備進(jìn)行實(shí)現(xiàn)的，即在艦船外面纏繞上工作線圈，然后由供電設(shè)備向工作線圈通以強(qiáng)大并逐次衰減的電流，使艦船鋼板及內(nèi)部設(shè)備的磁場(chǎng)狀態(tài)發(fā)生變化，從而達(dá)到消除艦船磁場(chǎng)的目的。

艦艇消磁作業(yè)利用鐵磁物體的無(wú)磁滯退磁原理，即在沒(méi)有外部磁場(chǎng)作用的環(huán)境下，對(duì)船體施加首脈沖幅值足夠大、正負(fù)交替、幅值逐漸衰減至0的極低頻交變磁場(chǎng)，將艦船鐵磁物體中的磁疇進(jìn)行打亂并重新排列，從而達(dá)到消除艦船固定磁場(chǎng)的目的［1］。當(dāng)前艦艇消磁作業(yè)中的工作電流為正負(fù)交替、逐步衰減的間歇式方波脈沖電流，其最大幅值一般介于3500A～5000A 之間［2］。

上述工作電流幅值比較大，工作電流產(chǎn)生的交變磁場(chǎng)伴隨在艦艇消磁作業(yè)的整個(gè)過(guò)程中，尤其在距離工作電纜比較近且工作電流方向發(fā)生變化的時(shí)刻，會(huì)帶來(lái)一定程度的環(huán)境磁場(chǎng)輻射污染，例如可能會(huì)對(duì)人的身體健康有潛在的影響，可能對(duì)船用電器設(shè)備、航空飛行、通訊和廣播信號(hào)等有一定干擾。近年來(lái)，電磁輻射污染對(duì)人體健康的影響已成為人們關(guān)注和討論的熱點(diǎn)［3］。

2 工作線圈的交變磁場(chǎng)特征

艦船消磁是一項(xiàng)提高艦船磁隱身能力的重要措施。目前，應(yīng)用最廣泛也最行之有效的消磁方法是綜合消磁法［4］。對(duì)艦船進(jìn)行綜合消磁時(shí)需要兩種外加磁場(chǎng)，一種是補(bǔ)償線圈所產(chǎn)生的磁場(chǎng)，補(bǔ)償線圈均勻的或者按照一定目的有針對(duì)性的布局方式纏繞在艦艇外面，用來(lái)把艦船所在空間的地磁場(chǎng)進(jìn)行補(bǔ)償?shù)簦蠢碚撋峡梢赃_(dá)到艦船所有部位的外磁場(chǎng)代數(shù)和均為零；另一種磁場(chǎng)就是工作線圈產(chǎn)生的磁場(chǎng)，消磁工作線圈中的電流是一個(gè)振幅逐漸衰減的間歇式脈沖電流［5］，工作線圈按照特有的布局方式纏繞在船體外面，產(chǎn)生初振幅足夠大、頻率很低、緩慢衰減的交變磁場(chǎng)，它的作用是將船體鋼和船上鐵磁設(shè)備的的磁疇完全打亂，隨著交變磁場(chǎng)的緩慢衰減，磁疇在零磁環(huán)境中呈現(xiàn)完全混亂狀態(tài)，即對(duì)外呈中性磁性分布狀態(tài)。

2.1 工作磁場(chǎng)振幅特征

根據(jù)鐵磁學(xué)原理，艦艇消磁作業(yè)產(chǎn)生的交變磁場(chǎng)的初振幅應(yīng)滿足如下公式：

式中Hm為船殼材料（船體鋼）的矯頑力；χm為船殼材料磁化曲線膝點(diǎn)處的磁化率；N為船體磁化方向的去磁系數(shù)［1］。

目前我國(guó)在艦艇消磁作業(yè)中產(chǎn)生的交變磁場(chǎng)的最大電流強(qiáng)度為3500A～5000A［2］，通過(guò)多匝螺線管電流軸線上的磁場(chǎng)計(jì)算公式如下［6］：

將3500A～5000A電流初始值帶入公式，計(jì)算得出交變磁場(chǎng)采用的最大振幅為10奧斯特以上，通過(guò)單位換算，即至少會(huì)產(chǎn)生1000μT磁場(chǎng)幅值。工作電流產(chǎn)生的交變磁場(chǎng)是逐漸衰減的過(guò)程，電流和磁場(chǎng)衰減率根據(jù)不同艦艇型號(hào)和船體鋼磁化特點(diǎn)可以進(jìn)行調(diào)整。

2.2 工作磁場(chǎng)頻率特征

當(dāng)電磁波向鐵磁物質(zhì)內(nèi)部透入時(shí)，因?yàn)槟芰繐p失而逐漸衰減，透入深度的大小與波長(zhǎng)成正比，電磁波的波長(zhǎng)越長(zhǎng)（頻率越低），透入深度越大。鐵磁物質(zhì)在交變磁場(chǎng)作用下，如果其頻率過(guò)高，交變磁場(chǎng)會(huì)在導(dǎo)體內(nèi)部引起渦流，導(dǎo)致磁場(chǎng)在其橫截面上的分布不再是均勻的，而是主要集中到鐵磁物質(zhì)表面，磁場(chǎng)還沒(méi)有來(lái)得及向物體內(nèi)部滲透其方向就改變了，這樣物體磁化只限于表面形成集膚效應(yīng)，難以達(dá)到艦艇消磁的目的。

集膚效應(yīng)在低頻情況下不易察覺(jué)，頻率越高就越顯著［7］。所以在艦艇消磁過(guò)程中為使交變磁場(chǎng)能夠滲透到物體內(nèi)部，其頻率一定要低。艦艇消磁作業(yè)過(guò)程中，通常工作線圈通電時(shí)間4s～5s，斷電時(shí)間6s～10s［8］，這樣在實(shí)際應(yīng)用中消磁時(shí)所采用的交變磁場(chǎng)的頻率在0.1Hz以下。

3 磁場(chǎng)輻射對(duì)環(huán)境和健康的影響

目前，國(guó)內(nèi)外針對(duì)磁場(chǎng)輻射研究成果，在一定強(qiáng)度的磁場(chǎng)輻射下，對(duì)人體的健康危害是存在的和肯定的，一旦機(jī)體對(duì)抗外來(lái)因素的侵害以保持原先的生理生化狀態(tài)的動(dòng)態(tài)平衡被破壞，有害因素磁場(chǎng)輻射繼續(xù)或增加，就可能對(duì)機(jī)體造成危害，主要對(duì)神經(jīng)、心血管、生殖、血液和消化等系統(tǒng)對(duì)機(jī)產(chǎn)生影響。2000年，國(guó)際EMF（電磁輻射）項(xiàng)目接受IARC（國(guó)際癌癥研究所）關(guān)于ELF（極低頻電磁場(chǎng)）致癌的結(jié)論［9］。

磁場(chǎng)輻射會(huì)干擾通訊從而造成通訊障礙，也會(huì)影響精密儀器的性能（如將機(jī)械手表機(jī)芯磁化造成時(shí)間不準(zhǔn)），或者造成醫(yī)療事故（例如影響心臟起搏器工作），使飛機(jī)不能正常起飛或降落，影響收音機(jī)信號(hào)質(zhì)量，使之在某些頻道不能正常收聽(tīng)，對(duì)CRT顯示器產(chǎn)生影響（CRT顯示器最大抗擾度為1.26μT［9］），收看畫(huà)面質(zhì)量下降，從而帶來(lái)大量的經(jīng)濟(jì)損失［10］。

在一些實(shí)際案例中，現(xiàn)場(chǎng)監(jiān)測(cè)到磁場(chǎng)大小在1μT級(jí)別時(shí)，無(wú)法正常收看電視節(jié)目，電腦顯示器屏幕抖動(dòng)厲害；當(dāng)磁場(chǎng)大小達(dá)到10μT量級(jí)時(shí)，部分人群反應(yīng)頭痛，失眠［9］。

我國(guó)電力行業(yè)標(biāo)準(zhǔn)《電力行業(yè)勞動(dòng)環(huán)境監(jiān)測(cè)技術(shù)規(guī)范第七部分：極低頻電磁場(chǎng)監(jiān)測(cè)》把頻率為0Hz～300Hz定義為極低頻電磁場(chǎng)，因此根據(jù)艦艇消磁中交變磁場(chǎng)的頻率大小可以把交變磁場(chǎng)定性為低頻電磁場(chǎng)，該規(guī)范規(guī)定磁場(chǎng)以推薦100μT為作業(yè)場(chǎng)所極低頻磁場(chǎng)的最高容許量。國(guó)外的相關(guān)標(biāo)準(zhǔn)更為嚴(yán)格，最小的安全標(biāo)準(zhǔn)甚至達(dá)到1μT，如瑞士對(duì)電力設(shè)備（架空線和電纜、變電站等）的磁場(chǎng)預(yù)防性發(fā)射限值為1μT［11］。

艦艇消磁中的交變磁場(chǎng)值遠(yuǎn)大于國(guó)內(nèi)外的相關(guān)標(biāo)準(zhǔn)，因此會(huì)對(duì)環(huán)境和人體產(chǎn)生一定的影響。在艦船艦艇消磁過(guò)程中，曾出現(xiàn)過(guò)手表、銀行卡等物品被磁化無(wú)法正常使用等現(xiàn)象，但是船用設(shè)備性能和船員身體健康狀況由于沒(méi)有進(jìn)行過(guò)監(jiān)測(cè)，無(wú)法確定消磁交變磁場(chǎng)對(duì)船用設(shè)備和人體會(huì)造成何種程度的影響。

4 磁場(chǎng)防護(hù)及存在問(wèn)題

4.1 磁場(chǎng)防護(hù)

電磁輻射是當(dāng)今對(duì)人類(lèi)輻射的重要污染之一，低頻磁場(chǎng)輻射是一種最難對(duì)付的輻射。低頻磁場(chǎng)往往隨距離的衰減很快，因此在很多場(chǎng)合，將磁敏感器件遠(yuǎn)離磁場(chǎng)源是一個(gè)減小磁場(chǎng)干擾的十分有效的措施。

當(dāng)空間的限制而無(wú)法采取這個(gè)措施時(shí)，屏蔽是一個(gè)十分有效的措施，它是利用屏蔽體阻止電磁場(chǎng)在空間的傳播［12］，例如可以在工作線圈通電期間將機(jī)械表、手機(jī)、存折、磁卡、軟盤(pán)存于鐵皮箱內(nèi)，就是利用鐵皮箱類(lèi)似鐵磁物質(zhì)作為磁屏蔽體對(duì)干擾磁場(chǎng)提供低磁阻的磁通路，從而對(duì)干擾磁場(chǎng)進(jìn)行分流，將磁場(chǎng)屏蔽在艦艇艇體外部，從而減少磁場(chǎng)影響。

艦船上設(shè)備和計(jì)算機(jī)的CRT顯示器及電視易受到磁場(chǎng)干擾而發(fā)生圖象扭曲、失真、滾動(dòng)等現(xiàn)象，對(duì)這種磁場(chǎng)干擾，有兩種措施可以解決，一種是關(guān)閉這類(lèi)設(shè)備使用，當(dāng)CRT顯示器不通電時(shí)，磁場(chǎng)不會(huì)對(duì)其產(chǎn)生任何影響；而對(duì)于一些在艦艇消磁中必須工作的設(shè)備來(lái)說(shuō)，就需要將顯示器屏蔽起來(lái)，可以采取對(duì)顯象管屏蔽或?qū)φ麄€(gè)顯示器屏蔽，例如將顯示器放置在鋼鐵材料制作的密閉柜子里，從而有效保證CRT顯示器的正常運(yùn)行。

4.2 存在問(wèn)題

盡管艦船的艇體能夠提供一個(gè)很好的屏蔽層，但是由于艇體材料的性質(zhì)、厚度和其他因素，且艇體并不能完全密封起來(lái)，從而不能夠完全屏蔽工作線圈通電時(shí)產(chǎn)生的交變磁場(chǎng)，仍然有一部分磁場(chǎng)輻射到艇船內(nèi)部。

高導(dǎo)磁率材料在機(jī)械沖擊的條件下會(huì)極大地?fù)p失磁性，導(dǎo)致屏蔽效能下降。因此，艦船的船體鐵磁外殼在經(jīng)過(guò)加工后，如敲擊、焊接、折彎、鉆孔、修補(bǔ)等，加工后的位置的磁屏蔽效果會(huì)大打折扣。

在艦艇消磁過(guò)程中，目前還沒(méi)有針對(duì)性的磁場(chǎng)監(jiān)測(cè)，對(duì)無(wú)屏蔽和有屏蔽的環(huán)境磁場(chǎng)大小沒(méi)有測(cè)量，因此還不能夠有針對(duì)性地提出船用設(shè)備和船員的詳細(xì)磁場(chǎng)防護(hù)措施。根據(jù)《電力行業(yè)勞動(dòng)環(huán)境監(jiān)測(cè)技術(shù)規(guī)范第七部分：極低頻電磁場(chǎng)監(jiān)測(cè)》的相關(guān)規(guī)定極低頻磁場(chǎng)的測(cè)量應(yīng)用三軸測(cè)量?jī)x測(cè)量磁場(chǎng)，每季度測(cè)量一次，工況變化時(shí)隨時(shí)測(cè)量。每個(gè)測(cè)量點(diǎn)連續(xù)測(cè)量5次，每次測(cè)量時(shí)間不應(yīng)少于1s，并讀取穩(wěn)定狀態(tài)最大值。若測(cè)量讀數(shù)起伏較大，則應(yīng)適當(dāng)延長(zhǎng)測(cè)量時(shí)間，直至6min，測(cè)點(diǎn)位置原則上設(shè)在作業(yè)人員因工作需要而經(jīng)常停留的地方，把100μT作為評(píng)判依據(jù)。

5 結(jié)語(yǔ)

艦船消磁作業(yè)是防范水中武器攻擊（例如磁性水雷）和空中磁性探測(cè)，保障艦艇航行安全，提高部隊(duì)?wèi)?zhàn)斗力，完成訓(xùn)練和作戰(zhàn)任務(wù)的重要措施。然而在艦艇消磁過(guò)程中也不可避免地造成了空間磁場(chǎng)輻射，研究消磁磁場(chǎng)輻射對(duì)船用設(shè)備和人類(lèi)健康造成何種程度的影響，是一個(gè)嶄新的研究課題。本文僅就在艦艇消磁過(guò)程中出現(xiàn)的一些情況進(jìn)行了初步的分析，要想做出最終的定量結(jié)論，還需要依靠大量的準(zhǔn)確測(cè)試、長(zhǎng)期觀察、全面研究和分析評(píng)估。