最首假如放射量有多大,哪些放射性物质会漏风

2019-12-19 作者:奥门金沙手机娱乐网址   |   浏览(93)

福岛核危机观察(1)

福岛核危机观察(4)

日本福岛核电站事故是人类核能历史上继1979年美国三哩岛、1986年乌克兰切尔诺贝利之后的第三次核危机。此次危机是全球性的、长期性的,必将对国际政治、经济、能源、环境、社会以及文化等方面产生深远的影响。危机发生之后,随着受损机组情况的反复,公众的焦虑也是有增无减。其中最受到关注的莫过于放射性物质对环境和人类的影响问题。因为这个影响并不局限于一两个个体,而是涉及到了整个社会和公众的健康,我们必须从严谨的科学角度探讨求证,以期得到最准确的判断。

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。

问题1 核污染究竟有多大的量?

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。

若要对此次核危机对环境的影响有一个准确的把握,首先要解决的就是一个量的问题。最近国内的新闻常常出现“爆炸性”的标题比如“黑龙江大气检测出放射性元素”。同样,在美国新闻中也出现了类似的报道,比如“日本核泄漏到达华盛顿州”。在我看来,这些新闻标题多少有些“哗众”的意思。我并不反对新闻运作的基本规则,但对于这一类事件的报道媒体应尽可能地采取理性的科学的角度。

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。

举例来说,3月18日,美国环境保护署和能源部发表声明说在加州Sacramento的监测站发现了氙-133(此同位素自然界中不存在,因此可认为是从日本扩散而来),浓度为0.1Bq每立方米。一个对核物理没有什么了解的普通读者,看到这样一条小心,心里自然会咯噔一下,即便媒体在随后的报道中给出了“专家解读”,声明这种浓度的辐射不会对人体造成影响,由此造成的不安全感恐怕也很难清除。所以,我们有必要弄清楚,这个污染量究竟意味着什么。

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”。

我们知道放射现象无处不在,无论是在空气,水,土壤中都含有放射性元素。地球内部就含有大量的铀,正是这些元素衰变产生的热量让我们生活的地球保持了“热度”。人体内也含有很多放射性元素,有铀,钍,镭,钾-40,碳-13和氚等。其中主要是钾-40,共有17mg左右。换算成放射强度有4.4x10^3贝克(Becquerel或Bq,物理意义为每秒衰变的次数)。

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。

假设人呼吸的速率为每分钟20升(美国核管会设立的中等劳动强度下呼吸的速率标准),通过简单计算可知,一个人需要在前述空气条件中呼吸4.2年才能积累到和人体内钾-40同样的放射强度水平。

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。

实际上计算中并没有考虑到强度的衰减,放射性元素在体内的有效存积,人在不活动时呼吸速率的减缓等因素,因而4.2年的结果是一个非常保守的估计。这也是为什么美国环境保护署和能源部声明的标题是这样说的:“Radiation Monitors Confirm No Radiation Levels of Concern have reached the United States”(辐射监测站确定没有可担心的辐射到达美国,www.epa.gov/radiation)。

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】

有朋友可能会问,钾和氙是两种完全不同的放射性元素,怎么能放在一起比较呢?让我们先看一下它们的衰变。核物理的数据表明它们都是β衰变,每次衰变钾-40放出一个能量为0.585百万电子伏特的β粒子(实际是90%的机会,剩下10%放出1.49百万电子伏特的γ射线)。而氙-133每次放出的β粒子能量仅为0.1百万电子伏特。从能量上看,氙-133对人体的影响就更小了。

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。

其实,这个问题是一个非常好的问题,因为它引入了一个非常重要的概念,也是Health Physics的核心问题——剂量。剂量是人们为解决此类问题建立的一个标准平台,在这个平台内不同的放射性元素可以做相同的比较。另外一个主要的因素,就是大量科学研究显示剂量和生物体受到的影响可以用线性关系描述。

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。

顺便说一句,为什么核安全行业在美国会有Health Physics 这么一个名字呢?这还得从美国二战时发展原子弹的曼哈顿计划说起。当时随着曼哈顿计划的进展,大量的放射性物质被生产出来,随之而来的安全与健康方面的研究也受到高度重视并迅速发展起来。在给这个行业起名的时候,为了战时的保密需要就起了这么一个听起来好像有点沾边,但仔细一琢磨又不知道到底是干什么的名字。战后,这个名字就和其他一些当时的保密代号象什么Y-12、K-2 5(它们都是铀235的分离设施)的一起被沿用下来。

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。

本文作者只介绍了“量”的重要性,接下来作者还将陆续介绍其他的一些与核辐射密切相关的问题。

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。

核辐射会造成多大的健康危害?

【引用1】

科技名博微博

【引用2】

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