「綠色」節能燈可誘發癌症

2015-02-10 12:11 作者: 李修命

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眾所周知,白熾燈是愛迪生於十九世紀後半葉的一項重要發明,從此人類走向電燈時代。白熾燈問世百年來,因其光色溫馨、色彩多樣、造型豐富、價格低廉,深受消費者喜愛。但是白熾燈耗電,大概只有不到十分之一的能量變成光能,其它都是熱能白白的被浪費掉了。由於白熾燈的耗電太大,人們想辦法用新的光源來替代白熾燈,熒光節能燈就應運而生了,目前已經開始逐步取代白熾燈了。近年來,世界上一些經濟發達國家圍繞LED的研製展開了激烈的技術競賽。美國從2000年起投資5億美元實施「國家半導體照明計畫」,歐盟也在2000年7月宣布啟動類似的「彩虹計畫」。根據美國政府2007年的《能源獨立和安全法案》,到2012年,美國將不再使用白熾燈泡。

熒光節能燈(energy-saving lamp)真名叫做稀土三基色緊湊型熒光燈,通常簡稱為緊湊型熒光燈(compact fluorescent lamp,CFL)。與傳統的白熾燈相比,在達到相同光能輸出的條件下,節能燈消耗的電量只有普通白熾燈的1/5∼1/4。熒光節能燈的兩極也是普通的鎢絲,鎢絲通電發熱後,能發射出電子,在燈管兩側加上比較高的電壓,形成電場,這些電子就會在燈管裡被加速,形成有一定速度和能量的電子流,燈管是被抽成真空的,裡面充有汞-水銀。在燈管通電發熱的情況下,這些水銀從液態蒸發就變成了氣態,形成游離狀態的汞原子。電子流中的電子以一定速度打在汞原子上,使汞原子受到激發,變成激發狀態的電離子,稱為發生了階躍,激發狀態的汞過了很短的時間就自發地回落到原來的狀態,同時釋放出紫外線光,紫外線光不能用來照明。於是我們在燈管的內壁塗了一些熒光物質,在紫外線光的轟擊下,熒光物質受到激發以後,就能發出比較自然的光線,可用於我們照明。

但是熒光節能燈也帶來了新的問題。一份飛利浦5W電子節能燈說明書上寫著,該款節能燈含有汞、鉛、鎘以及六價鉻、多溴聯苯、多溴二苯醚等6種有害元素及物質,分別分布於節能燈的毛管、燈頭、鎮流器3個部件中。據查,一支管徑為36毫米的粗管徑熒光節能燈含汞量在25∼45毫克,一支管徑為26毫米的細管徑熒光節能燈含汞量為20毫克,一支管徑為10毫米的緊湊型熒光節能燈含汞量為10毫克。汞在常溫下呈液態,是一種易流動的銀白色液態金屬。由於汞的沸點很低,在常溫下即可蒸發,廢棄的熒光節能燈管破碎後,立即向周圍散發汞蒸氣,瞬時可使周圍空氣中的汞濃度達到每立方米10∼20毫克,國家規定的汞在空氣中的最高允許濃度為每立方米0.01毫克。同濟大學環境科學與工程學院教授蔣大和介紹,1毫克汞滲入地下,可造成大約360噸水被污染。由此計算,一隻廢棄熒光節能燈,如處置不當,可能污染180噸水及周圍土壤。而且由於汞的沸點低,常溫下即可蒸發,汞蒸氣易經呼吸道進入人體,廢棄的節能燈管破碎後,瞬時可使周圍空氣中的汞濃度超標上百倍。即使低劑量汞毒性也會對人體不同器官體系造成危害,包括肌力降低、疲勞感增加、後代畸形等;對兒童、嬰幼兒可造成語言和記憶能力短缺、注意力不集中、自閉症、行走能力延遲等。此外,節能燈還含有鉛元素。鉛一旦進入人體,會阻礙血液的合成,導致貧血、頭痛和肢體酸痛等,侵入大腦神經組織後還可能造成小孩發育遲緩、多動症、智力低下等。

研究人員還發現,一旦熒光粉層破裂,紫外線就會泄露到燈外,會對皮膚細胞造成一定程度的損傷。紫外線(ultraviolet,UV)按波長分為三類:長波紫外線(UVA,320∼400nm)、中波紫外線(UVB,280∼320nm)和短波紫外線(UVC,200∼280nm)。日常生活中,UVC在穿越大氣層時多被臭氧層濾除,能作用於皮膚的多為UVA和UVB。紐約州立大學研究人員通過試驗證明熒光節能燈泡比普通燈泡的紫外線輻射更強(Mironava T,Hadjiargyrou M,Simon M,et al. The effects of UV emission from compact fluorescent light exposure on human dermal fibroblasts and keratinocytes in vitro. Photochem Photobiol. 2012,88(6):1497∼1506)。受熒光節能燈輻射的皮膚細胞遭到嚴重的損害,而受普通燈泡輻射的皮膚細胞卻是健康的。這種輻射可能會損害人體皮膚的細胞,甚至可能誘發癌症。研究者先選擇了多個品牌的熒光節能燈來檢測其放出的紫外線,發現大部分節能燈都有UVA和UVC的輻射;然後選擇了輻射最強的熒光節能燈,放到2.5厘米的距離來持續照射體外培養的成纖維細胞和角質形成細胞,並用白熾燈來照射同樣的細胞作為對照。結果顯示,熒光節能燈下的細胞,照射時間越長,受損越嚴重;而照射白熾燈的細胞則未受影響。此外,節能燈的紫外線輻射不僅在不同品牌之間,就連同一製造商生產的不同燈泡間都相差甚大。在得出「節能燈致癌」的初步研究結論後,紐約州立大學的研究人員建議,應盡量減少使用熒光節能燈的時間。

南京理工大學電光學院博士生導師朱曉華說,老式日光燈是採用整流器,把50赫茲的交流電升壓,然後將電能專為光能,在升壓的過程中,不可避免會消耗一些能量。而節能燈是將交流電變成直流電,節能燈相對體積小,能耗低,但不是十全十美。在工作中有一個環節要經過振蕩器,高頻振蕩的電磁波會造成電磁輻射污染。電磁輻射不易察覺,但如果市民是把調幅收音機靠近、手機靠近,就容易發現機器產生雜音,影響正常工作。而且電磁輻射還會影響到心臟起搏器的正常工作,對心臟病人產生威脅。電磁輻射對普通人的身體健康也有隱患,具體危害有多大還需進一步定量分析。朱曉華表示,電磁波可以通過耦合對電網造成污染,可能會令電網上的其他精密電器產生異常。他認為,阻止電磁輻射污染電網,則能通過安裝合格的濾波器實現。

據上海電視臺報導稱,記者從正規渠道購買了10個品牌的熒光節能燈,請環保部輻射環境監測技術中心高級工程師向元益採用專業設備進行檢測。在普通辦公環境下,儀器得出的電磁輻射為1 v/m。工程師將儀器放在距離熒光節能燈10厘米的地方打開節能燈,儀器立即發出報警聲。顯示屏上顯示達到380 v/m,工程師把儀器拿到1.5米外,輻射值又降到了十幾。工程師又陸續對其他品牌的熒光節能燈進行測試,結果輻射值普遍在200 v/m以上。而根據1988年當時的國家環保局《電磁輻射防護規定》,公眾照射導出限值為40 v/m。為了確保權威,電視臺的記者又請來中科院理化環境分析研究中心主任姚宇對幾個品牌的熒光節能燈進行檢測,近距離電磁輻射的結果仍是普遍超標,其中一個熒光節能燈的輻射值在1500∼1600 v/m的範圍內跳動,是規定值的40倍。環保部和中科院的專家都認為,熒光節能燈泡不宜用在檯燈、床頭燈上,不要長期在離節能燈很近的地方學習。根據加拿大和其他地方研究的建議,應該避免在不到12英吋(約3.6厘米)的距離下近距離接受節能燈照射。床頭燈、檯燈等靠近人體的光源,最好還是使用傳統的白熾燈。

就在白熾燈即將退出照明舞臺的時候,熒光節能燈也被列入有礙環保名單:2014年12月31日全面淘汰液汞生產工藝。而LED燈憑藉它節能環保的優質特性,或將掀起2015年新一輪的「換燈潮」。50年前人們瞭解半導體材料可產生光線的基本知識,隨後就有了應用用的開發。第一個商用二極體產生於1960年。LED是英文lightemittingdiode(發光二極體)的縮寫,它的基本結構是一塊電致發光的半導體材料,置於一個有引線的架子上,然後四周用環氧樹脂密封,起到保護內部芯線的作用,所以LED的抗震性能好。發光二極體的核心部分是由p型半導體和n型半導體組成的晶片,在p型半導體和n型半導體之間有一個過渡層,稱為p-n結。在某些半導體材料的PN結中,注入的少數載流子與多數載流子複合時會把多餘的能量以光的形式釋放出來,從而把電能直接轉換為光能。PN結加反向電壓,少數載流子難以注入,故不發光。這種利用注入式電致發光原理製作的二極體叫發光二極體,通稱LED。當它處於正向工作狀態時(即兩端加上正向電壓),電流從LED陽極流向陰極時,半導體晶體就發出從紫外到紅外不同顏色的光線,光的強弱與電流有關。目前發光半導體材料主要由III-V族元素組成,例如磷化鎵(GaP)、砷化鎵(GaAs),氮化鎵等等。就整個全球產業界而言,基於MOCVD外延生長的技術路線是發展GaN基光電子材料與器件的主要技術潮流。GaN基材料的外延生長是發展GaN基高亮度LED和全固態半導體白光照明光源的核心技術,是所有關鍵難題中的重中之重。

LED節能燈具有多種優點:高節能:節能能源無污染即為環保。直流驅動,超低功耗(單管0.03∼0.06瓦)電光功率轉換接近100%,相同照明效果比傳統光源節能80%以上。壽命長:LED光源有人稱它為長壽燈,意為永不熄滅的燈。固體冷光源,環氧樹脂封裝,燈體內也沒有鬆動的部分,不存在燈絲髮光易燒、熱沉積、光衰等缺點,使用壽命可達6萬到10萬小時,比傳統光源壽命長10倍以上。多變幻:LED光源可利用紅、綠、籃三基色原理,在計算機技術控制下使三種顏色具有256級灰度並任意混合,即可產生256×256×256=16777216種顏色,形成不同光色的組合變化多端,實現豐富多彩的動態變化效果及各種圖像。利環保:環保效益更佳,光譜中沒有紫外線和紅外線,既沒有熱量,也沒有輻射,眩光小,而且廢棄物可回收,沒有污染不含汞元素,冷光源,可以安全觸摸,屬於典型的綠色照明光源。高新尖:與傳統光源單調的發光效果相比,LED光源是低壓微電子產品,成功融合了計算機技術、網路通信技術、圖像處理技術、嵌入式控制技術等所以亦是數字信息化產品是半導體光電器件「高新尖」技術具有在線編程、無限升級、靈活多變的特點。LED節能燈正日新月異的在進步,發光效率取得驚人的突破,價格也在不斷的降低。

但是,近來關於LED「藍光溢出傷眼」的說法多次出現。藍光並非LED燈所獨有,手機和電腦屏幕中都富含藍光。藍光危害是指光源的400∼500納米藍光波段如果亮度過高,眼睛長時間直視光源後可能引起視網膜的光化學損傷。藍光對於視網膜的傷害主要是由波長為400∼500納米的過量輻射造成的。藍光危害程度取決於人眼在燈光下所累積接收的藍光劑量。可見光是由紅、橙、黃、綠、青、藍、紫七種顏色的光組成,其中,波長在435∼500納米的光對應藍色和青色,科學界通常將400∼500納米的波長範圍稱為「藍光區」。白光LED的原理是藍光LED晶元激發黃色熒光粉轉化後形成白光。LED要發出白光,需要先發藍光,然後激發熒光粉,發出黃光,交叉而成白光。色溫是由這兩個波的高低不同而形成的,如果是冷色的,很白的光,藍光成分就多一點,黃光少一點,這就是高色溫,否則就是低色溫。當人們發現,高色溫的LED光在藍光這裡有一個很高的峰,剛好吻合到了藍光危害的這個峰的位置,所以就認為高色溫的LED在藍光危害方面是有風險的。這個說法是正確的。

中山大學中山眼科中心高級視光師、視光學專家盧金華說,不同波長的光,穿透力不一樣。對眼睛有傷害的光以高能量短波光為主,比如紫外線、藍光和紫光,人眼感覺最舒適的是中波的綠光。藍紫光穿透力較短波紫外線強,在可見光譜中能量相對高,能夠穿透角膜、晶狀體,到達視網膜,視網膜一旦受損,將造成不可逆的傷害。所以自然界中對人眼損傷最大的就是中短波的、能量相對高的紫外線和藍紫光。一般LED燈的發光,光色單一,亮度高,色溫偏高,可能含有較多藍光成分。盧金華認為,LED燈光,在兩個方面可能存在危害,第一是藍光含量比較多,傷害視網膜;第二個是部分產品亮度太大,會刺激人眼不斷調節,造成眼疲勞。另外,LED還有可能形成眩光。眩光是指局部亮度過高,與周圍環境不成比例,使視網膜產生亮區和暗區,從而造成瞳孔的劇烈變化。眩光會造成眼酸眼脹等問題。如果眩光現象和調節刺激都比較大,對人眼視力是會有負面影響的。如果長時期處於藍光危害、眩光現象中,將加重視疲勞,損傷視神經,特別是對視力暫時還沒穩定下來的青少年視力造成負面影響。

據英國《每日郵報》報導,西班牙馬德里康普頓斯大學(Complutense University in Madrid)的西利亞·卡桑斯·雷蒙斯博士(Celia Sánchez-Ramos)的研究表明,由於LED燈所發出的光為短波高能量光源,在可見光光譜上為藍、紫光,長時間暴露在這種光線之中有可能對人們的視網膜造成損害。卡桑斯·雷蒙斯博士還指出,節能燈發出的光輻射會對人類視網膜色素上皮細胞造成嚴重的損傷。為此他建議,檯燈等近距離使用的燈盡量不要使用LED燈泡。盡量不要用眼睛直視光源,並且要注意使用時間,每隔20∼30分鐘閉目休息一會兒。英國倫敦大學眼科教授馬歇爾稱,人眼若長期暴露在LED節能燈這種強光下,有如長期暴露在太陽下,會增加視網膜受損風險,引致老年黃斑病變、白內障等眼疾。北京阜外心血管病醫院醫師黃岩指出,LED節能燈節能燈對眼睛有害。他們都認為,以鎢絲為燈膽的白熾燈不存在這樣的問題,呼籲用回傳統的白熾燈。白熾燈和節能燈各有利弊。傳統白熾燈是熱輻射發光,產熱多,能耗大,壽命在1000小時左右,光線柔和,光譜連續,主色帶黃紅色,更接近日光,對視覺有益,打開即時發亮;LED節能燈產熱少,能耗小,相同能耗下亮度是白熾燈的4∼5倍,壽命為3000∼8000小時,但光線刺眼,色調偏藍,與自然光稍有差異,打開後需延遲數分鐘方能達到設計亮度。人類視細胞最敏感的顏色是黃色,相比於LED節能燈節能燈的藍白色光譜,白熾燈柔和的黃色光線,對視覺更有益。其實,最合理的用燈選擇,是選擇淡黃色的LED節能燈,就能既節能又護眼。對用光安全有特殊要求的群體,如剛出生的嬰兒、10年以上糖尿病史的病人、高血壓患者以及正在服用光敏藥物的人群等,最好只選用白熾燈。

来源:看中國

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