直流磁场的生物效应是什么?

稳定的直流电流产生直流磁场,或称为静磁场。磁场的一个基本特性是对运动的电荷产生力的作用,称为洛伦兹力。洛伦兹力F与电荷q、电荷运动速度v、磁感应强度B之间的关系为F=q(v×B),该式说明F、v、B均为矢量,三者在量值上满足此式的关系,但三者的方向为相互垂直。人体内的血液流动和神经传递都可以看作是电荷的运动,因此会受外界磁场的影响。直流磁场的生物效应主要是人和动物体内运动电荷在磁场内受力的作用所产生的反应。

(1)直流磁场对血液流动的影响

位于直流磁场内血液中流动的离子会受到洛伦兹力的作用而向血管壁运动;洛伦兹力的作用还会使离子向血液流动相反的方向运动。如果直流磁场足够大,这些效应将使血管壁上积累电荷,对血液流通产生一定的阻碍作用。试验表明,这种情况只是在极高的磁感应强度下才会出现。当小动物曝露在1T(特斯拉)的静磁场中时,会在血管壁上积累电荷;在1.5T的静磁场下,没有观察到磁场对动物血液流动产生任何影响;而当外界磁场达到15T时,可以阻碍10%的血液流通。

(2)直流磁场对动物及细胞的影响

人们做了大量的动物活体试验,使动物曝露于大于地磁场(60μT(微特斯拉))的静磁场中,试验的磁感应强度范围从mT(毫特斯拉)到T数量级。然而,没有试验表明动物曝露在静磁场中会产生慢性影响,更没有产生与癌症有关的影响。

(3)直流磁场对神经的影响

科学工作者们还集中研究了直流磁场对动物神经系统的影响,试验结果一致表明当磁感应强度达到4000mT及以上时,试验用老鼠会产生不适感,并努力避开。研究认为,这是因为磁场对动物的神经系统中掌握平衡和身体方位的部分造成了影响。有一些动物是靠地球磁场来辨认方向的,直流磁场会扰乱它们的判断,但对人类不存在此种影响。

世界上关于静磁场对动物和人的影响研究大都关注特斯拉级及其以上的磁场。动物实验表明,在高达2T的静磁场下,未发现对动物的生长、行为和生理产生影响;老鼠曝露在高达1T的静磁场下,未发现对胎儿有任何影响。有试验表明,当人短时间曝露于强磁场中(数T)时,会出现眩晕,恶心,有时嘴里还会有金属的味道。虽然是暂时的,但这些影响是非常令人反感的。还有一些短期的强磁场曝露试验并未得到同样的结果,因此还不能得出强磁场对人体影响的确定结论。

由以可见,高达几特斯拉的强直流磁场(如核磁共振设备可以产生数特斯拉的强磁场)对人和动物的影响需要引起注意。但在日常生活中遇到的直流设备电流产生的磁场很小。图5-7给出了±500kV直流输电线路在额定电流下的磁场横向分布,从中可以看出,直流输电线路产生的直流磁场小于50μT。1微特斯拉等于百万分之一特斯拉(1μT=10-6T),现在世界上研究直流磁场对健康的影响时,关注的是比直流线路磁场大几十万倍及以上的磁场。图5-8给出了全球地磁分布图。从图中可以看到,地球上大部分地区的磁场为20~70μT,我国为40~60μT。可见,直流线路在额定电流下运行,线下地面的磁场与我国大陆南边的地磁处于同一水平,比北方的地磁还小。对于这一水平的磁场,人类早已习惯,不会对健康造成不利影响,否则,人类在地球上生存都成问题。

信息来源:《输变电设施的电场、磁场及其环境影响》 中国电力出版社

 

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