核污染

污染來(lái)源及危害原因

核污染對(duì)自然界的破壞主要來(lái)自環(huán)境中存在的過(guò)量放射性核素衰變產(chǎn)生的電離輻射。電離輻射是指能夠通過(guò)初級(jí)或次級(jí)過(guò)程引起電離事件的帶電粒子或（和）不帶電粒子。在電離輻射防護(hù)領(lǐng)域，電離輻射也簡(jiǎn)稱為輻射。在不引起混淆的情況下，本詞條會(huì)使用輻射一詞指代電離輻射。

當(dāng)輻射作用于生物體時(shí)，由于能量沉積，可能會(huì)使受到照射（暴露于輻射下）的器官產(chǎn)生損傷。損傷的強(qiáng)度取決于多種因素，包括輻射的種類及器官和組織對(duì)輻射照射的敏感性等。對(duì)于放射性核素而言，單位時(shí)間衰變掉的放射性原子核的數(shù)目稱為放射性活度，SI（國(guó)際單位制）單位為貝克勒爾（Bq），1 Bq等于每秒衰變一次。放射性核素衰變的快慢也可以用半衰期來(lái)表示，它意味著放射性原子核數(shù)目衰減一半所需要的時(shí)間，因此放射性核素的對(duì)環(huán)境的潛在危害程度與其半衰期有關(guān)。

事實(shí)上，在自然界中存在許多天然的輻射源，如宇宙射線以及巖石中含有的放射性核素。根據(jù)聯(lián)合國(guó)關(guān)于原子輻射的報(bào)告，世界人均天然本底輻射劑量通常為每年2.4毫西弗（mSv）。隨著人工輻射源的應(yīng)用，可能發(fā)生的放射性物質(zhì)泄漏會(huì)導(dǎo)致環(huán)境中出現(xiàn)遠(yuǎn)高于天然本底的輻射劑量?？赡艿膩?lái)源包括核武器測(cè)試時(shí)產(chǎn)生的放射性沉降物、核電站事故引發(fā)的放射性物質(zhì)泄露、不恰當(dāng)?shù)暮藦U物存儲(chǔ)與處理、放射性材料丟失等。在國(guó)家標(biāo)準(zhǔn)GB18871-2002《電離輻射防護(hù)與輻射源安全基本標(biāo)準(zhǔn)》中，主要根據(jù)放射性核素進(jìn)入人體后可能引起的損傷效應(yīng)嚴(yán)重程度，將放射性核素分為極毒組、高毒組和低毒組等類別。極毒組中包含148Gd、239Pu等，高毒組則包括10Be、32Si以及氣態(tài)或蒸汽態(tài)放射性核素126I、194Hg等。

核污染可能導(dǎo)致多種危害，包括急性死亡、急性重度放射病、局部器官殘疾、水環(huán)境污染及土壤污染等。這些危害顯示了核污染對(duì)人類和環(huán)境的嚴(yán)重威脅。因此，預(yù)防和減輕核污染是極其重要的，需要綜合的安全措施和國(guó)際協(xié)作來(lái)保護(hù)人類和地球的生態(tài)系統(tǒng)。

預(yù)防與處理

核電廠運(yùn)行過(guò)程中會(huì)產(chǎn)生氣態(tài)、液態(tài)及固態(tài)放射性廢物，在造成核污染方面具有極大的風(fēng)險(xiǎn)，因此為避免放射性產(chǎn)物擴(kuò)散到環(huán)境中，必須在核燃料和環(huán)境間設(shè)置多道屏障。在設(shè)計(jì)上壓水堆堆型普遍具有氫復(fù)合裝置，可將氫氣復(fù)合成水，防止發(fā)生類似福島核電站事故中的氫氣爆炸，抗災(zāi)能力優(yōu)于沸水堆。又如AP1000采用非能動(dòng)設(shè)計(jì)，在事故發(fā)生并失去電源72小時(shí)內(nèi)，無(wú)需操縱員動(dòng)作即可保持堆芯的冷卻和安全殼的完整性，減少核泄漏的發(fā)生。總的來(lái)說(shuō)，反應(yīng)堆安全屏障主要包括反應(yīng)堆緊急停堆系統(tǒng)、穩(wěn)壓器安全閥、安全殼自動(dòng)隔離、用于降低安全殼內(nèi)壓和減少放射性碘的安全殼噴淋系統(tǒng)、防止可能出現(xiàn)的氫爆的氫氣復(fù)合裝置、以及防止安全殼超壓的砂堆過(guò)濾器等。這些安全措施有助于降低核事故風(fēng)險(xiǎn)。

在發(fā)生核污染后，需要對(duì)土壤和水體進(jìn)行修復(fù)。對(duì)于表層受污染的土壤，可以采用物理方法，如集中挖掘后進(jìn)行掩埋，或者進(jìn)行土壤清洗等。在大面積低劑量放射性污染情況下，可以采用植物修復(fù)方法，利用對(duì)某種放射性核素具有超量積累能力和忍耐的專性植物對(duì)放射性核素進(jìn)行積累，再通過(guò)割取地上部分方法來(lái)進(jìn)一步收集處理；或使用植物根際將放射性核素固定在某確定區(qū)域，防止放射性核素的擴(kuò)散3。此外還可以利用化學(xué)反應(yīng)將放射性物質(zhì)進(jìn)行處理與轉(zhuǎn)化，以對(duì)已發(fā)生的核污染進(jìn)行處理。

為對(duì)放射性廢物進(jìn)行安全經(jīng)濟(jì)地處理，在《放射性廢物分類》中按照放射性元素半衰期將放射性廢物分為低水平、中水平、高水平放射性廢物，其中低水平放射性廢物包含極短壽命放射性廢物和極低水平放射性廢物。這種分類有助于選擇適當(dāng)?shù)奶幚砗吞幹梅椒?，以確保這些廢物的長(zhǎng)期安全管理。

核泄露帶來(lái)的大氣污染具有無(wú)國(guó)界的特點(diǎn)。例如，2011年福島核泄漏發(fā)生后，其產(chǎn)生的核污染在幾乎繞地球一周后，歷時(shí)兩周侵入貴陽(yáng)市5。因此核污染需要多部門(mén)和多國(guó)家的協(xié)同處理，是一個(gè)國(guó)際性的問(wèn)題。特別是在涉及放射性廢物的海洋處置問(wèn)題上，在20世紀(jì)70年代前，很多人將海洋視作處置工業(yè)廢物的垃圾場(chǎng)，導(dǎo)致嚴(yán)重的環(huán)境問(wèn)題。1972年聯(lián)合國(guó)人類環(huán)境大會(huì)后制定了《防止傾倒廢物及其他物質(zhì)污染海洋的公約》（即《1972年倫敦公約》），高放射性廢物（HLW）被列入“黑色”名單，列入該名單的物質(zhì)除數(shù)量極少者均被禁止傾倒。在1993年11月舉辦的締約方協(xié)商會(huì)議則進(jìn)一步?jīng)Q定禁止傾倒所有類型的放射性廢物，這是國(guó)際社會(huì)為保護(hù)海洋環(huán)境采取的重要措施，減輕核污染對(duì)環(huán)境的潛在危害。

健康損傷

電離輻射具有較高的能量，當(dāng)能量沉淀于細(xì)胞中會(huì)引起電離，對(duì)于細(xì)胞的主要組成部分水，電離會(huì)導(dǎo)致7：

在物理化學(xué)層面，電離產(chǎn)生的離子會(huì)與水分子相互作用，產(chǎn)生等產(chǎn)物，后兩種很活潑的產(chǎn)物稱為自由基，它們具有未配對(duì)的電子和很高的化學(xué)活性，如兩個(gè)反應(yīng)可以產(chǎn)生具有強(qiáng)氧化性的過(guò)氧化氫。這些化學(xué)產(chǎn)物與細(xì)胞內(nèi)的分子結(jié)構(gòu)相互作用，可能會(huì)導(dǎo)致細(xì)胞的早期死亡以及以DSBs（雙鏈斷裂）等方式產(chǎn)生的DNA直接損傷，如果DSBs無(wú)法正確修復(fù)，會(huì)導(dǎo)致細(xì)胞死亡、細(xì)胞突變及遺傳疾病等問(wèn)題。

核輻射可以通過(guò)外照射或內(nèi)照射對(duì)人體產(chǎn)生影響，無(wú)論是來(lái)自外部還是內(nèi)部的輻射都可能導(dǎo)致輻射生物效應(yīng)。高劑量粒子輻射通常引發(fā)急性輻射效應(yīng)，包括放射性肺炎和放射性灼燒等。除急性輻射效應(yīng)，還存在長(zhǎng)期的慢性輻射效應(yīng)，包括遺傳風(fēng)險(xiǎn)、慢性炎癥等等。這些癥狀的嚴(yán)重程度通常取決于多個(gè)因素，包括輻射量等。土壤是連接有機(jī)界和無(wú)機(jī)界的重要樞紐，長(zhǎng)壽命放射性核素對(duì)土壤的污染具有長(zhǎng)期性和積累性，土壤一旦受到污染就難以清除，這些放射性核素往往通過(guò)作物吸收，逐步流入食物鏈頂端，引發(fā)人類中毒和健康危害。比如碘-131可以從受污染的飼料迅速轉(zhuǎn)移至牛奶中，并在人體甲狀腺積聚，增加患甲狀腺癌的風(fēng)險(xiǎn)。

核泄露事故

核電站事故是造成核污染的主要來(lái)源之一。1990年國(guó)際原子能機(jī)構(gòu)（IAEA）制定的國(guó)際核事故分級(jí)表將核事故分為若干等級(jí)，其中7級(jí)是最高級(jí)，代表重大事故，1986年前蘇聯(lián)切爾諾貝利核電廠事故和2011年日本福島核電站事故為7級(jí)。還有6級(jí)（嚴(yán)重事故）如前蘇聯(lián)克什特姆后處理廠事故、5級(jí)（具有廠外風(fēng)險(xiǎn)的事故）如美國(guó)三里島核電站事故、4級(jí)（沒(méi)有明顯廠外風(fēng)險(xiǎn)的事故）如1973年英國(guó)Windscale后處理廠事故、3級(jí)（嚴(yán)重事件）如西班牙Vandellòs核電廠事件、2級(jí)（事件）以及1級(jí)（異常）。

三里島核泄漏

1979年3月28日,在美國(guó)賓夕法尼亞州薩斯奎哈納河三里島核電站發(fā)生嚴(yán)重放射性物質(zhì)泄漏事故。三里島核電站有兩個(gè)壓水反應(yīng)堆，其中二號(hào)機(jī)組（TMI-2）是電功率為959 MW的壓水反應(yīng)堆。該機(jī)組在事故發(fā)生時(shí)幾乎全新，本次事故是由于冷卻故障導(dǎo)致堆芯熔化，TMI-2反應(yīng)堆損毀。

在這次事故中，由于反應(yīng)堆安全殼的包容作用，對(duì)環(huán)境影響相對(duì)較小。運(yùn)行人員受到略高的輻射，其中應(yīng)急工作人員受到最大為40 mSv的輻照，距離核電站80 km半徑內(nèi)的200萬(wàn)人群平均個(gè)體劑量為0.015 mSv18，最大可能的廠外劑量為0.83 mSv。 根據(jù)1981年一項(xiàng)研究，研究者認(rèn)為9本次事故不會(huì)對(duì)周圍居民后代遺傳病發(fā)病率有太大影響。另外也有研究人員就三里島核泄漏事件發(fā)生后進(jìn)行幾十年的追蹤，結(jié)果表明對(duì)于人體患病幾率并沒(méi)有特別大的增強(qiáng)。雖然事故對(duì)人體患病幾率的增加似乎有限，但是核泄漏事件引發(fā)了擔(dān)憂和不信任感，這些心理和社會(huì)影響也需要得到認(rèn)真對(duì)待。

切爾諾貝利事故

1986年，前蘇聯(lián)普里皮亞特附近的切爾諾貝利核電站發(fā)生嚴(yán)重核事故。該核電站由六臺(tái)1000 MW的RBMK機(jī)型機(jī)組組成，該機(jī)組采用的是大型石墨沸水反應(yīng)堆。事故的發(fā)生主要是由于反應(yīng)堆與停堆系統(tǒng)設(shè)計(jì)同時(shí)存在嚴(yán)重缺陷（無(wú)安全殼、落棒慢等），并且操作人員為了測(cè)試渦輪是否能在電力減少階段仍充足地供應(yīng)能量給水泵，測(cè)試前違反操作規(guī)程閉鎖了許多反應(yīng)堆的安全保護(hù)系統(tǒng)。

事故釋放的源項(xiàng)超過(guò)100 MCi（ Bq），向環(huán)境釋放了幾乎100%的惰性氣體，約50%的碘-131，約30%的Cs-137。事故發(fā)生后三小時(shí)內(nèi)，從普里皮亞特鎮(zhèn)和切爾諾貝利撤離了45000人21，從4月27日至8月中旬，約有116000人從切爾諾貝利核電廠附近撤離，其中不到10%的人受到50 mSv以上輻照劑量，不到5%的人受到超過(guò)100 mSv的輻照劑量。事故發(fā)生后一年內(nèi)（1986-1987），核電廠參與清理工作的200000名工人接受的平均劑量約為100 mSv，最初有134人被診斷為急性輻射綜合癥（ARS），其中28人由于輻射損傷在三個(gè)月內(nèi)死亡。事故周圍對(duì)放射性敏感的當(dāng)?shù)厣鷳B(tài)系統(tǒng)受到致死輻射劑量，當(dāng)?shù)厣a(chǎn)的食品也受到污染，人們因攝入受污染食品受到內(nèi)照射。短期內(nèi)，主要受到放射性碘的影響，1987年之后主要來(lái)自于長(zhǎng)壽命的鍶-134和鍶-137的影響。潛在的長(zhǎng)期輻射引發(fā)惡性腫瘤，在切爾諾貝利事故，兒童甲狀腺惡性腫瘤發(fā)病率增加。受到切爾諾貝利事故影響的人群，存在明顯的心理健康失調(diào)和心理癥狀，影響因素包括由于疏散以及和社會(huì)聯(lián)系中斷等因素引起的壓力。事故發(fā)生后，針對(duì)損毀的反應(yīng)堆，在其四周建造了石棺以包容以衰變和未衰變的核燃料。2016年，烏克蘭開(kāi)始建造新安全包容體以覆蓋切爾諾貝利核電廠4號(hào)機(jī)組及應(yīng)急建造的反應(yīng)堆石棺。

戈亞尼亞事故

1987年9月13日，巴西戈亞斯州戈亞尼亞市的戈亞諾放射治療研究所（IGR）在搬離舊址時(shí)遺棄了一臺(tái)廢棄機(jī)器的放射性源。該放射性源含有93克高放射性氯化銫。由于IGR沒(méi)有對(duì)其進(jìn)行妥善處置導(dǎo)致該源被盜竊。該事件被國(guó)際核事件分級(jí)表列為5級(jí)。在該事件中，放射源盒被打破，源的組合件被當(dāng)作廢金屬被出售至廢金屬收購(gòu)商，這些源碎片隨后在城市各地傳播，導(dǎo)致4人死亡，28人輻射燒傷，共產(chǎn)生了約3500立方米放射性廢物。最終該事故涉及的強(qiáng)放射性源的殘留部分與防止源的椅子一同被使用混凝土封存，該事件表明放射性源妥善管理和處置的重要性。

日本福島核電站事故

2011年3月11日，在日本福島縣由于9級(jí)地震和海嘯影響，福島第一核電站發(fā)生重大核事故。福島核電廠共有兩個(gè)核電站，總共10臺(tái)機(jī)組，均為沸水堆。地震破壞了福島第一核電站廠內(nèi)供電，同時(shí)地震引發(fā)的海嘯也摧毀了備用柴油發(fā)電機(jī)，導(dǎo)致核電廠全廠停電（Station Blackout）。這使得反應(yīng)堆冷卻系統(tǒng)失效，堆芯逐步開(kāi)始裸漏和融化，鋯合金包殼與蒸汽反應(yīng)產(chǎn)生大量氫氣，氫氣聚集在廠房頂部引起爆炸。第二核電站雖也受到地震及海嘯影響但沒(méi)有發(fā)生堆芯熔毀與輻射外泄的重大事故，被定性為第3級(jí)嚴(yán)重事件。對(duì)于第一核電站，日本原子能安保院3月13日定為4級(jí)，3月18日調(diào)為5級(jí)，一系列爆炸發(fā)生后，法國(guó)核安全主席將此事故級(jí)別認(rèn)定為6級(jí)，4月12日，日本原子能安全保安院以總外釋輻射量作為主要參數(shù)，將事故進(jìn)一步升級(jí)為最高級(jí)7級(jí)核事故。4月19日，東京電力公司將2號(hào)機(jī)地下室與隧道內(nèi)高輻射污水，轉(zhuǎn)移至放射性廢料處理廠房。

12日在距離現(xiàn)場(chǎng)西北5.6公里的雙葉町上羽鳥(niǎo)（Kamihatori），觀察到周圍劑量當(dāng)量率增至1590，隨后放射性核素沉降在地面下降至37；15:36分1號(hào)機(jī)組氫氣爆炸后雙葉町新山（Shinzan）周圍劑量當(dāng)量率于17:00上升到904，放射性核素沉降于地面后為200。由于事態(tài)不斷升級(jí)以及部門(mén)間存在的溝通問(wèn)題，疏散以及隱蔽的命令在24小時(shí)內(nèi)多次修改，最終形成了半徑20 km的疏散區(qū)域，涉及到78000名人員。第一核電廠半徑3 km內(nèi)的居民也被疏散。事故發(fā)生后，為了對(duì)泄露廢物及損毀反應(yīng)堆進(jìn)行處理，東京電力公司和其他組織雇傭了大量工人。在此期間，大約有17500片藥片被開(kāi)具給2000名工人用于減少輻射暴露。日本政府對(duì)食品中所含放射性物質(zhì)制定了“臨時(shí)監(jiān)管值”，禁止超過(guò)標(biāo)準(zhǔn)值的食品銷售與消費(fèi)，對(duì)魚(yú)類產(chǎn)品，放射性碘的臨時(shí)監(jiān)管值為200 Bq/kg，放射性銫的臨時(shí)監(jiān)管值為500 Bq/KG, 之后將標(biāo)準(zhǔn)更改為100 Bq/kg, 在事故發(fā)生當(dāng)年的樣本超過(guò)了100 Bq/kg，2015年為0.05%。

福島事故的重要后果是產(chǎn)生了大量（截至2020年5月底大約2.68億噸）放射性廢物。2016年6月日本核能主管部門(mén)經(jīng)濟(jì)產(chǎn)業(yè)省設(shè)立工作小組，經(jīng)過(guò)對(duì)海洋排放、地下掩埋、地層注入、氫氣釋放等方法評(píng)估后認(rèn)為將經(jīng)過(guò)ALPS處理后的核廢水稀釋排海是成本最低的方法，可以看出排放的核廢水對(duì)于環(huán)境的影響很大程度上取決于ALPS的可靠性。2021年12月，東京電力公司向日本原子能規(guī)制委員會(huì)提出福島第一核電站核污染水排海計(jì)劃申請(qǐng)。2022年5月18日日本原子能規(guī)制委員會(huì)通過(guò)東京電力公司去年底提交的福島第一核電站核污染水排海計(jì)劃草案。2023年8月24日，日本福島第一核電站開(kāi)始將“ALPS處理水”排海，由于核廢水排海對(duì)環(huán)境和人類健康可能的潛在影響，這一行為引發(fā)國(guó)際爭(zhēng)議。