從幾乎沒有任何傷害到會影響你的大腦和控制人口,有關5G和健康風險的討論五花八門。起初,我以為研究此類風險只是一篇簡單直接的文章,然而事實並非如此。

在這個系列文章中,我對這個主題沒有預設主觀想法。作為一名工程師,我更願意研究事實並得出自己的結論。查閱報告會有副作用;對於一些偏激或含糊不清的地方,我不下定論。本文以及後續文章中將會介紹一些關鍵問題,以及可從研究中收集到的任何結論。文中還會嘗試為製造商、營運商和用戶提供一些緩解建議,以便最大限度地降低任何健康風險。

最近我收到一位朋友發來的一則新聞報導《Clallam County urged to prohibit 5G》,內容是關於在華盛頓西北鄉村地區舉行的一次富有爭議的有關5G健康風險的公開會議。裡面有一些引述,例如「我想清楚明確地指出,我沒同意你們在我孩子身上試驗5G技術。」儘管我們可以簡單地認為說這話的人有著老套俗見,但身為工程師和科學家的我們至少應該看看科學如何解釋。

首先,我們先設定討論的邊界條件。這裡將探討的是毫米波(mmWave)輻射對人類造成的健康風險。毫米波頻率範圍是30GHz~300GHz,而大多數5G系統工作在28GHz~80GHz之間,即所謂的FR2頻率範圍,而不是6GHz以下的FR1頻段。從相關文獻中我們可知有 三個關注點:熱效應、電離效應(圖1)和電磁(EM)效應。本文中介紹前兩項,如果有讀者提出其他風險,我們也會在後續的文章中增加相關討論。

20190503EDNNT31P1 圖1 當能量(這裡指光子)足以移除電子時,會發生電離過程,而毫米波的光子遠低於電離閾值。

我查閱的第一項研究報告《mmWave Health Effects(毫米波健康影響)》來自紐約大學無線研究中心。這項研究解釋了熱效應和電離效應這兩個問題。電離效應更容易解釋,只要搞清楚毫米波光子是否會導致電子從其軌道上移開。電離是癌症的成因之一,我們都知道陽光下的紫外線輻射容易致癌。從基礎物理課程中可知,光子的能量可以透過E = hf計算得出,其中h是普朗克常數,4.136×10-15eV(電子伏特)。以300GHz作為最高毫米波頻率,可以計算出毫米波光子的能量為1.2meV;隨著頻率降低,能量隨之減小。

然而,碳的電離能為11.3eV(請注意:是碳基生命形式)。這比最高毫米波光子能量高出近10,000倍。事實上,紐約大學的這個研究已得出結論:「與頻率更高的紫外線、X光和伽馬輻射不同,毫米波輻射是非電離的。」英飛凌(Infineon)文章《Health effects of mmWave radiation(毫米波輻射對健康的影響)》也總結道:「毫米波光子的最高光子能量為1.2meV,而電子掙脫其原子束縛所需的光子能量約為12eV,也就是說,毫米波光子能量比電離所需能量小近10,000倍。」由此我得出的第一個結論是,電離不會產生任何危害。

20190503EDNNT31P2 圖2 手機輻射會導致皮膚局部發熱。美國聯邦傳播委員會(FCC)認為低於1mW/cm2的輻射是安全的。但電磁效應呢?

但是還有發熱問題。「因此,主要的安全擔憂在於人體吸收毫米波能量會引起眼睛和皮膚發熱。」該紐約大學的研究指出。EMR Safety(加州大學柏克萊分校健康學院的一部分)的一項研究(對研究結果的研究)為許多熱效應提供了背景資訊。這項研究特別關注5G毫米波對健康的影響。它指出,毫米波主要會在皮膚2mm以內和眼角膜表面部位被吸收,尤其要注意眼睛,因為眼睛中的血液很少,難以產生冷卻效果。該文指出,當功率密度高於5mW/cm2時會產生加熱效應。除了長時間暴露在輻射下,發熱感會轉變成疼痛外,該文還指出,溫度升高「會影響細胞的生長、形態和新陳代謝,引發自由基的產生,並損害DNA。」

那麼上述功率密度可能產生嗎?假設暴露時間為30分鐘,對於1.5GHz和100GHz之間的頻率,FCC所允許的最大暴露量為1.0mW/cm2。據英飛凌稱,24GHz系統在最大輻射功率下工作,距離皮膚5cm時,其功率密度為0.3mW/cm2,是FCC限值的三分之一,低於顯著加熱值15倍。

因此,本文的結論有些微妙。我不清楚如果將手機直接放在耳朵上,其功率密度是否會低於這些閾值。這種情況下,皮膚與發射器的距離可能只有2mm而不是5cm,因此皮膚上的功率密度會很高。本文建議使用有線耳機或免持設備,而將手機保持在安全距離。即使對3G和4G手機來說,這可能也是一個好建議,儘管我還沒有研究過這些低頻設備的等價效果。

20190503EDNNT31P3 圖3 我們生活在一個有持續低水準電磁輻射的環境中。5G出現後,還將多出毫米波頻率輻射。

那麼,透過採取一些預防措施,我們就安全嗎?對於電離效應和熱效應,我相信如此。但是,EMR Safety論文在得出同樣的結論後,又提到:「因此,5G輻射對健康的影響會限於長時間暴露在毫米波輻射,以及低中頻無線電頻率輻射下所產生的非熱效應。」

而這又帶來了一個新的問題,科學顯示這其中很大可能會有一些負面影響。我們將在本系列的下一篇文章中介紹該主題,與此同時,我以後打手機會用揚聲器模式。

(參考原文: Does 5G pose health risks? (part 1),by Larry Desjardin)