放射性污染-科普123

放射性污染

生物科学2023-02-03 08:39:19百科

放射性污染

[拼音]：fangshexing wuran

[外文]：radioactive contamination

人类活动排放出的放射性污染物，使环境的放射性水平高于天然本底或超过国家规定的标准。

概述

放射性污染物是指各种放射性核素，它与一般的化学污染物有显著区别，即放射性污染物的放射性与其化学状态无关。每一种放射性核素都有一定的半衰期，能放射具有一定能量的射线。除了在核反应条件下，任何化学、物理或生化的处理都不能改变放射性核素的这一特性。

放射性核素排入环境中后，可造成对大气、水体和土壤的污染，由于大气扩散和水流输送可在自然界得到稀释和迁移。放射性核素可被生物富集，使某些动物、植物，特别是一些水生生物体内放射性核素的浓度比环境中的增高许多倍。例如牡蛎肉中的锌的同位素⁶⁵Zn的浓度可以达到周围海水中浓度的10万倍。环境中的放射性核素可通过多种途径进入人体，使人受到放射性伤害(见放射性污染对健康的影响)。

对大气的污染

放射性气体释放入环境后，在大气中的输送过程受气象条件、地形和本身性质等多种因素影响。放射性气体排入大气后在平坦地区的扩散，一般采用帕斯奎尔公式来定量描述下风向放射性烟云的平均浓度分布。

放射性气体对人产生辐照伤害通常有三种方式：

（1）浸没照射：人体浸没在放射性污染的空气中，全身和皮肤会受到外照射。

（2）吸入照射：吸入放射性气体，使全身或甲状腺、肺等器官受到内照射。

（3）沉降照射：沉积在地面的放射性物质对人产生的照射，如产生γ外照射或通过食物链而转移到人体内产生内照射。沉降照射的剂量一般较浸没照射和吸入照射的剂量小，但有害作用持续时间长。

对水体的污染

核试验沉降物会造成全球地表水放射性水平增高。核企业排放的放射性废水，以及冲刷放射性污染物的地面径流水，往往会造成附近水域的放射性污染。地下水受到放射性污染的主要途径有：放射性废水直接注入地下含水层，放射性废水排往地面渗透池和放射性废物埋入地下等。地下水中的放射性核素也可能迁移扩散到地表水中，造成地表水污染。放射性核素污染地表水和地下水，影响饮水水质，并且污染水生生物和土壤，通过食物链对人产生内照射。

对土壤的污染

放射性核素可通过多种途径污染土壤。放射性废水排放到地面上，放射性固体废物埋藏处置在地下，核企业发生放射性排放事故等，都会造成局部地区土壤的严重污染。如美国汉福德钚生产中心从40年代中期以来，向地面渗透池排放了5×10⁸立方米的放射性废水，其中含钚约200公斤、铀约 10万公斤，经过衰变后到1972年β放射性核素仍残存20万居里，当地成了全球土壤放射性污染最严重的地区。大气中的放射性沉降，施用含有铀、镭等放射性核素的磷肥和用放射性污染的河水灌溉农田也会造成土壤放射性污染。其特点是污染的范围较大，一般污染程度较轻。

放射性核素在土壤中的扩散迁移与核素本身的性质和状态、土壤的物理化学特性、地表植被以及气象水文等因素有关。不同核素在土壤中的扩散迁移能力有很大差异，其顺序为³H>Tc>Ru>Sr、Cs>Ra>Ru。如美国汉福德钚生产中心30多年来，排往渗透池的钚向下迁移穿透的土壤深度不超过 3米，而氚和钌早已穿透60多米的地层，进入地下水。

放射性核素污染土壤后，可以被植物根部吸收，经食物链进入人体，也可以被雨水冲刷污染地表水或者渗入地下水，从而污染水源。

污染来源

环境中放射性物质有以下主要来源：

核工业

核工业的废水、废气、废渣的排放是造成环境放射性污染的一个重要原因。核燃料生产循环的每一个环节都排放放射性物质，但不同环节排放的放射性核素的种类和数量是不同的。

铀矿开采过程对环境的放射性污染，主要是氡和氡的子体以及放射性粉尘对周围大气的污染，放射性矿井水对水体的污染，废矿渣和尾矿等固体废物的污染。

铀矿石经选矿后是送往铀水冶厂制成铀的化学浓缩物的。铀水冶厂的放射性废水量和废渣量很大。如采用酸法浸出工艺，处理每吨矿石约产生2.5～5.5立方米废水。采用碱法浸出时，因沉淀母液返回利用，处理每吨矿石产生 0.4～0.8立方米废水。这些废水排入江河后，往往造成下游河段铀和镭的含量明显增高。铀水冶厂废水中除了铀和镭等放射性核素外，还有某些无机离子如硝酸根、铵和锰的离子等。铀水冶厂提取铀后的尾矿量与原矿石量大致相同。尾矿中的镭约为原矿的93～98％，铀为原矿的5～20％，所以尾矿中的镭及其子体氡是污染环境的主要放射性核素。铀精制厂、铀元件加工厂以及铀气体扩散厂对环境的污染都较轻。

核电站

核电站排出的放射性污染物为人工放射性核素，即反应堆材料中的某些元素在中子照射下生成的放射性活化产物，由于元件包壳的微小破损而泄漏的裂变产物，元件包壳表面污染的铀的裂变产物。

核电站排入环境中的放射性废水，包括冷却水、元件贮存池水、实验室废水和地板冲洗水等。排往环境的放射性废气中的裂变产物有¹³¹碘、氚和惰性气体⁸⁵氪、¹³³氙，活化产物有¹⁴氮、⁴¹氩和¹⁴碳，以及放射性气溶胶。

核电站排入环境的放射性污染物的数量与反应堆类型、功率大小、净化能力和反应堆运行状况等有关。如早期一座核电站每年排出的废水放射性强度(除氚外)，一般为几居里到几十居里。到70年代后期，年排放量大大减少，只有个别核电站超过5居里。

在正常情况下，核电站对环境的放射性污染很轻微。如生活在核电站周围的绝大多数居民，从核电站排放放射性核素中接受的剂量，一般不超过本底辐射剂量的百分之一。只有在核电站反应堆发生堆芯熔化事故的时候，才可能对环境造成严重污染。如1957年10月8日英国温兹凯尔石墨气冷堆发生的堆芯熔化事故，释放到环境中的¹³¹碘为20000居里，¹³²碲为12000居里，¹³⁷铯为600居里，⁸⁹锶为80居里，⁹⁰锶为2居里，严重污染了周围地区，并影响到欧洲大陆。周围地区牛奶中的¹³¹碘最高达 1.4微居里／升，致使约700平方公里地区内的牛奶在短期内不能食用。

核燃料后处理厂

核燃料后处理厂是将反应堆辐照元件进行化学处理，提取钚和铀再度使用。后处理厂排入环境的放射性核素为裂变产物和少量超铀元素。其中一些核素半衰期长、毒性大(如⁹⁰锶、¹³⁷铯和²³⁹钚），所以后处理厂是核燃料生产循环中对环境污染的重要污染源。

后处理厂的低水平放射性废水，经蒸发、离子交换和絮凝沉淀等净化处理后可排入环境。排出的放射性废气主要含裂变产物¹³¹碘、⁸⁵氪和¹³³氙等。后处理厂的中水平和高水平放射性废水不能排入环境，须作固化处理(见放射性废水处理)。

核试验

核爆炸瞬间能产生穿透性很强的中子和γ辐射，同时产生大量的放射性核素。前者称为瞬间核辐射，后者称为剩余核辐射。剩余核辐射有三个来源：

（1）裂变核燃料进行核反应时产生的裂变产物，约有36种元素，200多种同位素；

（2）未发生核反应的剩余核装料，主要是²³⁵铀、²³⁹钚和氚；

（3）核爆炸时产生的中子和弹体材料以及周围空气、土壤和建筑材料中的某些元素发生核反应而产生的感生放射性核素。

核爆炸产生的放射性核素除了对人体产生外照射外，还会通过空气和食物产生内照射。其中危害最大的核素是⁸⁹锶、⁹⁰锶、¹³⁷铯、¹³¹碘、¹⁴碳和²³⁹钚等，核试验污染环境的主要放射性核素的特性及其作用于人体的靶器官见上表。

核爆炸产生的放射性核素在爆炸高温下呈气态，随爆炸火球上升。爆炸火球温度逐渐下降，气态物质便凝成颗粒随蘑菇状烟云扩散，逐渐沉降到地面。这些沉降的放射性颗粒称为放射性沉降物，又称落下灰。放射性沉降分为近区沉降和全球性沉降。近区沉降指爆炸后几小时到一天内在爆炸区附近和下风向几百公里范围内的沉降，沉降物颗粒较大。全球性沉降过程是：细小放射性颗粒随烟云到达对流层顶部，进入平流层，并随大气环流流动，经过若干天甚至几年才重新回到对流层，造成全球性污染。核爆炸高度越高，近区沉降物越少。地面爆炸时，近区沉降的放射性物质占总放射性物质的60～80％。在离地面30公里以上进行高空爆炸，几乎没有近区沉降物。

核试验造成的全球性污染要比核工业造成的污染严重得多。1970年以前，全世界大气层核试验进入平流层的⁹⁰锶达 1550万居里，其中1500万居里已沉降到地面。核工业的后处理厂，年排放的⁹⁰锶一般只在居里级。英国温兹凯尔后处理厂是世界上放射性物质排放量最大的核工厂，年排⁹⁰锶量一般在千居里级，该厂最高排放年份是1971年，排出的⁹⁰锶为12300居里。