論核污染與糧食質(zhì)量安全

◎路子顯

論核污染與糧食質(zhì)量安全

◎路子顯

本文介紹了世界核電發(fā)展簡史，以及我國核電發(fā)展的現(xiàn)狀；回顧了世界核電發(fā)展過程中遭遇的三次嚴(yán)重核事故；論述了核事故釋放的不同放射性核素向糧食中的轉(zhuǎn)移；闡明了核污染糧食或食物對生態(tài)系統(tǒng)，特別是對人類可能造成的危害；提出了加強核污染與糧食安全研究，確保糧油食品安全和促進(jìn)核電正常發(fā)展的設(shè)想。

核能 核污染 放射性核素 糧油食品安全

一、世界核電發(fā)展?fàn)顩r

1942年，美國建成了世界上第一座核反應(yīng)堆，首次實現(xiàn)了可控制裂變連鎖反應(yīng)。1954年6月前蘇聯(lián)奧布寧斯克核電站0.5萬千瓦核電機組并網(wǎng)發(fā)電，人類首次實現(xiàn)了核能的和平利用，此后核電站得到長足發(fā)展。核電是一種資金密集型、技術(shù)密集型的清潔能源。目前，全世界有30個國家擁有核電站，主要分布在歐美發(fā)達(dá)國家。截至2016年4月，全球在運核電機組共計444臺，總裝機容量38627.6萬千瓦。根據(jù)世界核協(xié)會統(tǒng)計數(shù)據(jù)顯示，2015年全世界核能發(fā)電總計24413億千瓦時。全球發(fā)電總量中，核能發(fā)電比例超過10%。其中，法國核能發(fā)電比例最高，核電發(fā)電占法國全部發(fā)電量的76.3%;擁有核電站數(shù)量最多的是美國，目前擁有104座反應(yīng)堆，核電發(fā)電量占美國總發(fā)電量的19.5%。

1991年12月15日,中國大陸第一座核電站——秦山核電站并網(wǎng)發(fā)電。二十多年來，我國核電事業(yè)一直穩(wěn)步發(fā)展，建成了浙江秦山、廣東大亞灣、江蘇連云港、遼寧紅沿河、福建福清等幾個重要核電基地。截至2016年3月，我國大陸運行核電機組共有30臺，總裝機容量為2846.5萬千瓦;共有24臺在建核電機組，總裝機容量2672.9萬千瓦。2015年，核電累計發(fā)電量為1690億千瓦時，約占全國總發(fā)電量的 3.01%。與世界平均水平相比，我國核電發(fā)電比例偏小，具有較大的發(fā)展空間。2014年11月，《國家能源發(fā)展戰(zhàn)略行動計劃(2014-2020年)》正式發(fā)布。根據(jù)行動計劃，到2020年，我國大陸核電運行機組總裝機容量為5800萬千瓦，在建核電機組總裝機容量為3000萬千瓦。

作為一種能源，核電的確有著不可比擬的魅力——它是目前最新式、最干凈，且單位成本最低的一種電力資源；它穩(wěn)定性高、壽期長、低污染，在解決資源緊缺，改善環(huán)境質(zhì)量方面具備明顯優(yōu)勢；它可以促進(jìn)經(jīng)濟發(fā)展并協(xié)調(diào)經(jīng)濟發(fā)展與環(huán)境建設(shè)的關(guān)系，是可持續(xù)發(fā)展的重要能源。但是不可回避的是，在過去的近半個世紀(jì)中，核能也曾給人類帶來過巨大的傷害， “核泄漏”這一“隱患”就如一顆定時炸彈埋在了人們心里。歷史上曾發(fā)生過的核泄漏事故，都造成了相當(dāng)?shù)奈：Α?/p>

二、核能利用歷史上的核事故

5級以上的事故需要實施場外應(yīng)急計劃，這種事故世界上共發(fā)生過三次，美國三里島事故和前蘇聯(lián)切爾諾貝利事故，以及由于9級地震引發(fā)的日本福島事故，分別簡要介紹如下：

（一）美國三里島事故

1979年3月28日凌晨4時,美國賓夕法尼亞州的三里島核電站第2組反應(yīng)堆的堆心壓力和溫度驟然升高,2小時后,大量放射性物質(zhì)溢出。6天以后,堆心溫度才開始下降,蒸氣泡消失——引起氫爆炸的威脅免除了。100噸鈾燃料雖然沒有熔化,但有60%的鈾棒受到損壞,反應(yīng)堆最終陷于癱瘓。放射性裂變物質(zhì)泄漏，使周圍50英里以內(nèi)約200萬人口處在極度不安之中，人們停工停課，紛紛撤離，一片混亂。這次核事故導(dǎo)致美國31年不再建核電站。

（二）前蘇聯(lián)切爾諾貝利事故

1986年4月26日當(dāng)?shù)貢r間1點24分，前蘇聯(lián)的烏克蘭共和國切爾諾貝利 （Чорнобиль，Chernobyl）核能發(fā)電廠 （原本以列寧的名字來命名）發(fā)生嚴(yán)重泄漏及爆炸事故。事故導(dǎo)致31人當(dāng)場死亡，上萬人由于放射性物質(zhì)遠(yuǎn)期影響而致命或重病，8噸多強輻射物質(zhì)傾瀉而出,污染遍及居住著694.5萬人的15萬平方公里地區(qū),320多萬人直接遭受核輻射侵害。至今仍有被放射線影響而導(dǎo)致畸形胎兒的出生。這是有史以來最嚴(yán)重的核事故。外泄的輻射塵隨著大氣飄散到前蘇聯(lián)的西部地區(qū)、東歐地區(qū)、北歐的斯堪地維亞半島。烏克蘭、白俄羅斯、俄羅斯受污最為嚴(yán)重，由于風(fēng)向的關(guān)系，據(jù)估計約有60%的放射性物質(zhì)落在白俄羅斯的土地。此事故引起大眾對于前蘇聯(lián)的核電廠安全性的關(guān)注，事故也間接導(dǎo)致了蘇聯(lián)的瓦解。蘇聯(lián)瓦解后獨立的國家包括俄羅斯、白俄羅斯及烏克蘭等每年仍然投入經(jīng)費與人力在事故的善后以及居民的健康保健方面。因事故而直接或間接死亡的人數(shù)難以估計，且事故后的長期影響到目前為止仍是個未知數(shù)。2005年一份國際原子能機構(gòu)的報告認(rèn)為當(dāng)時有56人喪生，47名核電站工人及9名兒童患上甲狀腺癌，并估計大約4000人最終將會因這次意外所帶來的疾病而死亡。

（三）日本福島事故

福島第一核電站位于東京東北部170英里 (約合270公里)，是世界上規(guī)模最大的核電站之一，共建有6座核反應(yīng)堆，負(fù)責(zé)為東京和日本電網(wǎng)供電。2011年3月11日，日本發(fā)生9級大地震，仙臺未能幸免遇難。地震引起的斷電導(dǎo)致反應(yīng)堆冷卻劑泵停止工作。由于1號反應(yīng)堆所在建筑內(nèi)的發(fā)電機無法啟動，反應(yīng)堆芯溫度不斷升高，安全殼建筑內(nèi)的氫氣不斷積聚，達(dá)到危險水平。發(fā)電機產(chǎn)生的火花可能導(dǎo)致氫氣爆炸，安全殼的屋頂被掀翻。第二天，3號反應(yīng)堆所在建筑內(nèi)的氫氣發(fā)生強度更大的爆炸。14日，2號反應(yīng)堆所在建筑也發(fā)生爆炸。由于貯水池內(nèi)的水蒸發(fā)殆盡，4號反應(yīng)堆所在建筑內(nèi)存儲的燃料可能起火燃燒。2016年9月，深圳市市場和質(zhì)量監(jiān)督管理委員會市場稽查局的執(zhí)法人員發(fā)現(xiàn)一些跨境電商平臺上都在銷售來自日本的食品，有奶粉、麥片、大米、 酒類等。這些食品均來自日本核污染區(qū)，若不是及時制止，將會給我國人民的身體健康埋下重大隱患。

三、核事故釋放的放射性核素向糧食中的轉(zhuǎn)移

根據(jù)理化性質(zhì)，放射性核素分為兩類，非金屬放射性核素 （3氫、14碳、85氪、127碘、131碘、129碲和133氙等） 和金屬放射性核素 （23鈉、45鈣、89鍶、90鍶、106銠、106釕、134銫、137銫、140鑭、144鈰、147Pm、210釙和239钚等）。按放射性核素來源，它們分為天然放射性核素 （即釷系、鈾系、錒系、3氫、14碳、40鉀、138鑭和176镥等）和人工放射性核素 （即18氟、60鈷、125碘、131碘和137銫等）。 放射性3氫、131碘、90鍶和137銫是核反應(yīng)堆發(fā)生事故以后釋放的主要放射性核素，它們可以污染空氣、水源和土壤，通過生態(tài)系統(tǒng)轉(zhuǎn)入農(nóng)作物，到達(dá)農(nóng)作物籽實，最終進(jìn)入人體，危害人體健康。

放射性核通過沉降物、雨水和污水將放射性核素帶到植物表面，并滲透入植物組織即直接污染；植物根系也可從土壤中吸收放射性核素即間接污染。放射性核素在植物表面聚集和向內(nèi)轉(zhuǎn)移的量與氣象條件、核素理化性質(zhì)、植物種類和農(nóng)業(yè)生產(chǎn)技術(shù)等因素有關(guān)。雨水沖刷可降低植物表面污染量，葉類植物表面積大易聚集較多的放射性核素；帶纖毛的籽實和帶殼的產(chǎn)品污染量較低。放射性核素中131碘易被植物吸收，137銫，90鍶易從葉部向內(nèi)部組織轉(zhuǎn)移，有些易從根系吸收，其吸收速度順次為89鍶，90鍶＞=131碘＞140鋇＞137銫＞106釕＞144鈰，90釔＞238钚。土壤中的鈣和鉀影響89鍶和137銫向植物轉(zhuǎn)移。90鍶在含鈣低的砂土中比含鈣高的粘土中更易進(jìn)入植株，在土壤中加石灰，硫酸鈣和鉀肥可使90鍶和137銫進(jìn)入植株的量降低。土壤中加腐植質(zhì)，或當(dāng)土壤中放射性核素的穩(wěn)定性同位素含量增加時，均可減低植株從土壤的吸收量。放射性核素在土壤表層吸附較多，深耕可將大部分放射性核素埋入深層，使根須短的植物如水稻吸收量減低。

閥板式進(jìn)水口優(yōu)點：相比傳統(tǒng)轉(zhuǎn)盤水閥，閥板式進(jìn)水口通過打磨平順沉箱進(jìn)水口位置，在沉箱下潛時由于沉箱內(nèi)外水頭差，外水壓通過橡膠墊板壓緊沉箱進(jìn)水口，密封性能好。在沉箱出駁安裝施工時，以往傳統(tǒng)水閥進(jìn)水控制全靠潛水員進(jìn)行控制，需要配備數(shù)個潛水員下水?dāng)Q緊或擰松轉(zhuǎn)盤進(jìn)行開關(guān)控制進(jìn)水，程序較為復(fù)雜，且容易導(dǎo)致每個格倉水量不一致。而閥板式進(jìn)水口，只需要在進(jìn)水口相應(yīng)的位置沉箱頂上安排人員進(jìn)行拉繩或松繩操作，在技術(shù)人員的控制口令下，立即能進(jìn)行沉箱進(jìn)水量控制，操作簡單便捷，控制壓載水速度快，沉箱格倉壓載水量平衡，沉箱調(diào)平效果好，且不需要潛水員進(jìn)行潛水作業(yè)。

137銫是核爆炸過程中產(chǎn)生的一種重要的放射性核素，飄浮在大氣中，隨著雨水降落到地面，嚴(yán)重地污染農(nóng)業(yè)環(huán)境，并通過食物鏈進(jìn)入人體，危害人們的健康。作者本人研究表明：利用我國秦山和大亞灣兩個核電廠周圍7個地區(qū)土壤對137銫吸附作為研究對象，在實驗條件下，137銫污染主要積累在土壤表層，0-2厘米土壤吸收達(dá)99%，土壤上層5厘米滯留量達(dá)100%。水稻對137銫吸收主要集中在根、莖、葉和谷殼中，籽粒含量僅占總含量的10-19%。在相同137銫污染水平下，大亞灣地區(qū)水稻將吸收更多的137銫，比秦山地區(qū)水稻食用價值低；在水稻生育后期發(fā)生137銫污染情況下，較前期和中期影響更大，稻米食用價值更低，經(jīng)濟損失更大。

范仲學(xué)研究表明：在水稻不同生育期，以137銫污染主莖單個葉片，137銫向植株未污染部位的轉(zhuǎn)移率與污染葉的葉位有關(guān)，137銫主要分布在莖葉中。受污染的水稻各部位，137銫積累量與污染量呈線性正相關(guān)，植株非污染部位137銫比活度大小順序為葉〉莖〉根〉穗。

四、核污染對糧食或食物的危害

(一)放射性鍶污染的危害

90鍶屬于高毒性核素，半衰期28.8年；89鍶屬于中毒性核素，半衰期50.5天。在核爆炸或反應(yīng)堆過程中產(chǎn)額很高，是典型親骨性核素，取代鈣的位置，容易積累在骨骼中。90鍶主要沉降在農(nóng)作物或蔬菜葉片上，進(jìn)入人或動物體內(nèi)。

(二)放射性銫污染的危害

137銫是最主要的核裂變產(chǎn)物，屬于中等毒性核素，半衰期 30.17年；134銫是也屬于中等毒性核素，半衰期2.06年。137銫是造成核污染的重要放射性核素，進(jìn)入人體或動物體以后均勻分布。進(jìn)入淡水或海水的137銫能夠在生態(tài)系統(tǒng)中快速轉(zhuǎn)移和富集。

碘有26種放射性同位素，131碘、129碘、125碘和123碘比較重要。131碘屬于高毒性核素，主要通過空氣——蔬菜或牧草——牛奶等途徑進(jìn)入人體，并在甲狀腺中積累。129碘屬于低毒性核素，但半衰期很長，隨著核能的開發(fā)和大氣層核試驗的開展，環(huán)境中的129碘比1945年以前增加了 1萬倍以上，其危害已引起人們的重視。

(四)放射性氚污染的危害

氚 (3氫)屬于低毒性核素，以氚水的形式進(jìn)入人體，與細(xì)胞中核酸 （DNA和RNA）結(jié)合，直接產(chǎn)生輻射作用，引起染色體畸變。人對氚水的吸收比對氚氣大4個數(shù)量級，氚中毒可造成中樞神經(jīng)和造血系統(tǒng)改變，甚至誘發(fā)惡性腫瘤。

結(jié)語

核電發(fā)展是核科學(xué)和核技術(shù)發(fā)展的必然，科學(xué)技術(shù)是一把雙刃劍，有利也有弊。在未來的核電廠建設(shè)中，審慎穩(wěn)健發(fā)展，安全有效運轉(zhuǎn)，嚴(yán)防事故發(fā)生，才能保證核能和平利用。特別是在內(nèi)陸大江大河的中上游地區(qū)，一旦發(fā)生核泄漏，可能核電廠周圍地區(qū)以及中下游地區(qū)人民的生態(tài)安全與糧油食品安全。若是發(fā)生了核污染事故，也不要驚慌失措，鏟除核污染表土層，種植富集能力強的植物，把核污染降到最低限度。

由于糧食與食品核污染方向的研究工作相對薄弱，今后還要加強對核污染糧食、油料及其食品的基礎(chǔ)研究，特別是核污染對主要糧食 （水稻、小麥、大豆、玉米和花生等）的影響，確保糧油食品安全，促進(jìn)核電正常發(fā)展。

1．陸地.高風(fēng)險放射性核素簡介.檢驗檢疫科學(xué),2007,17(4):52-55．

2．范仲學(xué).Cs葉面污染在水稻中的轉(zhuǎn)移、積累與分布.核農(nóng)學(xué)報1998,12(04).

3．路子顯，徐世明.137Cs在水稻體內(nèi)及土壤中動移,累積和分布.1992,原子能出版社,中國核情報中心.

4．路子顯，徐世明.秦山和大亞灣核電廠周圍土壤對137Cs吸附的研究. 1992,原子能出版社,中國核情報中心.

（作者為國家糧食局科學(xué)研究院研究員）