艦艇消磁過程中磁場輻射及其防護

楊 輝

（中國人民解放軍91370部隊 福州 350015）

1 引言

近年來，隨著我國科學(xué)技術(shù)進步和國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)在軍隊日常訓(xùn)練和軍隊裝備工作中，但是隨之產(chǎn)生的磁場輻射污染問題也日益受到重視，艦艇消磁作業(yè)及其產(chǎn)生的磁場輻射是受到重視的領(lǐng)域之一。

艦艇消磁作業(yè)是通過專門的消磁設(shè)備進行實現(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大并逐次衰減的電流，使艦船鋼板及內(nèi)部設(shè)備的磁場狀態(tài)發(fā)生變化，從而達到消除艦船磁場的目的。

艦艇消磁作業(yè)利用鐵磁物體的無磁滯退磁原理，即在沒有外部磁場作用的環(huán)境下，對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，將艦船鐵磁物體中的磁疇進行打亂并重新排列，從而達到消除艦船固定磁場的目的［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)生的交變磁場伴隨在艦艇消磁作業(yè)的整個過程中，尤其在距離工作電纜比較近且工作電流方向發(fā)生變化的時刻，會帶來一定程度的環(huán)境磁場輻射污染，例如可能會對人的身體健康有潛在的影響，可能對船用電器設(shè)備、航空飛行、通訊和廣播信號等有一定干擾。近年來，電磁輻射污染對人體健康的影響已成為人們關(guān)注和討論的熱點［3］。

2 工作線圈的交變磁場特征

艦船消磁是一項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］。對艦船進行綜合消磁時需要兩種外加磁場，一種是補償線圈所產(chǎn)生的磁場，補償線圈均勻的或者按照一定目的有針對性的布局方式纏繞在艦艇外面，用來把艦船所在空間的地磁場進行補償?shù)簦蠢碚撋峡梢赃_到艦船所有部位的外磁場代數(shù)和均為零；另一種磁場就是工作線圈產(chǎn)生的磁場，消磁工作線圈中的電流是一個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，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)，即對外呈中性磁性分布狀態(tài)。

2.1 工作磁場振幅特征

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處的磁化率；N為船體磁化方向的去磁系數(shù)［1］。

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

將3500A～5000A電流初始值帶入公式，計算得出交變磁場采用的最大振幅為10奧斯特以上，通過單位換算，即至少會產(chǎn)生1000μT磁場幅值。工作電流產(chǎn)生的交變磁場是逐漸衰減的過程，電流和磁場衰減率根據(jù)不同艦艇型號和船體鋼磁化特點可以進行調(diào)整。

2.2 工作磁場頻率特征

當(dāng)電磁波向鐵磁物質(zhì)內(nèi)部透入時，因為能量損失而逐漸衰減，透入深度的大小與波長成正比，電磁波的波長越長（頻率越低），透入深度越大。鐵磁物質(zhì)在交變磁場作用下，如果其頻率過高，交變磁場會在導(dǎo)體內(nèi)部引起渦流，導(dǎo)致磁場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，磁場還沒有來得及向物體內(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)，難以達到艦艇消磁的目的。

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

3 磁場輻射對環(huán)境和健康的影響

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

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

在一些實際案例中，現(xiàn)場監(jiān)測到磁場大小在1μT級別時，無法正常收看電視節(jié)目，電腦顯示器屏幕抖動厲害；當(dāng)磁場大小達到10μT量級時，部分人群反應(yīng)頭痛，失眠［9］。

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

艦艇消磁中的交變磁場值遠大于國內(nèi)外的相關(guān)標(biāo)準(zhǔn)，因此會對環(huán)境和人體產(chǎn)生一定的影響。在艦船艦艇消磁過程中，曾出現(xiàn)過手表、銀行卡等物品被磁化無法正常使用等現(xiàn)象，但是船用設(shè)備性能和船員身體健康狀況由于沒有進行過監(jiān)測，無法確定消磁交變磁場對船用設(shè)備和人體會造成何種程度的影響。

4 磁場防護及存在問題

4.1 磁場防護

電磁輻射是當(dāng)今對人類輻射的重要污染之一，低頻磁場輻射是一種最難對付的輻射。低頻磁場往往隨距離的衰減很快，因此在很多場合，將磁敏感器件遠離磁場源是一個減小磁場干擾的十分有效的措施。

當(dāng)空間的限制而無法采取這個措施時，屏蔽是一個十分有效的措施，它是利用屏蔽體阻止電磁場在空間的傳播［12］，例如可以在工作線圈通電期間將機械表、手機、存折、磁卡、軟盤存于鐵皮箱內(nèi)，就是利用鐵皮箱類似鐵磁物質(zhì)作為磁屏蔽體對干擾磁場提供低磁阻的磁通路，從而對干擾磁場進行分流，將磁場屏蔽在艦艇艇體外部，從而減少磁場影響。

艦船上設(shè)備和計算機的CRT顯示器及電視易受到磁場干擾而發(fā)生圖象扭曲、失真、滾動等現(xiàn)象，對這種磁場干擾，有兩種措施可以解決，一種是關(guān)閉這類設(shè)備使用，當(dāng)CRT顯示器不通電時，磁場不會對其產(chǎn)生任何影響；而對于一些在艦艇消磁中必須工作的設(shè)備來說，就需要將顯示器屏蔽起來，可以采取對顯象管屏蔽或?qū)φ麄€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顯示器的正常運行。

4.2 存在問題

盡管艦船的艇體能夠提供一個很好的屏蔽層，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，從而不能夠完全屏蔽工作線圈通電時產(chǎn)生的交變磁場，仍然有一部分磁場輻射到艇船內(nèi)部。

高導(dǎo)磁率材料在機械沖擊的條件下會極大地?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)過加工后，如敲擊、焊接、折彎、鉆孔、修補等，加工后的位置的磁屏蔽效果會大打折扣。

在艦艇消磁過程中，目前還沒有針對性的磁場監(jiān)測，對無屏蔽和有屏蔽的環(huán)境磁場大小沒有測量，因此還不能夠有針對性地提出船用設(shè)備和船員的詳細(xì)磁場防護措施。根據(jù)《電力行業(yè)勞動環(huán)境監(jiān)測技術(shù)規(guī)范第七部分：極低頻電磁場監(jiān)測》的相關(guān)規(guī)定極低頻磁場的測量應(yīng)用三軸測量儀測量磁場，每季度測量一次，工況變化時隨時測量。每個測量點連續(xù)測量5次，每次測量時間不應(yīng)少于1s，并讀取穩(wěn)定狀態(tài)最大值。若測量讀數(shù)起伏較大，則應(yīng)適當(dāng)延長測量時間，直至6min，測點位置原則上設(shè)在作業(yè)人員因工作需要而經(jīng)常停留的地方，把100μT作為評判依據(jù)。

5 結(jié)語

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，保障艦艇航行安全，提高部隊?wèi)?zhàn)斗力，完成訓(xùn)練和作戰(zhàn)任務(wù)的重要措施。然而在艦艇消磁過程中也不可避免地造成了空間磁場輻射，研究消磁磁場輻射對船用設(shè)備和人類健康造成何種程度的影響，是一個嶄新的研究課題。本文僅就在艦艇消磁過程中出現(xiàn)的一些情況進行了初步的分析，要想做出最終的定量結(jié)論，還需要依靠大量的準(zhǔn)確測試、長期觀察、全面研究和分析評估。