怎样放射性物质会漏风出去,福岛核污染如何在

2019-10-29 作者:奥门金沙手机娱乐网址   |   浏览(155)

福岛核危机观察(4)

福岛核危机观察(6)

在上一篇文章当中,我们已经谈到,福岛核电站反应堆中核物质的泄漏是不可避免的。那么,很多人接下来关心的问题就必定是,这些核物质会对我们产生多大的影响。要回答这个问题,先要看一看,哪些核物质会泄漏出来。

日本福岛发生核事故后,各国政府和科学机构都密切监测大气中放射性物质的含量。切尔诺贝利的经验表明,大气传播是放射性物质最快速、最广泛,也是对人类影响最显著的途径。

核电站利用核裂变及裂变产物衰变所产生的热量发电。当原子核大到一定程度之后,结构会变得不稳定,有一定的几率分裂形成两个(很少情况下是三个)较轻的原子核,并伴随有中子和γ射线的产生,这即是核裂变。这个过程释放的热量主要是来源于裂变产物的动能、中子和γ射线的能量,以及裂变产物原子核的衰变。据测算,每次铀裂变可产生200百万电子伏特左右的能量。

美国环保署就在官方网站上发布了大气监测的数据。 【引用1】 法国的核安全与防护研究所(Institut De Radioprotection Et De Surete Nucleaire ,IRSN)也发表了他们对放射性物质在大气中传播计算机模拟的结果,请看下图。 【引用2】

这两个裂变产物的原子核集中分布在以核序 数90以及130为中心的两个区段之中。较轻原子核的代表是锶-90(Sr-90)。重原子核的代表是铯系同位素和碘系同位素,其中含量很高的是铯-137(Cs-137)和碘-131(I-131)。它们都具有放射性。

图片 1

通常情况下,核燃料和裂变产物都被封闭在核燃料棒中,不会泄漏。但像此次日本核事故中,反应堆冷却系统被摧毁,反应堆芯达到了非常高的温度,燃料棒的外壳被烧穿,其中的放射性物质随之散发出来。这也就是常说的“融堆”。

图中显示的是放射性同位素铯-137在太平洋、北美以及西欧的大气浓度分布,单位为 Bq 每立方米。在美国的大部分地区,模拟给出铯-137的浓度在每立方米0.001 Bq左右。这与美国环保署公布的数据吻合。(注意美国环保署用的单位是皮居里每立方米,1皮居里相当于0.037 Bq)这说明IRSN的模拟具有很好的借鉴价值。

碘元素物理性质活泼,极易升华,遇热到处跑,而且在大气中传播很快。记得上学时,有位老师给我们讲他1960年代时在落基山中研究驼鹿甲状腺中碘-131的含量。研究发现每一次碘浓度的高峰都和核武器的实验时间相吻合,其中甚至包括中国进行的首次核武器试验。

中国的黑龙江、吉林两地距离日本福岛最近。从图中可以看出东北三省也受到了影响(在图的最左侧,30’N与60’N之间)。那里铯-137的空气浓度大致与美国的水平相同。那么,大家关心的一个问题就是,这种水平的放射性浓度对人体产生的剂量有多大呢?下面就用美国现有的数据做一组计算。

碘-131在Health Physics中具有重要意义,因为它容易在人体的甲状腺内富集。生物学的研究表明,进入人体的碘会有30%富集在甲状腺。一个成人的甲状腺大约只有30克,前面提到过剂量是跟生物体组织的质量成反比,因而产生的剂量就很大。幼儿的甲状腺更小,更容易受到碘-131的损害。

美国环保署网站给出的铯-137最高浓度为每立方米0.13皮居里。这个数据是在阿拉斯加的Nome测量到的。假设有人以每分钟20升的呼吸速率,在这种空气中生活1年,那么,他吸入的铯-137总量为1400皮居里,所产生的辐射剂量为0.35微西弗。作为比较,人体每年受到的背景辐射为2-3毫西弗,是前者的约10000倍。

碘-131进入人体主要途径为大气沉降→牧草→牛→牛奶→人。这个过程已经为切尔诺贝利事件所证实。当时的苏联政府没有及时地禁止牛奶的流通,造成大量儿童的甲状腺受到辐射。联合国原子放射科学委员会(United Nations Scientific Committee on the Effects of Atomic Radiation, UNSCEAR)的报告证实,从1986年到2005年的20年间,有6000多例儿童甲状腺肿瘤与切尔诺贝利核事故初期受到大剂量的碘-131辐射有关。【引用1】

而美国环保署网站给出的碘-131最高浓度为每立方米2.8皮居里。这个数据测于阿拉斯加的 Dutch Harbor。生活在这种条件下1年,通过呼吸产生的剂量约为0.3毫西弗,约为人体每年所受背景辐射量的1/10。

自然界中的碘只有一种同位素,碘-127。它是没有放射性的。碘片与碘盐中的碘都是碘-127。如果事先服用适量碘-127,甲状腺全被碘-127充满,没有多余的位置留给有放射性的碘-131,使碘-131很快被人体排出,从而避免大剂量辐射。但碘片的服用一定要遵照医嘱进行。

其他同位素如铯-134和碲-132所产生的剂量与铯-137相似,都非常小。

铯放射性同位素(主要是铯-137和铯-134)的流动性也很大。它容易在土壤表面富集,再通过植物,动物进入体内。铯的化学性质和钾相似,会在人体均匀分布。所以有时可服用适量钾盐,就像碘片一样,进行预先占位。

放射性物质在大气中传播所产生的另外一个问题是沉降,即放射性物质通过自然沉积或随雨雪降落于土壤表面,被动植物吸收,再进入人体体内。这种途径最具有代表意义的就是前面 (福岛核危机观察四) 提到过的“牧草 → 牛奶 → 人”过程。

其他的裂变产物或因挥发性不好、可溶性不佳或不被生物体吸收等原因,不起主要作用。比如锶-90,具有放射性但流动性不好。锶化学性质近似钙,可能被骨骼吸收。但是自然界的食物中钙的含量丰富,锶竞争不过大量的钙,很难被人体有效吸收。

美国环保署网站也给出了牛奶中放射性同位素的含量,铯-137、铯-134和碘-131的最大浓度分别为每升牛奶中19、24和18皮居里,于夏威夷测得。假设每天饮用1升这种牛奶,人体每年受到的剂量分别为3.4、6.3和110微西弗。

因此在Health Physics中被关注的主要放射性裂变产物就是碘-131、铯-137、铯-134。其他产物如碲-132,衰变周期很短只有78小时,几种惰性气体同位素在前边也提到了,剂量很小,都不起主要作用。在日本核事件发生后,美国环境保护署在网站上发布了对日本核事故释放的放射性物质进行实时监控的数据。【引用2】这些数据证实了以上几种放射性同位素在扩散的放射性物质中是占主导地位的。

通过以上计算可以看出,放射性物质带来的总剂量水平大约相当于人体受到的背景辐射的十分之一。在核反应堆事故中泄漏的放射性同位素中,碘-131的剂量占绝大部分。实际上,碘-131因为半衰期短,它的放射强度不可能在一年内都维持在较高的水平,因而实际的剂量会更低。如果在事故初期避免大量饮用牛奶,则可以有效减少碘-131的剂量。

【引用1】

另一方面,虽说铯-137的半衰期长很多,影响会长期存在,但通过计算可以看出它的剂量是非常小的。当然,这只是根据现有的数据做出的估算,大家还应关注国家发布的实际测量数据,从而得出准确的结果。

【引用2】

(本文内剂量的计算均通过美国核管会设立的年度放射性物质摄取量标准(Annual Limit of Intake,ALI)进行。所有放射性同位素的ALI都可在10CFR20 Appendix B中查找。网址为

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