李存东

中国科学院大学物理学院

(资料图片)

培养单位：中国科学院物理研究所

2023 年 8 月 24 日下午一点（日本当地时间中午 12 点），日本政府罔顾国际社会的强烈反对，将福岛核电站产生的核污水排入大海，此举公然将一己私利凌驾于世界人民的长远福祉之上，给全世界人民带来了巨大的潜在健康风险。

今天，日本核污水排放已经一周了，我们就起底日本排放核污水给全世界人民带来的健康风险。

放射性从何而来

日本排放的核污水中的放射性来源于其中的放射性同位素。这里先复习一个知识 —— 同位素：我们将质子数相同而中子数不同的不同核素称为同位素。这个名字的来源是这些核素应该排在元素周期表同一位置上，因为元素周期表是按照质子数分类的。

放射性就来源于不稳定的同位素的自发衰变。

原子核由质子和中子组成。中子在其中重要的作用就是平衡其中的电磁相互作用。实际上，中子并不是原子核必备的强子，氢原子核就只有一个质子而没有中子。但质子带正电，质子之间会有库仑斥力，无法形成稳定的束缚态，注意，库伦相互作用的强度与距离呈平方反比，距离越近，作用越强，因此，仅靠质子之间的强相互作用无法克服库伦相互作用。因此，仅参与强相互作用力而不参与库伦相互作用的中子就成为了平衡原子核内相互作用的关键。

在原子核的尺度上，强相互作用表现为吸引作用，可以平衡质子之间的库伦斥力。随着原子核内质子的增多，所需要的中子也要增多，元素周期表后部分的稳定核素中子数明显会多于质子数。当原子核增加到一定程度后，原子核将无法保持稳定，会自发衰变成为更轻但更稳定的原子核。而随着原子核体积的增加，强子之间终究会超过强相互作用的力程，因此原子核内质子数是有限的。

对于确定的质子数，中子数过多或过少都会影响原子核的稳定，因此即便是较轻的原子核，也会存在可以自发衰变的同位素。大家或许都听说过，氢原子的同位素：氘和氚，就对应原子核中有一个和两个中子。

氢原子示意图，只有一个质子 | 图源自网络

原子核的自发衰变有三种，分别是 α 衰变、β 衰变和 γ 衰变，这个知识点想必大家在前几日的科普中已经学习到了。但需要注意，无论是哪种衰变，衰变后产生的原子核往往处于激发态，会自发退激发到能量更低的稳定态，这一过程伴随能量的放出，能量以光子的形式释放。

同位素衰变产生的辐射能量较高，为电离辐射。电离辐射可能会对人体等生物组织造成伤害。

核污水中有放射性多强

福岛核事故产生的核污水中的放射性就来自于其中的放射性同位素，最初的核污水中有六十多种同位素：

而日本方面也采取了相应措施去除其中的放射性同位素。

他们利用多核素去除装置（Advanced Liquid Processing System，ALPS）去除其中除了氚之外的所有放射性同位素。

多核素去除装置的主要原理是吸附。经过处理了 Cs-137 和盐的废水，先加入铁盐和碳酸盐进行共沉淀预处理，以除去废水中可能引起吸附效果的组分，这一步主要除去 α 核素、Co-60、Mn-54 等，碳酸盐除去 Ca、Mg 等核素。然后废水依次通过活性炭、钛酸盐、亚铁氰化物、浸渍活性炭、氧化钛、螯合树脂和树脂等 7 种吸附剂。该装置的预期效果为其中的 Cs-134、Cs-137 浓度由原来的 10Bq / mL 降低至检测限 0.27Bq / mL、0.32Bq / mL 以下，β 放射性水平由 10^5Bq / mL 降低至检测限以下（除氚外）。

图片源自网络

这里的 Bq 是放射性活度的单位，定义是一个放射源单位时间内发生衰变的原子核数，1 Bq 即 1 次核衰变 / 秒。Bq / mL 即放射性浓度。

实际上，多核素去除装置无法清除核污水中的氚，因此，即便是经过处理后的核污水实际上仍无法达到排放标准，而最开始的热试之后的初步结果表明核污水中仍有多种放射性同位素未达到检测限。

排放前，东京电力株式会社公布了核污水中的放射性核素浓度，但目前仅有其对核污水进行了检测，东电拒绝了韩国等其他国家对核污水检测的要求。日前，更有新闻爆出，东电员工自爆，核污水仍有七成不合格。可以说，日本公布的核污水中放射性同位素的浓度可信度值得商榷。

目前核污水中除了氚以外，还可能还有 C-14、Sr-90、I-129、铯等放射性同位素。下图是它们的半衰期。

放射性一定有危害吗

现在，我们不得不了解一下核辐射对人体的影响。

首先明确，抛开剂量谈危害是不科学的，安全剂量以内的核辐射是无害的，就像大家做 CT 一样，无需过多担心。根据相关的国家标准：电离辐射防护与辐射源安全基本标准（GB 18871-2002）。

辐射的安全剂量值如下，这个标准针对的是在医疗、工业、教学等环境中受到的电离辐射防护和辐射源的安全。

对于公众，所受到的年有效剂量不应超过 1mSv，特殊情况下，连续 5 年受到的年平均剂量不超过 1mSv，则某有单一年份受到的有效剂量可以提高到 5mSv。眼晶体年当量剂量为 15mSv，皮肤的年当量剂量为 50mSv。

对于职业暴露者，连续 5 年的年平均剂量不应超过 20mSv，任何一年中的有效剂量不应超过 50mSv，眼晶体的年当量剂量为 150mSv，四肢或皮肤的年当量剂量为 500mSv。

以上数值大家可以参考。目前国家已经启动对周边海域的辐射监测，请大家以监测结果为准，不要杞人忧天，也不能事不关己。

解释一下上面的单位。Sv 是辐射剂量单位。

常见的辐射剂量单位有吸收剂量，指的是单位质量的受照物质吸收的能量，单位是 Gy，1Gy=1J / Kg，这是个很大的单位。

而考虑到不同类型的能量会产生不同的生物效应，相同的吸收剂量不能反应产生的生物效应，因此为不同类型的辐射赋了一个不同的权重因子，这就是当量剂量，当量剂量的单位也是 J / kg，但我们这里使用另一个单位 Sievert：Sv。常用的单位是 mSv。

不同类型的辐射对应的权重因子 | 图源自参考资料

由于不同组织对辐射的敏感性不同，因放射性照射引起的随机效应概率也不同，因此我们通常还会为不同的组织赋一个权重因子，考虑这个因素之后，我们就有了有效剂量的概念，有效剂量单位也是 Sv。

不同生物组织对应的权重因子 | 图源自参考资料

接下来的问题就是，辐射有什么危害。

上面提到了，低水平的辐射对人体可以说是无害的。实际上，我们无时无刻不受来自宇宙空间的本底辐射照射，不过这个辐射水平相也相当低，对人造成的平均有效剂量仅有约为 3 mSv / a 左右。而在现代医学中，我们甚至还利用放射性做一些检测，比如 CT。正因为如此，辐射对人体的影响在放射生物学中也是重点研究课题。

我们这里也简单介绍一下。

1986 年联合国原子辐射效应科学委员会规定，剂量在 0.2 Gy 以内的低 LET（传能线密度）辐射或 0.05 Gy 以内的高 LET 辐射，同时剂量率在 0.05 mGy / min 以内的辐射称为低水平辐射。而目前将照射剂量符合上述条件而剂量率高于 0.05 mGy / min 者称为低剂量辐射。目前学界对于低剂量辐射是否对人体有害尚有争议。传统理论认为辐射对人体的影响是线性无阈的，也就是说，辐射对人体的影响随辐射剂量线性增加，且没有阈值，零照射就是零风险。不过近些年的研究也对这一理论提出疑问，有研究认为，低剂量辐射对人体可能是有益的，可以诱导免疫功能增强，促进正常细胞增殖等。

但毫无疑问的是，中高水平（0.5Gy 以上）的电离辐射照射可对人体造成危害。因此还是要关注我们对周边海域的辐射监测结果。

辐射超标了会怎样

然后我们再简单了解一下，核污水中的放射性同位素如果真的带来高水平的辐射可能带来的影响了。希望不要超标。

首先是氚。

氚在元素周期表中的位置

氚是核污水中的主要放射性同位素。半衰期约为 12 年，其性质和氢原子一样，可以参与各种化学反应，可以经由食物、饮用水、或皮肤摄入。其实氚在水中挺常见的，极低浓度的氚并没有什么影响。但如果摄入大量氚，氚进入生物组织后，可以释放低能量的 β 粒子，能够干扰胚胎或胎儿的发育，引起 DNA 损伤、染色体突变、细胞死亡、癌症、遗传和生殖效应等。

C-14

碳在元素周期表中的位置

C-14 能以固体、液体或气体的形式参与碳循环，极易通过各种途径进入人体。由于碳元素是构成人体的必需元素，因此 C-14 能整合进人体的蛋白质、核酸等生物分子和细胞组成成分中。C-14 同样可以释放 β 射线，可以引起 DNA 损伤，进而引起细胞损伤或突变。

I-129

碘在元素周期表中的位置

I-129 进入体内后主要聚集在甲状腺，对甲状腺功能造成影响。其半衰期长，能对环境及生物体造成持续影响。在酸性介质中，I-129 容易挥发到空气中，主要通过饮食和吸入进入到体内。I-131 也具有放射性，但它的半衰期只有约 8 天，现在我们也用它进行治疗等用途。在涉及放射性碘释放的事故时，人们往往会在专业人士的指导下服用稳定性碘，长期低剂量碘暴露可能引起的甲状腺癌风险。

Sr-90

锶在元素周期表中的位置

Sr-90 具有 β 放射性，但它的迁移会受到土壤中 pH、有机碳的含量、Ca 和 Mg 的总量等因素影响，可能会在某处沉降形成较高浓度。锶与钙同属第二主族，化学性质相似，被人体吸收后容易沉降在骨骼、牙齿等处。其放射性可能会影响骨代谢。

铯

铯在元素周期表中的位置

主要的放射性同位素有 Cs-134 和 Cs-137，这两种放射性同位素容易被土壤吸收，在土壤中不容易发生迁移，土壤的 pH 值是影响其吸收的重要因素，pH 为 8 时具有最大吸附量，因此，放射性铯浓度最高的地区可能就在排放周边海域。铯更容易被胎儿吸收，高剂量的放射性铯可引起染色体断裂，突变率增加，并且可遗传给下一代。

核辐射的水准还是要以国家监测为准，我国政府绝不会放任不管。

对于每个人来说，多吃蔬菜和水果，保证维生素的摄入，维生素对辐射引起的细胞损伤有修复效果，多运动，保持积极的心态。国家不会同某些政府一样视人民健康为儿戏的。

愿这个世界更加美好！

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