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电磁波的功与过（上）

电磁波，又称电磁辐射，是电磁场的一种运动形态。因电磁的变动就如同微风轻拂水面产生水波一般，因此被称为电磁波，也常称为电波。电磁波传播方向垂直于电场与磁场构成的平面，能有效地传递能量和动量。

电磁辐射可以按照频率分类，从低频率到高频率，包括有无线电波、微波、红外线、可见光、紫外光、X射线和γ射线等等。

在我们的日常生活里，电磁波起着巨大的作用。它为人类做了数不清的好事，但其带来的危害也不容小视。

电磁波大家族

我们知道，导线里有电流通过的时候，它就能够产生电场和磁场。电场和磁场是互相依存、互相交替的：变化的电场在其附近产生变化的磁场，这个变化的磁场又在其附近产生新的变化的电场，新的变化的电场再在其附近产生新的变化的磁场……这样没完没了地交变下去，就越来越往外扩散，越传越远了。这个情况就好像一块小石头在池塘中激起的水波一样，不断地向周围扩散。因为它是电场和磁场交替变化而成的，所以科学家给它起个名字叫电磁波。

电磁波是一种极其奇妙的物质，我们用眼睛看不见，用耳朵听不到，用手摸不着，但是它又像别的物质一样，具有能量、动量和质量，能为我们做许多许多事情。

电磁波的运动方式，就跟把石头扔进池塘所激起的水波一样，是一圈圈波浪起伏的同心圆，高处叫波峰，低处叫波谷。两个相邻的波峰（或波谷）之间的距离叫波长。

实际上，电磁波是一个十分庞大的家族，它们是按波长的大小由许多神通广大的成员组成的。

1.无线电波。它除了担任通信任务，帮助人们传递信息，还能为飞机和轮船导航，操纵火箭的发射和卫星的运行。

2.红外线。现在人们使用的红外线加热器，就是利用它来给人们带来能量的。人们还制成了红外线瞄准仪，狙击敌人时百发百中。

3.可见光。可见光如同一个美丽的姑娘，身着七彩衣，但平时却是无色的，只有在三棱镜下才羞涩地露出它的真面目——它就是光了。

4.紫外线。紫外线是保护人类健康的卫士，可以杀菌消毒。阳光中就含有紫外线，人们常常进行日光浴来清洁皮肤。

5.X射线。因为它是德国物理学家伦琴发现的，所以也叫伦琴射线。它有一个“火眼金睛”，能透视人体的骨骼、内脏，察知隐患，报告病情，是医生手中的锐利武器。

6.γ射线。1898年居里夫妇发现了镭以后才发现的，其本领很大，不但能穿透厚厚的铅板，还能杀死可恶的癌细胞。

这个家族的六兄弟，除了老三可见光，都是人类肉眼看不见的。起先，它们在自然界里一个个都隐藏得很好，并且还偷偷地帮助人类干活，譬如帮助我们把潮湿的衣服弄干，让我们能够欣赏这五光十色的美丽的世界；使各种植物能够生长。人们有时也都觉得奇怪，并感到有谁在暗暗帮助我们，总想把它们找出来。随着电学和其他科学的发展，终于一个个找到了它们，熟悉了它们。它们也就成了人类的忠实的助手。

另外，无线电波也是个大家庭，科学家们根据它们的身长——波长，给它们起了不同的名字，比如超长波、长波、中波、短波、超短波等等。科学家们根据它们的特性量才而用，让它们去完成不同的通信任务。

超长波和长波具有较强的绕射本领，它们在地面上进行远距离赛跑时，可以迈开“长腿”，轻而易举地翻山越岭，跨过任何障碍，把人们所需的信息送到很远的地方。如果让它们沿着海面传播，由于海水的导电性能很好，“体力”消耗要少得多。所以人们用长波做远距离导航和越洋通信。

但是发射这种长波需要很大的能量，所以，发射台和无线台的体积和重量都很大，用作移动通信是不合适的。短波只会向前直闯，沿地面跑时，没过多远就消失得无影无踪了，不可能作远距离传输，但它却能跳跃式地传播到很远的地方。它所借助的跳板是电离层。电离层有种古怪的脾气，它能吸收电波，波长越长的电波越容易被吃掉，而短波却能被它反射回来，一上一下地继续前进。

从短波的传播特性来看，只要选择合适的波长，即使是发射功率很小的电台，也有可能通达很远的地方，因此它的设备简单，灵活机动。小小的无线电台，就可以深入敌后，随时与远方的总部联络，报告敌情，给敌人以有力的打击。军事上用的都是短波电台。短波电台还用于海上航行的船只进行远距离的移动通信。

超短波的波长在1～10米之间，它在地面上行走时损耗很大，传不了多远就消耗完了。如果往天上走，它会穿出电离层，再也不回地球了。它的绕射本领极差，连房子也会把它挡住。因此，只能利用它在地球上互相看得见的两点之间进行视距通信了。手持无线电话、汽车电话等，使用的就是超短波。

既然超短波只能沿直线传播，为什么我们在室内、大楼后面那些看不见对方的地方，也能使用无线电话呢？原来超短波很容易被反射，我们使用无线电话时接收的电磁波通常不是由对方天线直接发出的，而是经过许多障碍物的反射才到达我们的接收天线的。

微波是电磁波家族中比较年轻的成员。“年龄”大约50多岁，但可谓“神通广大”。微波是指波长从1米到1毫米的电磁波段，其频率远比人们熟悉的短波和超短波的频率要高，而且微波段中可用于通信的频带也相当宽，甚至比无线电波整个波段中的其他几个可用于通信的波段的总和还要宽上千倍。

因此，微波能容纳的信息量特别大。它还可以穿过电离层利用通信卫星进行传输，为雷达、地面微波中继通信和卫星通信开辟了广阔的前景。

知识点

能量、动量和质量

能量：度量物质运动的一种物理量。相应于不同形式的运动，能量分为机械能、分子内能、电能、化学能、原子能等。亦简称能。

在经典力学中，动量表示为物体的质量和速度的乘积，是与物体的质量和速度相关的物理量，指的是这个物体在它运动方向上保持运动的趋势。动量也是矢量，它的方向与速度的方向相同。

物体含有物质的多少叫质量。质量不随物体的形状和空间位置的改变而改变，是物质的基本属性之一，通常用m表示。在国际单位制中质量的单位是千克。

延伸阅读

什么是波

波动是物质运动的重要形式，广泛存在于自然界。被传递的物理量扰动或振动有多种形式，机械振动的传递构成机械波，电磁场振动的传递构成电磁波（包括光波），温度变化的传递构成温度波，晶体点阵振动的传递构成点阵波，自旋磁矩的扰动在铁磁体内传播时形成自旋波，实际上任何一个宏观的或微观的物理量所受扰动在空间传递时都可形成波。

各种形式的波的共同特征是具有周期性。受扰动物理量变化时具有时间周期性，即同一点的物理量在经过一个周期后完全恢复为原来的值；在空间传递时又具有空间周期性，即沿波的传播方向经过某一空间距离后会出现同一振动状态。

各种波的共同特性还有：

1.在不同介质的界面上能产生反射和折射，对各向同性介质的界面，遵守反射定律和折射定律；

2.通常的线性波迭加时遵守波的迭加原理；

3.两束或两束以上的波在一定条件下迭加时能产生干涉现象；

4.波在传播路径上遇到障碍物时能产生衍射现象；

5.横波能产生偏振现象。

波在物理上分类：

按性质分：机械波、电磁波。

机械波是由扰动的传播所导致的在物质中动量和能量的传输。一般的物体都是由大量相互作用着的质点所组成的，当物体的某一部分发生振动时，其余各部分由于质点的相互作用也会相继振动起来，物质本身没有相应的大块的移动。传播波的物质叫介质，它们是可形变的或弹性的和连绵延展的。对于电磁波或引力波，介质并不是必要的，传播的扰动不是介质的移动而是场。

按振动方向与传播方向的关系来分：横波、纵波。

质点振动的方向跟波的传播方向垂直的波叫横波，质点振动的方向跟波的传播方向平行的波叫纵波。

按波长来分：长波、中波、中短波、短波、超短波及微波。

按强度来分：常波（普通波）、冲击波。

离不开的无线电通讯

1820年，丹麦物理学家奥斯特发现电流的磁效应。接着，学徒出身的英国物理学家法拉第明确指出，奥斯特的实验证明了“电能生磁”。他还通过艰苦的实验发现了电磁感应现象。

著名的科学家麦克斯韦进一步用数学公式表达了法拉第等人的研究成果，并把电磁感应理论推广到了空间。1864年，麦克斯韦发表了电磁场理论，成为人类历史上预言电磁波存在的第一人。

那么，又有谁来证实电磁波的存在呢？这个人便是赫兹。

1887年的一天，赫兹在一间暗室里做实验。他在两个相隔很近的金属小球上加上高电压，随之便产生一阵阵噼噼啪啪的火花放电。这时，在他身后放着一个没有封口的圆环。当赫兹把圆环的开口处调小到一定程度时，便看到有火花越过缝隙。通过这个实验，他得出了电磁能量可以越过空间进行传播的结论。

赫兹的发现，为人类利用电磁波开辟了无限广阔的前景。

赫兹透过闪烁的火花，第一次证实了电磁波的存在，但他却断然否定利用电磁波进行通信的可能性。但赫兹电火花的闪光，却照亮了两个异国年轻发明家的奋斗之路。

其中一位是俄国的波波夫。

1889年春天，当时在一所军事学校里教书的波波夫，在参加一次理化协会的例会时，看到了赫兹实验的表演。波波夫并不同意赫兹“电磁波无用”的观点。他认为，将来电磁波也可能像光波一样，在空中传播出去。为此他经过几年不懈的努力，在36岁时制造出一台无线电接收器。

1895年5月7日，波波夫在彼得堡举行的一次科学会议期间，向代表们演示了这台仪器。在表演的过程中，它成功地接收到了由雷电产生的电磁波。紧接着，波波夫又加以改进，研制了一套可以真正用于通讯目的的发射机和接收机。

1896年3月24日，波波夫在250米的距离内发射了世界上第一份无线电报，并由接收机上的一个摩尔斯记录器记录了下来。电文是“海因利茨・赫兹”。波波夫就是这样以最好的形式肯定了这位发现电磁波的先驱的功绩。

几乎在和波波夫同时，意大利青年工程师马可尼也对赫兹的实验产生了兴趣，也在摸索一条无线电通讯的道路。

马可尼想，假如加强电磁波的发射能力，也许能增大它的传播距离。他在自家的菜园子里完成了几百米距离的无线电通信后，又连续干了10年，终于在1895年完成了2000米距离的无线电通讯。在这次实验中，他试验了采用接地天线的方法，来加强电磁波的发射能力。

马可尼发明了无线电通讯后，要求意大利政府资助。但当时的政府对于技术发明很不重视，马可尼的要求被拒绝了。于是，马可尼不得不求助于比较注重技术发明的英国。英国海军部十分重视他的发明，认为无线电通讯技术一旦成功，就可解决英国舰队的指挥调动难题，便大力资助马可尼的研究。

不久，马可尼在一次公开表演中，成功地进行了12千米距离的通讯。1899年3月，他又出色地完成了英国和法国海岸间相隔45千米的无线电通讯。

现在，他要向更宏伟的目标进军了。马可尼大胆地提出横跨大西洋的无线电通讯计划。许多人对此很怀疑：在通过大西洋3700千米的遥远距离之后，电磁波是否还能收到？

马可尼在1901年12月开始实施他的计划。他在英国的康沃尔建立了一个装备有大功率发射机和先进天线设备的发射台；然后带着一名助手来到大西洋彼岸的加拿大圣约翰斯，那是预定的接收地点。他们首先安装起信号接收装置，然后用氢气球把天线高高吊起。突然氢气球爆炸了，整个计划出现了夭折的危险。

约定的时候到了，在英国康沃尔的发射台，从12月5日起，开始连续使用60米高的天线发射无线电波。加拿大这里却是乱成一团，直到12月12日，马可尼才急中生智想出用大风筝把天线升到了121米的高空。马上，他们收到了英国发出的事先商定好的摩尔斯电码“S”。这样，无线电波越过了大西洋，人类首次实现了隔洋无线电通信。2年后，无线电话也试验成功。

1912年，发生了震惊世界的“泰坦尼克号”沉没事件。这一使1500人丧生的惨剧的发生，与船上装用的无线电报机的连续7小时故障直接有关。它使人们进一步认识到无线电通信对于人类安全的重大作用。

与此同时，无线电通信逐渐被用于战争。在第一次和第二次世界大战中，它都发挥了很大的威力，以至有人把第二次世界大战称之为“无线电战争”。

1920年，美国匹兹堡的KDKA电台进行了首次商业无线电广播。广播很快成为一种重要的信息媒体而受到各国的重视。后来，无线电广播“调幅”制发展到了“调频”制，到20世纪60年代，又出现了更富有现场感的调频立体声广播。

无线电频段有着十分丰富的资源。在第二次世界大战中，出现了一种把微波作为信息载体的微波通信。这种方式由于通信容量大，至今仍作为远距离通信的主力之一而受到重视。在通信卫星和广播卫星启用之前，它还担负着向远地传送电视节目的任务。

今天，无线通信家族可谓“人丁兴旺”，如短波通信、对流层散射通信、流星余迹通信、毫米波通信等等，都是这个家族的成员。按理来说，卫星通信、地面蜂窝移动通信也都属于无线电通信的范畴，只不过由于它们发展迅速，“家”大“业”大，人们在谈到它们时往往“另眼相看”，大有“自立门户”之势。

知识点

蜂窝移动通信

蜂窝移动通信是采用蜂窝无线组网方式，在终端和网络设备之间通过无线通道连接起来，进而实现用户在活动中可相互通信。

蜂窝移动通信主要特征是终端的移动性，并具有越区切换和跨本地网自动漫游功能。蜂窝移动通信业务是指经过由基站子系统和移动交换子系统等设备组成蜂窝移动通信网提供的话音、数据、视频图像等业务。

延伸阅读

马可尼在上海

1899年，马可尼发送的无线电信号穿过了英吉利海峡，接着又成功穿越大西洋。无线电通信的发明，也是日后无线电广播、电视甚至手机的先兆。1909年马可尼获得诺贝尔物理学奖，后来享有“无线电之父”的美誉。

1933年，马可尼携夫人曼丽亚作环球旅行，在中国先后游历了大连、北京、天津、南京等地，于12月7日清晨抵达上海。从7日清晨抵达，到12日离开，马可尼在上海停留了5天。

据资料记载，马可尼的上海之行，参与接待的不仅有上海的政府官员，意大利驻沪领事馆和马可尼无线电公司上海办事处经理等，主要的还是上海的学术团体和最早创办无线电课程教学的交通大学。马可尼在上海的行程安排，就是由上海14家学术团体负责人商量后敲定的，包括交通大学、中国科学社、中央研究院、上海各大学联谊会、上海广播无线电台、中华学艺社等，这些学术团体中，有官方半官方的，也有纯民间的，经费也由他们负责筹措，后来马可尼在交通大学植基的无线电发射装置，也是由学生自行捐赠的。

马可尼来上海之前，1930年左右，他在上海也开设了马可尼中国公司，专门经销他的无线电通讯器材。马可尼访问上海，无疑给他自己的公司做了最好的广告。

马可尼不光是为自己公司，也为上海刮起了一股无线电旋风。就在马可尼访沪期间，报纸上的无线电广告甚多，主要是面向市民使用的装置真空管的收音机。

12月11日，是马可尼在上海最繁忙的一天，上午先参观了真如上海国际无线电台，中午赴意大利领事馆举行的宴会，晚上马可尼公司在华懋饭店设宴回请。华懋的宴会刚刚结束，8点一刻，马可尼又匆匆忙忙赶往礼查饭店（今浦江饭店），出席泛太平洋协会为他举办的饯行晚宴。孔祥熙、颜惠庆、王正廷、徐佩璜夫妇、虞洽卿、何德奎以及意大利公使、领事夫妇、意大利驻沪海军司令、英美商会会长等中外来宾300余人到场。马可尼公司还专门在会场上安装了话筒与扬声器，将这次宴会实况用无线电广播。

微波的应用

微波是无线电波中一个有限频带的简称，即波长在1米（不含1米）到1毫米之间的电磁波，是分米波、厘米波、毫米波和亚毫米波的统称。微波频率比一般的无线电波频率高，通常也称为“超高频电磁波”。微波作为一种电磁波也具有波粒二象性。微波的基本性质通常呈现为穿透、反射、吸收3个特性。

现代的千里眼——雷达，主要是依靠微波来进行工作的。雷达依靠发射微波来搜索目标，微波碰到目标以后被反射回来。由于电波在空间的传播速度是30万千米/秒，因此根据发射和接收到回波的时间差，就可以算出目标的距离。现代的雷达不但能立刻测出距离的数字，还可以把目标的方位显示在荧光屏上。

有的雷达专门用于监测敌人的飞机和导弹。它们可以“看到”5000千米以外的目标，叫做远程警戒雷达。把这种雷达装在人造卫星上，就可以在数万千米的高空居高临下地监视目标。

只要敌人导弹一离开发射架，它马上就发出警报。

雷达能够保证船舶在茫茫的雾海中安全夜航；能够指挥飞机在机场上安全起落；能够让人们及时发现雷雨和风暴的来临，预测天气。进行天文观测的射电望远镜实质上也是一种雷达。

微波的第二大用途是遥感，即利用高空飞机或卫星上的微波设备和仪器，接收地面上各种景物辐射和反射的微波能量。人们通过分析微波遥感仪器所获得的微波图像，可进一步了解地面目标的状态和性质。这种微波遥感技术在军事上和地质勘察中占有重要的地位。

近一二十年来，由于微波器件的发展，尤其是连续波磁控管的发明，微波技术又开辟了一个新的领域，这就是微波加热技术。

普通加热方式是将热量不断从外部传给被加热的物体，被加热物体通过热传导，不断吸收外部供给的热量而变热。这种加热方式的效率很低，加热时间长，而且在加热的过程中有大量的热量被散发到空气中而白白浪费了。

微波加热炉是一个空心的金属箱，其中的微波由波导管送入箱内，微波入口处安装有电磁场搅拌器，可自动改变微波反射的方向，改善炉内超高频场的均匀性，使其加热均匀。需要加热的食品放在炉箱中央的低损耗介质板上。炉壁上开有通气孔，可排放加热过程中产生的水蒸气。

微波加热的原理很简单，用中学物理课上所学的知识即可弄懂。

被加热食物总是含水分的。水分子是一种一头带正电、一头带负电的偶极子。在通常情况下，水分子的排列是杂乱无章的，从宏观上看，它们并不呈现正负极性。但是，在微波电场的作用下，极性水分子就会顺着电场方向排列起来。所有水分子的正极统统朝向电源的负极，水分子的负极朝向电源的正极。电源的正负极改变方向，水分子的正负极也随之变向。

微波电场的方向每秒钟要改变数十亿次。随着高频率微波电场的快速变化，食物内部的水分子也跟着改变自己的取向而迅速地摆动起来。电场变化有多快，水分子也摆动得有多快。

然而，电场变化太快时，由于水分子之间的相互作用力的拉扯，水分子要迅速掉头摆动，就必须克服相邻水分子之间的相互作用力和阻力，这就产生了类似摩擦的效应。摩擦做功的结果产生了热量。食物中的每一个水分子都不例外，都在拼命地快节奏地摇摆、发热。结果，整个食物也就同时热了起来。这种加热方式，用科学术语说，叫做高频介质加热。

从上述原理不难看出，微波加热从本质上讲，是分子一级的加热方式，被加热物体的每一个含水分的分子都是一个小小的加热器，就像操场上排列整齐的士兵，在指挥官的口令下统一行动。微波电场这个“指挥官”不会喊别的口令，只会喊“向后转”，而且每秒钟连续呼喊数十亿次“向后转”，每个“士兵”（水分子）都以服从为天职连续“向后转”。因此，微波加热比较均匀，里外一致，不会出现“外焦而里不熟”的夹生现象，而且加热时间大大缩短，能量损耗也大大降低。

微波加热的另一个特点是加热效率高，而且被加热物体的水分越多，加热与干燥的效果也越好。微波加热还可避免热源在传输过程中的热损耗，从而提高热的有效利用率。

微波的频率可随意调节，因此，对不同性能的物体，可选择不同的微波频率来工作，使被加热（或被干燥）物品不致过热而影响质量，也不会因温度过高而破坏营养成分。

正因为微波加热具有加热快、均匀、效率高等优点，加上容易实现自动化流水线生产，因此微波加热技术被很快推广到各行各业。例如，微波加热已广泛地应用于纺织、造纸、橡胶、皮革、烟草、胶片、食品、医药、粮食、茶叶等工农业产品的烘干、脱水等。

在医疗中，微波也有用武之地。由于微波可深入皮下组织进行选择性加热，因而含水分多的组织（如肌肉）要比含水分少的组织（如骨骼）升温快，从而可促进这些组织的新陈代谢，加速血液循环，对治疗关节炎和风湿症较有疗效。

利用微波在人体内的反射特性，可以对心肺进行监测，对肺气肿、肺水肿病人作出正确判断。

利用微波热像仪还可以把被测部位的温度分布情况通过计算机处理成清晰的彩色热像图，在荧光屏显示出来，从而检测出被测部位的病变情况以及其他仪器测不到的病灶。

以上仅从微波的热效应方面作了介绍。其实，微波的本领远不止这些，它更重要的用途在于微波通信、微波扫描、微波遥感等方面。未来的微波技术有可能向宇宙索取用之不竭的太阳能，即宇宙空间太阳能发电站所发的电，可通过天线以微波辐射束的形式传向地球地面站。地面站接收天线把接收到的微波辐射束转变成交流电或直流电，再输送给用户。总之，人们对微波已有了较深的认识，随着科学技术的发展，微波将会在更多的领域里得到应用。

自19世纪中叶物理学家麦克斯韦、赫兹等人提出并证实了电磁场有关理论后，人类开始了对电磁波造福人类的应用研究。直到20世纪30年代，人们才发现经常接触微波的人群中，出现有失眠、头痛、乏力、心悸、记忆力减退、毛发脱落及白内障等症状。经研究才知一定强度的微波辐射会对人体造成不良影响。50年代各国相继建立了安全标准，但那时被认为有问题的仅是显而易见的微波热效应。

20世纪70年代以来，从相继发表的研究报告表明，低强度微波的非热作用对人体引起的不良影响，更是当今社会的一大公害。

微波的非热效应，是指电子在生物体内细胞的分子中间移动，扰乱了生物体的电反应而引起的作用，或者说人体在反复接触低强度微波照射后，温度虽无上升，但造成机体健康的损害。

实验和病理学调查发现，这种非热作用对人体的健康影响比较广泛，能引起神经、生殖、心血管、免疫功能及眼睛等方面的改变。长期低强度射频电磁辐射非致热效应，对动物的神经、内分泌、膜通透性、离子水平等都有影响，也有报告认为能引起DNA损伤、染色体畸变等。

低强度微波对人体的危害主要表现在以下几个方面：

1.中枢神经系统的影响。主要表现为神经衰弱症候群，其症状主要有头痛、头晕、记忆力减退、注意力不集中、睡眠质量降低、抑郁、烦躁等。

2.对眼的影响。有关微波对眼部的损害，无论是职业接触人群流行病学调查还是动物试验方面，国内外均已有大量微波辐射影响视力的报道。

一般认为，因晶状体本身无血管组织，故成为微波造成热损伤的敏感部位。长期在低强度微波环境中工作，也可使眼晶状体混浊、致密、空泡变性，且与接触时间成比例。

有学者认为，低强度微波致眼损伤的机制可能是微波的长期蓄积作用、非致热作用或联合作用所致，也有学者认为微波使晶体渗透压改变，房水渗入晶体，抑制其核糖核酸合成而致晶体混浊等，加速晶体老化和视网膜病变，而对视力、眼晶状体损伤、眼部症状（如干燥、易疲劳）有显著影响。

3.对循环系统的影响。低强度微波辐照对循环系统的影响国内已有大量的报道，且结果大致相同，主要表现为心悸、心前区疼痛、胸闷等症状及心电图异常率增加、窦性心动过缓加不齐、心脏束支传导阻滞等，另外血压、血象、脑血流、微循环也会有不同程度的改变。

微波对心血管系统的影响，主要是因为微波辐照引起自主神经系统功能紊乱，以副交感神经兴奋为主，即使在低场强的情况下，这种影响仍然存在。而微波对脑血流的影响说明其所形成的电磁场可影响脑部血循环及血管功能，脑部经微波照射后，血管扩张，血流量增加，弹性血管管壁张力减低，血管紧张度增高，所以导致了脑血流图的一系列变化。

4.对免疫功能的影响。主要是抑制抗体形成，使机体免疫功能下降。微波的免疫效应与功率密度和暴露时间有关。功率密度较大时，短期暴露可刺激机体的免疫功能，长期暴露则抑制免疫；功率密度较低时，产生免疫刺激则需较长时间的暴露。另外，微波对机体免疫功能的影响还表现出累积效应。

5.对生殖功能的影响。国外有学者指出，用低功率的微波辐射怀孕大鼠，会导致小鼠出生后小脑浦肯野细胞的减少。此后，有不少学者以子代脑的形态和行为作指标，观察了微波辐射怀孕动物的致畸效应。国内也有许多非致热效应微波引起机体生殖系统危害的报道。

6.对遗传方面的影响。新的研究还表明，微波会以别的方式影响生物细胞，破坏含有遗传信息的生物分子脱氧核糖核酸（DNA），破坏染色体结构。

知识点

微波遥感

微波遥感是传感器的工作波长在微波波谱区的遥感技术，是利用某种传感器接收各种地物发射或者反射的微波信号，藉以识别、分析地物，提取地物所需的信息。

微波遥感的工作方式分主动式（有源）微波遥感和被动式（无源）微波遥感。前者由传感器发射微波波束再接收由地面物体反射或散射回来的回波，如侧视雷达；后者接收地面物体自身辐射的微波，如微波辐射计、微波散射计等。

微波遥感的突出优点是具全天候工作能力，不受云、雨、雾的影响，可在夜间工作，并能透过植被、冰雪和干沙土，以获得近地面以下的信息。广泛应用于海洋研究、陆地资源调查和地图制图。

延伸阅读

微波防护的注意要点

1.微波辐射能吸收：调试微波机时，需安装功率吸收天线（如等效天线）吸收微波能量，使其不向空间发射。需要在屏蔽小室内调试微波机时，小室内四周上下各面均应敷设微波吸收材料。

2.合理配置工作位置：根据微波发射有方向性的特点，工作点应置于辐射强度最小的部位，尽量避免在辐射束的正前方进行工作。

3.个体防护用品：一时难以采取其他有效防护措施，短时间作业可穿戴防微波专用的防护衣帽和防护眼镜。

4.健康检查：一两年健康检查一次，重点观察眼晶状体的变化，其次为心血管系统、外周血象及男性生殖功能。

5.卫生标准：我国微波辐射卫生标准（GB10436-1989）规定，作业场所微波辐射的容许接触限值：

连续波，平均功率密度50微瓦/平方厘米，日接触剂量400微瓦时/平方厘米；

脉冲波非固定辐射，平均功率密度50微瓦/平方厘米，日接触剂量400微瓦时/平方厘米；

脉冲波固定辐射，平均功率密度25微瓦/平方厘米，日接触剂量200微瓦时/平方厘米。

不过人们不必对辐射过于恐惧，因为辐射不属于强致癌因素，不会引起“特殊癌”，只是使癌的发生率有所提高。据对现有资料统计分析，只有4%的肿瘤是电离辐射造成的，而且辐射危害是可以预防的，辐射造成的损伤也是可以治疗的。

人类对红外线的认识

红外线是太阳光线中众多不可见光线中的一种，由英国科学家霍胥尔于1800年发现，又称为红外热辐射。

霍胥尔将太阳光用三棱镜分解开，在各种不同颜色的色带位置上放置了温度计，试图测量各种颜色的光的加热效应。结果发现，位于红光外侧的那支温度计升温最快。因此得到结论：太阳光谱中，红光的外侧必定存在看不见的光线，这就是红外线。也可以当作传输之媒界。

太阳光谱上红外线的波长大于可见光线，波长为0.75～1000微米。红外线可分为3部分，即近红外线，波长为0.75～1.50微米之间；中红外线，波长为1.50～6.0微米之间；远红外线，波长为6.0～1000微米之间。

红外线，也常常被称为红外辐射，它是一种“人眼看不见的光”，红外线的应用非常广泛，常见的有以下几种应用：

在红外线区域中，对人体最有益的是4～14微米波段，它有着孕育宇宙生命生长的神奇能量，所有动、植物的生存、繁殖，都是在红外线这个特定的波长下才得以进行，因此许多专家、学者称之为“生育光线”。

远红外纺织品是近年来新兴的一种精密陶瓷粉经特殊加工制成，具有活化组织细胞、促进血液循环和改善微循环、提高免疫力、加强新陈代谢、消炎、除臭、止痒、抑菌等功能。

日常生活中众多的家用电器离不开遥控器。不少家用电器都配有红外线遥控装置。当遥控器与红外接收端口排成直线，左右偏差不超过15°时，效果最好。

现在越来越多的电子设备装配了红外端口，支持无线传输，避免了通过电缆连接的累赘。如利用红外线可通过手机上网。

利用红外线还可以防盗。由红外线发射机和红外线接收机组成，红外线发射机发射的红外线光束构成了一道人眼看不见的封锁线，当有人穿越或阻挡红外线时，接收机将会启动报警主机，报警主机收到信号后立即发出警报。

红外线开关：红外线开关有主动式和被动式。主动式红外线开关由红外发射管和接收管组成探头。当接收管接收到发射管发出的红外线时，灯关闭；人体通过挡住红外线时，灯开启。被动式红外线开关是将人体作为红外线源（人体温度通常高于周围环境温度），红外线辐射被检测到时，开启照明灯。

利用红外线摄影。据测试，在自然光辐射中红外线可达40%以上，在黑白摄影中可以通过使用特殊的滤镜从红一深红一暗红来阻挡可见光通过，从而使红外线影像在胶片上感光。

那么进行红外线摄影的理由何在呢？

分析一下，人眼看到最亮的物体，如蓝色的水面和天空，它们并不能反射更多的红外光，这样虽然在普通黑白胶片的成像很正常，在红外线胶片就呈现出较黑的颜色。而树木和草地因叶绿素可以大量反射红外线而发白，以此来达到超乎现实的意境。

红外线不仅为摄影提供了特殊的创作手法，同时由于它的透射率高，遇到雾天及烟尘远景也可以拍清楚，在科研中常用于勘探和军事侦察。利用红外线具有穿透图画表层深入颜料内部的特性，它还可以为大师们的名画判断真伪。

在漆黑的夜晚应用红外遥感设备可以探测各种矿藏。我国利用红外遥感照片，调查了地热资源和放射性矿藏等资源。

在军事领域红外线也能发挥重要作用，比较典型的是红外侦察和红外制导。

侦察卫星携带红外成像设备可获得更多地面目标的情报信息，并能识别伪装目标和在夜间对地面的军事行动进行监视；导弹预警卫星利用红外探测器可探测到导弹发射时发动机尾焰的红外辐射并发出警报，为拦截来袭导弹提供一定的预警时间。

红外制导就是利用目标本身的红外辐射来引导导弹自动接近目标，以提高命中率。

据说伊拉克在攻击科威特前，为了避免美国的飞机炸毁伊拉克的战车，于是在沙漠中挖了很多地道，战时让战车躲入沙漠下的坑道内。一片黄沙滚滚让美国的飞机无法找到战车的位置。可惜沙漠中白天时温度非常高，战车又大多是金属，吸收了很多的热量。黑夜时，沙漠的表面温度很快地就降下去了，可是埋在沙土里的战车温度较四周的沙土高（热容量较大），因此辐射出人眼虽看不见的红外线。于是美国的飞机黑夜时利用红外线探测器，将沙土下的每辆战车看得一清二楚。于是一部部的战车皆被红外制导空空导弹摧毁殆尽。红外线近年来在军事、人造卫星以及工业、卫生、科研等方面的应用日益广泛，因此红外线污染问题也随之产生。

红外线是一种热辐射，对人体可造成高温伤害。较强的红外线可造成皮肤伤害，其情况与烫伤相似，最初是灼痛，然后是造成烧伤。

红外线对眼的伤害有几种不同情况，波长为0.75～1.3微米的红外线对眼角膜的透过率较高，可造成眼底视网膜的伤害。尤其是1.1微米附近的红外线，可使眼的前部介质（角膜晶体等）不受损害而直接造成眼底视网膜烧伤。

波长1.9微米以上的红外线，几乎全部被角膜吸收，会造成角膜烧伤（混浊、白斑）。

波长大于1.4微米的红外线的能量绝大部分被角膜和眼内液所吸收，透不到虹膜。只是1.3微米以下的红外线才能透到虹膜，造成虹膜伤害。

人眼如果长期暴露于红外线下可能引起白内障。因此，我们在利用红外线时，对其危害也要保持足够的警惕。

知识点

长度单位——埃

埃格斯特朗，简称埃，是一个长度单位。它不是国际制单位，但是可与国际制单位进行换算，即1埃=10^-10米=0.1纳米。它一般用于原子半径、键长和可见光的波长。譬如，原子的平均直径（由经验上的半径计算得出）在0.5埃（氢）和3.8埃（铀，最重的天然元素）之间。它还被广泛应用于结构生物学。

埃这个单位是为了纪念瑞典科学家安德斯・埃格斯特朗而命名的。埃格斯特朗是光谱学的创始人之一，他为太阳光谱的辐射波长制作了图谱，以10^-10米为单位。他同时也钻研热传导、地磁学和北极光。

延伸阅读

红外制导

红外制导是利用红外探测器捕获和跟踪目标自身辐射的能量来实现寻的制导的技术。红外制导技术是精确制导武器一个十分重要的技术手段，红外制导技术分为红外成像制导技术和红外非成像制导技术两大类。

红外非成像制导技术是一种被动红外寻的制导技术，任何绝对温度零度以上的物体，由于原子和分子结构内部的热运动，而向外界辐射包括红外波段在内的电磁波能量，红外非成像制导技术就是利用红外探测器捕获和跟踪目标自身所辐射的红外能量来实现精确制导的一种技术手段。

红外非成像制导的特点是制导精度高，不受无线电干扰的影响；可昼夜作战；由于采用被动寻的方式，攻击隐蔽性好。

缺点是，其正常工作受云、雾和烟尘的影响；并有可能被曳光弹、红外诱饵、云层反射的阳光和其他热源诱惑，偏离和丢失目标。

此外，红外制导系统作用距离有限，所以一般用作近程武器的制导系统或远程武器的末制导系统。

红外成像制导是利用红外探测器探测目标的红外辐射，以捕获目标红外图像的制导技术，其图像质量与电视相近，但却可在电视制导系统难以工作的夜间和低能见度下作战。

红外成像制导系统的灵敏度和空间分辨率都很高，动态跟踪范围大，有效作用距离远，抗干扰性好。与非成像制导技术相比，红外成像制导系统具有更好的目标识别能力和制导精度。全天候作战能力和抗干扰能力也有较大改善。但成本较高，全天候作战能力仍不如微波和毫米波制导系统。

电磁波的功与过（下）

紫外线的利害

1800年英国物理学家霍胥尔在三棱镜光谱的红光端外发现了不可见的热射线——红外线。德国物理学家里特对这一发现极感兴趣，他坚信物理学事物具有两极对称性，认为既然可见光谱红端之外有不可见的辐射，那么在可见光谱的紫端之外也一定可以发现不可见的辐射。

1801年，里特先把一张纸放在氯化银溶液中浸泡一下，然后把它放在三棱镜可见光谱的紫光区域邻近。里特发现，紫光外部地方的纸片强烈地变黑，说明纸片的这一部分受到了一种看不见的射线照射。里特把紫光外附近的不可见光叫做“去氧射线”，这就是我们所说的紫外线。他还把红光外附近的不可见光叫做“氧化射线”，也就是红外线。

紫外线是电磁波谱中波长从0.01～0.40微米辐射的总称，不能引起人们的视觉。

紫外线根据波长分为近紫外线、远紫外线和超短紫外线。紫外线对人体皮肤的渗透程度是不同的。紫外线的波长愈短，对人类皮肤危害越大。短波紫外线可穿过真皮，中波则可进入真皮。

在过去很长时间里，人们对紫外线的认识是模糊的，一味地防，殊不知紫外线对人体也有有益的一面。

首先，中长波紫外线的照射，可使皮肤中的脱氧胆固醇转变为维生素D，维生素D可增强钙磷在体内的吸收，能帮助骨骼的生长发育，成长期的儿童多晒太阳，多在户外活动，有利于预防佝偻病。

其次，不同波长的近紫外线、远紫外线能够治疗类风湿性关节炎、红斑狼疮、银屑病、硬皮病、白癜风、玫瑰糠疹等皮肤病。仅对红斑狼疮的治疗研究表明，用紫外线治疗的病人可以显著减轻症状和减少综合征发生的危险，而且随着治疗时间的延长，治疗的有效性不断增强。

再次，紫外线还可使微生物细胞内核酸、原浆蛋白发生化学变化，用以杀灭微生物，对空气、水、污染物体表面进行消毒灭菌。

紫外线消毒是一种高效、安全、环保、经济的技术，能够有效地灭活致病病毒、细菌和原生动物，而且几乎不产生任何消毒副产物。因此，在净水、污水、回用水和工业水处理的消毒中，紫外线逐渐发展成为一种最有效的消毒技术。由于紫外线具有对隐孢子虫的高效杀灭作用和不产生副产物等特点，使其在给水处理中显示了很好的市场潜力。

给排水消毒方法可分为两大类，即化学消毒法和物理消毒法。化学消毒法有加氯消毒和臭氧消毒等；物理消毒法有紫外线消毒等。化学消毒法一般都会产生消毒副产物，而紫外线消毒是唯一不会产生消毒副产物的方法，不会造成二次污染问题。

当然，紫外线的危害是不容忽视的。

当皮肤受到紫外线的照射时，人体表皮层中的黑色素细胞开始产生黑色素来吸收紫外线，以防止皮肤受到伤害，长时间的紫外线照射会引起大量黑色素沉积在表皮层中，成为永久性的“晒黑”痕迹。

人们现在都已经普遍地认识到，过多地遭受紫外线辐射后容易引起皮肤癌和白内障。有资料报道，皮肤癌的发生率，在澳大利亚是10万人中有800人；在美国是10万人中有250人；在日本据估计目前大约是10万人中有5人。

日本的环境和医学专家警告人们，或许不久，日本也会达到欧美和澳大利亚这样的皮肤癌的发生率的，出现这种危险的状况只是时间迟早的问题。在中国，虽然到目前为止还没有皮肤癌发生率的确切统计和报道，但是，国外的经验和教训告诉我们，对此是必须给予充分重视的。

此外，紫外线辐射还会促使各种有机和无机材料加速化学分解和老化；海洋中的浮游生物也会因紫外线的照射而生长受到影响甚至死亡；紫外线辐射对包括人在内的各种动、植物的生理和生长、发育带来严重危害和影响。

近年来，由于平流层臭氧遭到日趋严重的破坏，地面接受的紫外线辐射量增多，引起人们广泛的关注。为此，世界各国的环境科学家都提醒人们应该十分注意紫外线辐射对人体的危害并采取必要的预防措施。

臭氧层的破坏正在不断地发展着。不仅在南极上空出现了臭氧层空洞，即使在北极地方也发现了臭氧层空洞。而且在我们人类生活的地球上的其他地区上空，也探测到臭氧层变薄的现象。今后，这种臭氧层的破坏还会进一步发展下去。这样，在紫外线辐射中，对人体影响最大的短波紫外线今后还会增多，对人们的影响也将会更大。这促使世界各国的人们对紫外线的关心程度有了极大的提高。

由于紫外线对人体的影响是通过多年而长期蓄积起来的，从小就开始培养注意预防意识是为了将来。人们根据紫外线指数预报和有关的知识，就能够主动地、积极地采取行动进行预防，就可以在自己的生活中利用紫外线预报来采取对策。紫外线指数预报加上每日的天气预报，就可以使有关紫外线的各种知识在老百姓中普及起来，所以说有关紫外线指数预报和紫外线知识是一种提高人们对紫外线认识的有用的知识。

紫外线指数预报是一种在日常生活中十分有用的预报，按照预报发布的紫外线指数，就可以主动地采取一些措施，对紫外线加以预防。

当然，紫外线也并不是一个十分恐惧的东西，也不要片面地被紫外线预报所左右。根据发布的紫外线指数，既要采取有效的方法，预防过多地照射紫外线，也要在合适的时间段里有效地利用好紫外线。

在一天中紫外线照射强度并不是不变的，一天中最需要注意的时间是从上午10时起至下午3时左右，当然，根据天气变化，紫外线照射量也是在变化的，所以也应该注意每天的天气变化，并根据天气的变化，注意在哪个时间段里应该特别小心。

知识点

紫外线指数

紫外线指数是指当太阳在天空中的位置最高时（一般是在中午前后，即从上午10时至下午3时的时间段里），到达地球表面的太阳光线中的紫外线辐射对人体皮肤的可能损伤程度。

紫外线指数变化范围用0～15的数字来表示，通常，夜间的紫外线指数为0，热带、高原地区、晴天中午时的紫外线指数为15。

当紫外线指数愈高时，表示紫外线辐射对人体皮肤的红斑损伤程度愈加剧，同样地，紫外线指数愈高，在愈短的时间里对皮肤的伤害也愈大。

延伸阅读

臭氧和臭氧层

臭氧是无色气体，有特殊臭味，因此而得名“臭氧”。

人类真正认识臭氧是在150多年以前，德国化学家先贝因博士首次提出在水电解及火花放电中产生的臭味，同在自然界闪电后产生的气味相同。

臭氧层顾名思义，带有微臭，在闪电的时候，有可能会闻到一股怪味，这便是闪电带下来的。

自然界中的臭氧，大多分布在距地面20～50千米的大气中，我们称之为臭氧层。

臭氧层中的臭氧主要是紫外线制造出来的。大家知道，太阳光线中的紫外线分为长波和短波两种，当大气中的氧气分子受到短波紫外线照射时，氧分子会分解成原子状态。氧原子的不稳定性极强，极易与其他物质发生反应。如与氢反应生成水，与碳反应生成二氧化碳。同样的，与氧分子反应时，就形成了臭氧。

臭氧形成后，由于其密度大于氧气，会逐渐地向臭氧层的底层降落，在降落过程中随着温度的变化（上升），臭氧不稳定性愈趋明显，再受到长波紫外线的照射，再度还原为氧。臭氧层就是保持了这种氧气与臭氧相互转换的动态平衡。

大气臭氧层主要有3个作用：

其一为保护作用，保护地球上的人类和动植物免遭短波紫外线的伤害。

其二为加热作用，臭氧吸收太阳光中的紫外线并将其转换为热能加热大气。大气的温度结构对于大气的循环具有重要的影响。

其三为温室气体的作用，在对流层上部和平流层底部，即在气温很低的这一高度，臭氧的作用同样非常重要。如果这一高度的臭氧减少，则会产生使地面气温下降的动力。因此，臭氧的高度分布及变化是极其重要的。

2011年11月1日，日本气象厅发布的消息说，该机构今年以来测到的南极上空臭氧层空洞面积的最大值超过去年，已相当于过去10年的平均水平。

“火眼金睛”X射线

1895年11月8日是一个星期五。晚上，德国慕尼黑伍尔茨堡大学的整个校园都沉浸在一片静悄悄的气氛当中，大家都回家度周末去了。但是还有一个房间依然亮着灯光。灯光下，一位年过半百的学者凝视着一沓灰黑色的照相底片在发呆，仿佛陷入了深深的沉思……

他在思索什么呢？原来，这位学者以前做过一次放电实验，为了确保实验的精确性，他事先用锡纸和硬纸板把各种实验器材都包裹得严严实实，并且用一个没有安装铝窗的阴极管让阴极射线透出。

可是现在，他却惊奇地发现，对着阴极射线发射的一块涂有氰亚铂酸钡的屏幕（这个屏幕用于另外一个实验）发出了光，而放电管旁边这沓原本严密封闭的底片，现在也变成了灰黑色——这说明它们已经曝光了！

这个一般人很快就会忽略的现象，却引起了这位学者的注意，使他产生了浓厚的兴趣。他想：底片的变化，恰恰说明放电管放出了一种穿透力极强的新射线，它甚至能够穿透装底片的袋子！一定要好好研究一下。不过，既然目前还不知道它是什么射线，于是取名“X射线”。

于是，这位学者开始了对这种神秘的X射线的研究。

他先把一个涂有磷光物质的屏幕放在放电管附近，结果发现屏幕马上发出了亮光。接着，他尝试着拿一些平时不透光的较轻物质——比如书本、橡皮板和木板——放到放电管和屏幕之间去挡那束看不见的神秘射线，可是谁也不能把它挡住，在屏幕上几乎看不到任何阴影，它甚至能够轻而易举地穿透15毫米厚的铝板！直到他把一块厚厚的金属板放在放电管与屏幕之间，屏幕上才出现了金属板的阴影——看来这种射线还是没有能力穿透太厚的物质。

实验还发现，只有铅板和铂板才能使屏幕不发光，当阴极管被接通时，放在旁边的照相底片也将被感光，即使用厚厚的黑纸将底片包起来也无济于事。

接下来更为神奇的现象发生了，当这位学者小心翼翼地伸出手掌，试图挡在放电管与屏幕之间时，他居然发现自己的手骨和手的轮廓被清晰地映射到了屏幕的上面。原来这是这种射线一个更为奇特的性质：具有相当强度的X射线，可以使肌体内的骨骼在磷光屏幕或者照相底片上投下阴影！

这一发现对于医学的价值可是十分重要的，它就像给了人们一副可以看穿肌肤的“眼镜”，能够使医生的“目光”穿透人的皮肉透视人的骨骼，清楚地观察到活体内的各种生理和病理现象。根据这一原理，后来人们发明了X射线机，X射线已经成为现代医学中一个不可缺少的武器。当人们不慎摔伤之后，为了检查是不是骨折了，不是总要先到医院去“照一个片子”吗？这就是在用X射线照相啊！

这位学者虽然发现了X射线，但当时的人们——包括他本人在内，都不知道这种射线究竟是什么东西。直到20世纪初，人们才知道X射线实质上是一种比光波更短的电磁波，它不仅在医学中用途广泛，成为人类战胜许多疾病的有力武器，而且还为今后物理学的重大变革提供了重要的证据。正因为这些原因，在1901年诺贝尔奖的颁奖仪式上，这位学者成为世界上第一个荣获诺贝尔物理学奖的人。

噢，忘记说了，既然“方程”已经解出来了，这种神秘的X射线后来就有了一个正式的名字——伦琴射线。而伦琴，当然就是发现这种神秘射线的学者的名字啦！

X射线，又称伦琴射线，它是一种波长很短的电磁辐射，其波长约为（20～0.06）×10^-8厘米之间，是一种波长介于紫外线和γ射线间的电磁波。伦琴射线具有很高的穿透本领，能透过许多对可见光不透明的物质，如墨纸、木料等。这种肉眼看不见的射线可以使很多固体材料发生可见的荧光，使照相底片感光以及空气电离等效应，波长越短的X射线能量越大，叫做硬X射线；波长长的X射线能量较低，称为软X射线。

产生X射线的最简单方法是用加速后的电子撞击金属靶。撞击过程中，电子突然减速，其损失的动能会以光子形式放出，形成X射线光谱的连续部分，称之为制动辐射。通过加大加速电压，电子携带的能量增大，则有可能将金属原子的内层电子撞出。于是内层形成空穴，外层电子跃迁回内层填补空穴，同时放出波长在0.1纳米左右的光子。由于外层电子跃迁放出的能量是量子化的，所以放出的光子的波长也集中在某些部分，形成了X射线光谱中的特征线，此称为特性辐射。

此外，高强度的X射线亦可由同步加速器或自由电子激光产生。同步辐射光源，具有高强度、连续波长、光束准直、极小的光束截面积并具有时间脉波性与偏振性，因而成为科学研究X射线最佳之光源。

X射线的发现，把人类引进了一个完全陌生的微观国度。X射线的发现，直接地揭开了原子的秘密，为人类深入到原子内部的科学研究，打破了坚冰，开通了航道。

伦琴发现X射线后仅仅几个月时间内，它就被应用于医学影像。1896年2月，苏格兰医生约翰・麦金泰尔在格拉斯哥皇家医院设立了世界上第一个放射科。

放射医学是医学的一个专门领域，它使用放射线照相术和其他技术产生诊断图像。的确，这可能是X射线技术应用最广泛的地方。

X射线的用途主要是探测骨骼的病变，但对于探测软组织的病变也相当有用。常见的例子有胸腔X射线，用来诊断肺部疾病，如肺炎、肺癌或肺气肿；而腹腔X射线则用来检测肠道梗塞、自由气体（由于内脏穿孔）及自由液体。某些情況下，使用X射线的透视技术。

但是，由于人体内有些器官对X射线的吸收差别极小，因此X射线对那些前后重叠的组织的病变就难以发现。于是，美国与英国的科学家开始了寻找一一种新的东西来弥补用X射线技术检查人体病变的不足。

1963年，美国物理学家科马克发现人体不同的组织对X线的透过率有所不同，在研究中还得出了一些有关的计算公式，这些公式为后来CT的应用奠定了理论基础。

1967年，英国电子工程师亨斯费尔德在并不知道科马克研究成果的情况下，也开始了研制一种新技术的工作。他首先研究了模式的识别，然后制作了一台能加强X射线放射源的简单的扫描装置，即后来的CT，用于对人的头部进行实验性扫描测量。

后来，亨斯费尔德又用这种装置去测量全身，获得了同样的效果。

1971年9月，亨斯费尔德又与一位神经放射学家科马克合作，在伦敦郊外一家医院安装了他设计制造的这种装置，开始了头部检查。10月4日，医院用它检查了第一例病人。患者在完全清醒的情况下朝天仰卧，X线管装在患者的上方，绕检查部位转动，同时在患者下方装一计数器，使人体各部位对X线吸收的多少反映在计数器上，再经过电子计算机的处理，使人体各部位的图像在荧屏上显示出来。

这次试验非常成功。1972年4月，亨斯费尔德在英国放射学年会上首次公布了这一结果，正式宣告了CT的诞生。

这一消息引起科技界的极大震动，CT的研制成功被誉为自伦琴发现X射线以后，放射诊断学上最重要的成就。因此，亨斯费尔德和科马克共同获取1979年诺贝尔生理学和医学奖。而今，CT已广泛运用于医疗诊断上。

知识点

X射线机

X光机是产生X射线的设备，其主要由X射线管和X射线机电源以及控制电路等组成，而X射线管又由阴极灯丝和阳极靶以及真空玻璃管组成。

X射线机电源又可分为高压电源和灯丝电源两部分，其中灯丝电源用于为灯丝加热，高压电源的高压输出端分别加在阴极灯丝和阳极靶两端，提供一个高压电场使灯丝上活跃的电子加速流向阳极靶，形成一个高速的电子流，轰击阳极靶面后，99%转化为热量，1%为X射线。

延伸阅读

第一位被放射物质夺去生命的科学家：贝克勒尔

贝克勒尔出身于科学世家，他的整个家族一直都在默默地研究着荧光、磷光等发光现象。他的父亲对荧光的研究在当时堪称世界一流水平，提出了铀化合物发生荧光的详细机制。贝克勒尔自幼就对物理学相当痴迷，他不止一次地在内心深处宣读誓言，一定要超出祖父、父亲所做出的贡献，为此，他做出了不知超过常人多少倍的努力。

那一天，当他冒着刺骨的冷风，参观完伦琴X射线的照片后，他既为伦琴的发现所激动，又为自己的无所建树而汗颜。他浮想联翩，猜想X射线肯定与他长期研究的荧光现象有着密切的关系。

为了进一步证实X射线与荧光的关系，贝克勒尔从父亲那里找来荧光物质铀盐，立即投入到紧张而又有条不紊的实验中。他十分迫切地想知道铀盐的荧光辐射中是否含X射线，他把这种铀盐放在用黑纸密封的照相底片上。他在心里想，黑色密封纸可以避阳光，不会使底片感光，如果太阳光激发出的荧光中含有X射线，就会穿透黑纸使照相底片感光。真不知道密封底片能否感光成功。

1896年2月，柏克勒尔把铀盐和密封的底片，一起放在晚冬的太阳光下，一连曝晒了好几个小时。晚上，当他从暗室里大喊大叫着冲出来的时候，他激动得快要发疯了，他所梦寐以求的现象终于出现了：铀盐使底片感了光！

柏克勒尔又一连重复了好几次这样的实验，后来，他又用金属片放在密封的感光底片和铀盐之间，发现X射线是可以穿透它们使底片感光的。如果不能穿透金属片就不是X射线。这样做了几次以后，他发现底片感光了，X射线穿透了他放置的铝片和铜片。这似乎更加证明，铀盐这种荧光物质在照射阳光之后，除了发出荧光，也发出了X射线。

1896年2月24日，柏克勒尔把上述成果在科学院的会议上作了报告。但是，大约只过了五六天，事情就出人意料地发生了变化。柏克勒尔正想重做以上的实验时，连续几天的阴雨天，太阳躲在厚厚的云层里，怎么喊也喊不出来，他只好把包好的铀盐连同感光底片一起锁在了抽屉里。

1896年3月1日，他试着冲洗和铀盐一起放过的底片，发现底片照常感光了。铀盐不经过太阳光的照射，也能使底片感光。善于留心实验细节的贝克勒尔一下子抓住了问题的症结。从此，他对自己在2月24日的报告，产生了怀疑，他决心一切推倒重来。

这次，他又增加了另外几种荧光物质。实验结果再度表明，铀盐使照相底片感光，与是否被阳光照射没有直接的关系。贝克勒尔推测，感光必是铀盐自发地发出某种神秘射线造成的。

此后，贝克勒尔便把研究重心转移到研究含铀物质上面来了。他发现所有含铀的物质都能够发射出一种神秘的射线，他把这种射线叫做“铀射线”。

3月2日，他在科学院的例会上报告了这一发现。他是含着喜悦的泪水向与会者报告这一切的。

后来经研究他又发现，铀盐所发出的射线，不光能够使照相底片感光，还能够使气体发生电离，放电激发温度变化。铀以不同的化合物存在，对铀发出的射线都没有影响，只要化学元素铀存在，就有放射性存在。贝克勒尔的发现，被称作“贝克勒尔现象”，后来吸引了许多物理学家来研究这一现象。

1899年，贝克勒尔当选为法国科学院院士，此外他还是伦敦皇家学会、柏林科学院等许多科学协会的成员。

在放射性发现的初期，人们对它的危害毫无认识，因此也谈不上什么防御了。贝克勒尔就是在毫无防御的条件下，长期接触放射性物质，致使健康受到严重的损害。他刚过50岁，身体就垮了，医生劝他迁居疗养。但对科学着了迷的贝克勒尔怎么也舍不得离开实验室。他对医生说：“除非把我的实验室搬到我疗养的地方，否则我决不离开。”

1908年夏，他的病情恶化，8月25日黎明，逝世于克罗西克，是第一位被放射物质夺去生命的科学家。

威力强大的γ射线

γ射线，又称γ粒子流，中文音译为伽玛射线。

γ射线是一种波长短于0.02纳米的电磁波。首先由法国科学家P・V・维拉德发现，是继α、β射线后发现的第三种原子核射线。

γ射线是一种强电磁波，它的波长比X射线还要短，一般波长小于0.001纳米。在原子核反应中，当原子核发生、β衰变后，往往衰变到某个激发态，处于激发态的原子核仍是不稳定的，并且会通过释放一系列能量使其跃迁到稳定的状态，而这些能量的释放是通过射线辐射来实现的，这种射线就是γ射线。

γ射线具有极强的穿透本领。人体受到γ射线照射时，γ射线可以进入到人体的内部，并与体内细胞发生电离作用，电离产生的离子能侵蚀复杂的有机分子，如蛋白质、核酸和酶，它们都是构成活细胞组织的主要成分，一旦它们遭到破坏，就会导致人体内的正常化学过程受到干扰，严重的可以使细胞死亡。

人类观察太空时，看到的为“可见光”，然而电磁波谱的大部分是由不同辐射组成的，当中的辐射的波长有的较可见光长，亦有的较短，大部分单靠肉眼并不能看到。通过探测γ射线能提供肉眼所看不到的太空影像。

在太空中产生的γ射线是由恒星核心的核聚变产生的，因为无法穿透地球大气层，因此无法到达地球的低层大气层，只能在太空中被探测到。

太空中的γ射线是在1967年由一颗名为“维拉斯”的人造卫星首次观测到的。从20世纪70年代初由不同人造卫星所探测到的γ射线图片，提供了关于几百颗此前并未发现的恒星及可能的黑洞。于90年代发射的人造卫星（包括康普顿伽玛射线观测台），提供了关于超新星、年轻星团、类星体等不同的天文信息。

在军事上，强γ射线具有很大的威力。一一般来说，核爆炸（比如原子弹、氢弹的爆炸）的杀伤力由4个因素构成：冲击波、光辐射、放射性沾染和贯穿辐射。其中贯穿辐射则主要由强γ射线和中子流组成。由此可见，核爆炸本身就是一个γ射线光源。通过结构的巧妙设计，可以缩小核爆炸的其他硬杀伤因素，使爆炸的能量主要以γ射线的形式释放，并尽可能地延长γ射线的作用时间（可以为普通核爆炸的3倍），这种核弹就是γ射线弹。

与其他核武器相比，γ射线的威力主要表现在以下两个方面：

1.γ射线的能量大。由于γ射线的波长非常短，频率高，因此具有非常大的能量。

高能量的γ射线对人体的破坏作用相当大，当人体受到γ射线的辐射剂量达到2～6希时，人体造血器官如骨髓将遭到损坏，白细胞严重地减少，内出血头发脱落，在2个月内死亡的概率为0%～80%；

当辐射剂量为6～10希时，在2个月内死亡的概率为80%～100%；

当辐射剂量为10～15希时，人体肠胃系统将遭破坏，发生腹泻、发热、内分泌失调，在两周内死亡概率几乎为100%；

当辐射剂量为50希以上时，可导致中枢神经系统受到破坏，发生痉挛、震颤、失调、嗜眠，在2天内死亡的概率为100%。

2.γ射线的穿透本领极强。γ射线是一种杀人武器，它比中子弹的威力大得多。中子弹是以中子流作为攻击的手段，但是中子的产额较少，只占核爆炸放出能量的很小一部分，所以杀伤范围只有500～700米，一般作为战术武器来使用。γ射线的杀伤范围，据说为方圆100万平方千米，这相当于以阿尔卑斯山为中心的整个南欧。因此，它是一种极具威慑力的战略武器。

γ射线弹除杀伤力大外，还有两个突出的特点：

1.γ射线弹无需炸药引爆。一般的核弹都装有高爆炸药和雷管，所以贮存时易发生事故。而γ射线弹则没有引爆炸药，所以平时贮存安全得多。

2.γ射线弹没有爆炸效应。进行这种核试验不易被测量到，即使在敌方上空爆炸也不易被觉察。因此γ射线弹是很难防御的，正如美国前国防部长科恩在接受德国《世界报》的采访时说，“这种武器是无声的，具有瞬时效应。”可见，一旦这个“悄无声息”的杀手闯入战场，将成为影响战场格局的重要因素。

知识点

雷姆

物理学单位。γ射线剂量当量的专用单位，是非法定计量单位。

一定的吸收剂量所产生的生物效应，除了与吸收剂量有密切关系外，还与电离辐射的类型、能量及照射条件等因素有关。对吸收剂量采取适当的修正因子后就可以与生物效应有直接的联系。修正后的吸收剂量即称为剂量当量，用字母H表示。剂量当量的国际单位制为希沃特。1雷姆=0.01希沃特。

延伸阅读

伽马射线暴

在天文学界，伽马射线爆发被称作“伽马射线暴”。伽玛暴的能量非常高。但是大多数伽马射线会被地球的大气层阻挡，观测必须在地球之外进行。

冷战时期，美国发射了一系列的军事卫星来监测全球的核爆炸试验，在这些卫星上安装有伽马射线探测器，用于监视核爆炸所产生的大量的高能射线。侦察卫星在1967年发现了来自浩瀚宇宙空间的伽马射线在短时间内突然增强的现象，人们称之为“伽马射线暴”。

由于军事保密等因素，这个发现直到1973年才公布出来。这是一种让天文学家感到困惑的现象：一些伽马射线源会突然出现几秒钟，然后消失。这种爆发释放能量的功率非常高。一次伽马射线暴的“亮度”相当于全天所有伽马射线源“亮度”的总和。随后，不断有高能天文卫星对伽马射线暴进行监视，差不多每天都能观测到一两次的伽马射线暴。

伽马射线暴所释放的能量甚至可以和宇宙大爆炸相提并论。伽马射线暴的持续时间很短，长的一般为几十秒，短的只有十分之几秒。而且它的亮度变化也是复杂而且无规律的。但伽马射线暴所放出的能量却十分巨大，在若干秒钟时间内所放射出的伽马射线的能量相当于几百个太阳在其一生（100亿年）中所放出的总能量！

在1997年12月14日发生的伽马射线暴，它距离地球远达120亿光年，所释放的能量比超新星爆发还要大几百倍，在50秒内所释放出伽马射线能量就相当于整个银河系200年的总辐射能量。这个伽马射线暴在一两秒内，其亮度与除它以外的整个宇宙一样明亮。在它附近的几百千米范围内，再现了宇宙大爆炸后千分之一秒时的高温高密情形。

然而，1999年1月23日发生的伽马射线暴比这次更加猛烈，它所放出的能量是1997年那次的10倍，这也是人类迄今为止已知的最强大的伽马射线暴。

关于伽马射线暴的成因，至今世界上尚无定论。有人猜测它是两个中子星或两个黑洞发生碰撞时产生的；也有人猜想是大质量恒星在死亡时生成黑洞的过程中产生的，但这个过程要比超新星爆发剧烈得多，因而，也有人把它叫做“超超新星”。

电磁辐射的危害

随着人们生活节奏的加快和生活质量的提高，人们正在被越来越多的电子设备所笼罩。各种家用电器已经相当普及，电脑、手机几乎是人手一台，无线网络的发展也是如火如荼。人们在享受诸多方便和乐趣的同时，也开始注重电子高科技带来的负面效应：电磁辐射。

美国热播的电视剧《迷失》讲述了一架飞机坠落后幸存者在荒岛上遇到的一系列离奇事件，谜底渐渐揭开之时，观众发现原来飞机失事的始作俑者竟是巨大的电磁辐射。电视剧曲折跌宕的故事情节让公众见识了电磁辐射的威力。

其实，早在20多年前，电磁辐射就曾“显威”：前苏联曾发生过一起震惊世界的电脑杀人案，国际象棋大师尼古拉・古德科夫与一台超级电脑对弈时，突然被电脑释放的强大电流击毙。后经一系列调查证实，杀害古德科夫的罪魁祸首是外来的电磁波——电磁波干扰了电脑中已经编好的程序，导致超级电脑动作失误而突然放出强电流。

对大多数人来说，像《迷失》中所描述的情形和尼古拉的遭遇毕竟太遥远，但身边的电磁辐射究竟如何？

从理论上来讲，电场和磁场的交互变化产生电磁波，电磁波向空中发射的现象，叫电磁辐射。过量的电磁辐射便会造成电磁污染。在这个电子产品充斥的时代，环境中的电磁辐射几乎无处不在，尤其是摆满各种家电产品的房间，电磁辐射源更多。

通常情况下，电磁辐射能干扰电视的收看，使图像不清或变形，并发出噪声；会干扰收音机和通信系统工作，使自动控制装置发生故障，使飞机导航仪表发生错误和偏差，影响地面站对人造卫星、宇宙飞船的控制。

专家指出，并非所有的电磁辐射都会伤害人体，但电磁辐射超过一定强度便会造成电磁污染，电磁污染会对人体产生负面效应，如头疼、失眠、记忆力减退、血压升高或下降、心脏出现界限性异常等。

电磁辐射对人体危害程度则随波长而异，波长愈短对人体作用愈强。有资料显示，处于中、短波频段电磁场（高频电磁场）的操作人员，经受一定强度与时间的暴露，将产生身体不适感，严重者引起神经衰弱。如心血管系统的自主神经失调，但这种作用是可逆的，脱离作用区，经过一定时间的恢复，症状可以消失，并不成为永久性损伤。

处于超短波与微波电磁场中的人员，其受伤害程度要比中、短波严重。尤其是微波的危害更甚。在其作用下，人体除将部分能量反射外，部分被吸收后产生热效应。这种热效应是由于人体组织的分子反复地极向和非极向的运动摩擦而产生的。热效应引起体内温度升高，如果过热会引起损伤，一般以微波辐射最为有害。

这种危害主要的病理表现为：引起严重神经衰弱症状，最突出的是造成自主神经功能紊乱。在高强度与长时间作用下，对视觉器官造成严重损伤，同时对生育功能也有显著不良影响。

随着各种办公、家用电器的广泛使用，电磁辐射已经无处不在。而过量的电磁辐射势必给人体健康带来危害，为各种疾病的发生埋下隐患。

说到家用电器的辐射，我们很快就会想到电脑、电视机、微波炉，而往往却忽视了体积较小的电吹风，其实它才是“辐射大王”。因为使用电吹风时，辐射离头部距离比其他电器要近，所以辐射的危害不言而喻。特别是在开启和关闭时辐射最大，且功率越大辐射也越大。

电吹风导致的电磁辐射可以对人体造成影响和损害。会引起人体中枢神经和精神系统的功能障碍，主要表现为头晕、疲乏无力、记忆力减退、食欲下降、失眠、健忘等亚健康症状。因此，使用电吹风时，最好将电吹风与头部保持垂直；不要连续长时间使用，最好间断停歇。

电视机是现代家庭必备的家用电器，但电视机产生的电磁辐射不容忽视。美国伯克利大学的查尔斯沃莱齐博士和瑞士的卢格医学教授，共同主持了一项关于电视对人体伤害的研究。他们得出结论，因为荧光屏前每平方英寸存在着2万～5万伏特的静电，加上荧光屏上显像的闪光和外在光源对荧光屏照射所引起的反光，以及低频电磁辐射等，会对人体的健康造成较大的影响。

特别值得一提的是低频电磁辐射，更是人体的大敌。电视机在使用时会放射出不同波长的电磁波，辐射剂量大得惊人。美国医学专家指出，低频电磁辐射是造成血癌、孕妇流产、死胎、畸形儿的主要原因之一，会干扰细胞释出和吸收钙质的速度，容易造成儿童骨骼发育不正常，还能引起头痛、神经质、睡眠不安、晨起疲乏和意志消沉等。

电脑，作为一种现代高科技的产物和电器设备，在给人们的生活和工作带来更多便利、高效与欢乐的同时，也存在着一些有害于人类健康的不利因素。

电脑对人类健康的隐患，从辐射类型来看，主要包括电脑在工作时产生和发出的电磁辐射（各种电磁射线和电磁波等）、声（噪声）、光（紫外线、红外线辐射以及可见光等）等多种辐射“污染”。

从辐射根源来看，它们包括CRT显示器辐射源、机箱辐射源以及音箱、打印机、复印机等周边设备辐射源。其中CRT（阴极射线管）显示器的成像原理，决定了它在使用过程中难以完全消除有害辐射。因为它在工作时，其内部的高频电子枪、偏转线圈、高压包以及周边电路，会产生诸如电离辐射（低能X射线）、非电离辐射（低频、高频辐射）、静电电场、光辐射（包括紫外线、红外线辐射和可见光等）等多种射线及电磁波。而液晶显示器则是利用液晶的物理特性，其工作原理与CRT显示器完全不同，天生就是无辐射（可忽略不计）、环保的“健康”型显示器；机箱内部的各种部件，包括高频率、功耗大的CPU，带有内部集成大量晶体管的主芯片的各个板卡，带有高速直流伺服电机的光驱、软驱和硬盘，若干个散热风扇以及电源内部的变压器等等，工作时则会发出低频电磁波等辐射和噪声干扰。另外，外置音箱、复印机等周边设备辐射源也是一个不容忽视的“源头”。

从危害程度来看，无疑以电磁辐射的危害最大。

随着现代通讯技术的发展与进步，手机这种现代化的移动通讯工具，正因其具有有线电话所无法比拟的便利性而受到越来越多的人喜爱，使用手机的人也越来越多。由于使用手机时须靠近对电磁辐射十分敏感的人体器官——大脑，手机的辐射到底对人体有多大危害，如何把危害的程度降到最低，成了手机用户最关心的问题。

常用手机的人经常遇到这样的情景：电话打进或拨出的时候，边上的收音机就会有刺耳的“嗞嗞”声，这时如果把手机放在电视或电脑旁边，显示屏上的图像立即会强烈扭曲。这就是手机微波辐射的威力。

手机微波辐射对电视、电脑、电话的干扰如此明显，那么对人体（特别是大脑）有多大的危害呢？

很多医学研究机构已经对人们提出了种种警告，国外还发生了几十起控告手机引发脑癌的诉讼案。德国医学研究人员最近的研究表明，手机辐射会使用户的血压有较大幅度的升高。另外，许多用户反映使用移动电话有头晕、头痛、失眠、皮肤瘙痒、食欲减退等不良反应。

手机会对人的中枢神经系统造成功能性障碍，引起头痛、头昏、失眠、多梦和脱发等症状，有的人面部还会有刺激感。有关研究报告指出，长期使用手机的人患脑瘤的机会比不用的人高出30%。

许多人喜欢把手机挂在胸前，但是研究表明，手机挂在胸前，会对心脏和内分泌系统产生一定影响。心脏功能不全、心律不齐的人尤其要注意不能把手机挂在胸前。有专家认为，电磁辐射还会影响内分泌功能，导致女性月经失调。另外，电磁波辐射还会影响正常的细胞代谢，造成体内钾、钙、钠等金属离子紊乱。

有医学专家指出，手机若常挂在人体的腰部或腹部旁，其收发信号时产生的电磁波将辐射到人体内的精子或卵子，这可能会影响使用者的生育功能。

尽管电磁辐射无时不在、无处不在，但只要掌握足够的辐射知识和计算机的正确使用方法，我们完全不用为其电磁辐射感到恐慌。

知识点

CRT显示器

CRT显示器是一种使用阴极射线管的显示器，阴极射线管主要由5部分组成：电子枪、偏转线圈、荫罩、高压石墨电极和荧光粉涂层及玻璃外壳。

CRT显示器是应用最广泛的显示器之一，CRT纯平显示器具有可视角度大、无坏点、色彩还原度高、色度均匀、可调节的多分辨率模式、响应时间极短等液晶显示器难以超过的优点。

延伸阅读

手机辐射与航空事故

飞机拒绝“手机”恐怕已是尽人皆知了。

坐过民航班机的乘客都有这样的经验：飞机未起飞时、飞行中、降落前广播都会告诫乘客不要使用移动电话。这个通知太重要了，它不仅关系到飞机的安全，也直接关系到数十人乃至数百人的生命财产安全，这决不是危言耸听！

移动电话是高频无线通信，其辐射频率多在800兆赫以上，而飞机上的导航系统又最怕高频干扰，飞行中若有人用移动电话，就极有可能导致飞机的电子控制系统出现误动，使飞机失控，发生重大事故。这样的惨痛教训已屡见不鲜。

1991年英国劳达航空公司的那次触目惊心的空难至今令人难忘，有223人死于这次空难。据有关部门分析，这次空难极有可能是机上有人使用笔记本电脑、移动电话等便携式电子设备，它释放的频率信号启动了飞机的反向推动器致使机毁人亡。

1996年10月巴西TAM航空公司的一架“霍克-100”飞机也莫名其妙地坠毁了，机上人员全部遇难，甚至地面上的市民也有数人惨遭不幸，这是历史上又一次空难事件。专家们调查事故原因后认为，机上有乘客使用移动电话极有可能是造成飞机坠毁的元凶。也就是源于这次空难巴西空军部民航局研拟了一项关于严格限制旅客在飞行时使用移动电话的法案。

1998年初，台湾华航一班机坠毁，参与调查的法国专家怀疑有人在飞机坠毁前打移动电话，导致通信受到干扰，致使飞机与控制塔失去联络最后坠毁。