日本福島核廢水排放入海的影響及建議措施

蘇鍇駿 徐文清 焦玲 杜金洲 樊賽軍

1中國(guó)醫(yī)學(xué)科學(xué)院放射醫(yī)學(xué)研究所，天津市放射醫(yī)學(xué)與分子核醫(yī)學(xué)重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室 300192；2華東師范大學(xué)，河口海岸學(xué)國(guó)家重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室，上海 200241

2011年3月11日，日本東北海域發(fā)生了里氏9.0級(jí)大地震，引發(fā)了15 m的海嘯，導(dǎo)致日本福島第一核電站氫氣爆炸，并發(fā)生了核事故。日本福島核事故產(chǎn)生的大量放射性物質(zhì)泄漏進(jìn)入大氣、陸地和海洋中（如3H、131I、137Cs、90Sr、14C、239Pu和240Pu等）。按照國(guó)際原子能機(jī)構(gòu)的分級(jí)將此次核事故定為7級(jí)特大事故[1]。2021年4月13日，日本政府決定在未來(lái)2年，當(dāng)福島第一核電站核廢水罐的容量達(dá)到蓄水峰值后，將稀釋過(guò)的核廢水排入海洋，這一決定引起了世界各國(guó)人民的密切關(guān)注。海洋面積占地球總面積的71%，具有豐富的自然資源，是人類(lèi)賴(lài)以生存的寶貴財(cái)富。Behrens等[2]曾利用海洋模型對(duì)日本福島第一核電站排放入海的放射性物質(zhì)的擴(kuò)散路徑進(jìn)行模擬分析，結(jié)果表明，核廢水排放第57天后，太平洋大部分地區(qū)將被污染；3年內(nèi)將對(duì)美國(guó)和加拿大產(chǎn)生影響；10年左右將擴(kuò)散至全球海域。因此，日本政府將核廢水排放入海的行為會(huì)使全世界受到影響。我們就日本福島第一核電站核廢水排放入海可能對(duì)中國(guó)產(chǎn)生的影響進(jìn)行述評(píng)，并提出可行性的應(yīng)對(duì)措施和建議。

1 放射性物質(zhì)的總量與種類(lèi)

日本福島第一核電站發(fā)生泄漏后，各個(gè)國(guó)家和機(jī)構(gòu)根據(jù)大量環(huán)境放射性監(jiān)測(cè)結(jié)果對(duì)此次事故排放的放射性物質(zhì)進(jìn)行評(píng)估，其總量約為940 PBq（131I當(dāng)量），是前蘇聯(lián)切爾諾貝利核事故時(shí)釋放的放射性物質(zhì)總量的1/6[3]。日本福島核事故釋放的放射性物質(zhì)主要通過(guò)海洋表層洋流、海洋內(nèi)部水體和大氣等3種途徑向外界傳播[4]。其中，釋放進(jìn)入大氣的放射性核素主要包括Xe、Kr、I、Cs、Zr和Nd等；進(jìn)入海洋中的放射性核素主要包括3H、90Sr、14C、129I、131I、134Cs和137Cs等。日本福島核事故泄漏的放射性物質(zhì)有80%進(jìn)入太平洋，19%沉降于日本，約1%沉降于北美和歐亞大陸等地區(qū)[5]。

2 主要放射性核素及其檢測(cè)方法

放射性核素包括天然放射性核素和人工放射性核素，而核事故排放到海洋中的主要是人工放射性核素。日本福島核事故廢水主要來(lái)自于核事故后為堆芯降溫注入的冷卻海水以及滲入反應(yīng)堆的地下水和降水，這些水直接與反應(yīng)堆堆芯接觸并發(fā)生反應(yīng)（圖1）。因此，這部分核廢水包含反應(yīng)堆中的各種放射性核素，包括一些長(zhǎng)半衰期裂變核素和超鈾核素等。日本福島核事故產(chǎn)生的核廢水主要利用多核素處理系統(tǒng)（advanced liquid processing system，ALPS）進(jìn)行處理，ALPS可以過(guò)濾除3H以外的大部分放射性核素。研究報(bào)告表明，經(jīng)過(guò)ALPS處理后的核廢水仍有72%高于日本排放標(biāo)準(zhǔn)（數(shù)據(jù)截至2019年12月）[6]，核廢水中主要含有的放射性核素是3H、少量的14C、微量的90Sr和137Cs等[7]。目前，每天經(jīng)過(guò)ALPS處理后的核廢水約140噸，截至2021年3月18日，日本福島核電站存儲(chǔ)罐內(nèi)的核廢水已達(dá)125萬(wàn)噸，預(yù)計(jì)到2022年秋季，日本東京電力公司準(zhǔn)備的約1000個(gè)共計(jì)137萬(wàn)噸容量的存儲(chǔ)罐將全部裝滿（https://www.tepco.co.jp/indexj.html）。核廢水的處理可以通過(guò)地層注入、受控排放入海、受控蒸汽釋放、氫氣釋放和地下掩埋等5種方式，其中排放入海是解決該問(wèn)題成本最低的一種方式。

圖1 日本福島核事故核廢水的來(lái)源及處理的示意圖Figure 1 Diagram of the source and treatment of Fukushima nuclear waste water

核廢水排放至海洋中的放射性核素可以根據(jù)其發(fā)射的射線種類(lèi)的不同采用相應(yīng)的分析方法及儀器進(jìn)行分析測(cè)定。3H是核電站運(yùn)行中產(chǎn)生及排放的主要放射性核素之一，其半衰期為12.43年，發(fā)生β衰變。水中3H的測(cè)定主要經(jīng)過(guò)蒸餾、電解富集濃縮，然后將水樣與閃爍液配比混合后，利用液體閃爍計(jì)數(shù)器測(cè)定其活度[8]。

14C的半衰期為5730年，衰變方式為β衰變。水中的14C主要通過(guò)濕法氧化將其轉(zhuǎn)化為CO2，常用的濕法氧化體系包括KMnO4、K2S2O8和AgNO3等。吸收液將轉(zhuǎn)化的CO2吸收，然后與閃爍液配比，利用液體閃爍計(jì)數(shù)器測(cè)定樣品中14C的活度[9]。如果樣品量較小，則需要用加速器質(zhì)譜（AMS）進(jìn)行測(cè)量。

134Cs和137Cs的半衰期分別為2.06年和30.17年，均能發(fā)射β射線和γ射線。因此，可以利用γ能譜儀直接測(cè)定其活度，但是由于環(huán)境中134Cs和137Cs的濃度較低，同時(shí)γ能譜儀探測(cè)效率較低，需要對(duì)樣品進(jìn)行富集濃縮。也可以利用磷鉬酸銨共沉淀樣品中的134Cs和137Cs，然后利用低本底β測(cè)量?jī)x測(cè)定其活度[10]。

90Sr的半衰期為28.79年，發(fā)生β衰變，環(huán)境中的90Sr經(jīng)過(guò)復(fù)雜的放化分離及純化步驟（如鍶樹(shù)脂分離、萃取色層法等）去除干擾核素，得到純凈溶液。樣品溶液可以與閃爍液直接配比后利用液體閃爍計(jì)數(shù)器測(cè)定；也可以制備成β樣品源，利用低本底β測(cè)量?jī)x測(cè)定[11]。近幾年，也有學(xué)者利用電感耦合等離子質(zhì)譜儀（ICP-MS）測(cè)定環(huán)境中的90Sr[12]。

3 對(duì)海洋生態(tài)環(huán)境及公眾健康的影響

目前，關(guān)于核輻射對(duì)環(huán)境和生物體的影響仍有很多研究工作正在開(kāi)展，大量核廢水排入海洋，對(duì)海洋生態(tài)系統(tǒng)的影響存在很大的不確定性。核廢水排放到海洋后，放射性核素主要通過(guò)海洋生態(tài)系統(tǒng)中的食物鏈及食物網(wǎng)富集，有研究結(jié)果表明，海洋中魚(yú)類(lèi)、甲殼動(dòng)物、軟體動(dòng)物、浮游植物和大型海藻對(duì)銫的富集系數(shù)分別為100、50、60、20和50[13]。人體攝食受污染的海產(chǎn)品后，富集在海產(chǎn)品中的放射性物質(zhì)進(jìn)入到人體內(nèi)，其輻射劑量可能超過(guò)人體可接受的范圍。核廢水中的放射性物質(zhì)不僅本身具有很高的毒性，而且半衰期長(zhǎng)，進(jìn)入人體后造成內(nèi)污染，形成持續(xù)的內(nèi)照射損傷，嚴(yán)重者會(huì)引起放射性白血病，慢性放射性損傷會(huì)造成神經(jīng)系統(tǒng)、心血管、胃腸道以及免疫系統(tǒng)功能的障礙，長(zhǎng)期還有增加發(fā)生腫瘤的風(fēng)險(xiǎn)[14]。

對(duì)公眾而言，更關(guān)心的是未來(lái)海產(chǎn)品能不能吃，食用海產(chǎn)品是否安全？核廢水排放到海洋后雖然經(jīng)過(guò)海洋生態(tài)稀釋、懸浮顆粒物吸附清除等過(guò)程而濃度逐漸降低，但仍含有3H、14C、90Sr和137Cs等長(zhǎng)半衰期放射性核素長(zhǎng)期存在于海洋中。當(dāng)局部海洋的放射性物質(zhì)超過(guò)海洋自身的稀釋和清除等凈化能力時(shí)，就會(huì)造成該海域一定程度的放射性污染。因此，海產(chǎn)品能否食用，需要看海產(chǎn)品是否來(lái)自于受污染海域以及海產(chǎn)品本身的吸收等過(guò)程是否受到了放射性污染。如果海產(chǎn)品中放射性核素的檢測(cè)結(jié)果符合國(guó)際相關(guān)標(biāo)準(zhǔn)，說(shuō)明其對(duì)公眾并沒(méi)有危害，可以放心食用。

如果在未知情況下，攝入過(guò)多的放射性核素，也可以通過(guò)一些促排藥物將體內(nèi)攝入的放射性核素排出體外，減少其對(duì)人體的傷害。如3H被人體攝入后迅速與體內(nèi)的水達(dá)到平衡，導(dǎo)致全身分布，其產(chǎn)生的β射線會(huì)對(duì)人體造成內(nèi)照射損傷?？刹扇》貌杷涂Х鹊确椒p少3H的體內(nèi)積存量，嚴(yán)重者服用利尿劑（如雙氫克尿噻）促進(jìn)3H的排出。90Sr進(jìn)入體內(nèi)后主要沉積于骨骼中，對(duì)骨骼和骨髓造成放射性損傷。目前主要采用口服褐藻酸鈉或氫氧化鋁的方法來(lái)阻止人體對(duì)90Sr的吸收。Cs是β射線和γ射線的混合輻射體，極易被人體細(xì)胞吸收，且較均勻地分布于全身，特別是軟組織和肌肉組織[15]。主要通過(guò)服用普魯士藍(lán)來(lái)阻止放射性銫的體內(nèi)吸收。

4 科學(xué)看待日本福島排放核廢水事件

海洋是人類(lèi)的寶貴資源，日本福島核事故廢水排放對(duì)全球的影響是深刻且長(zhǎng)遠(yuǎn)的，對(duì)海洋環(huán)境和漁業(yè)產(chǎn)生的影響尤為突出[16]。如何應(yīng)對(duì)這一問(wèn)題，我們提出如下建議。

（1）建立海洋預(yù)警監(jiān)測(cè)體系，加強(qiáng)海洋生態(tài)環(huán)境及海產(chǎn)品的放射性污染監(jiān)測(cè)

大量核廢水進(jìn)入海洋，對(duì)人體有直接危害的途徑主要是通過(guò)攝食海產(chǎn)品后造成放射性核素的生物累積，進(jìn)而對(duì)人體產(chǎn)生一定的危害。監(jiān)測(cè)攝入途徑作為保護(hù)公眾健康的重要組成部分，不僅可以及時(shí)反映公眾攝入的食品是否存在危害，同時(shí)對(duì)消除公眾的消費(fèi)恐慌具有積極作用。已有研究結(jié)果表明，在較長(zhǎng)時(shí)期內(nèi)維持對(duì)食品的輻射監(jiān)測(cè)有助于逐步恢復(fù)受影響地區(qū)內(nèi)外的食品分銷(xiāo)商、零售商和消費(fèi)者的信心[17]。因此，加強(qiáng)海洋生態(tài)環(huán)境樣品及海產(chǎn)品中放射性核素的監(jiān)測(cè)至關(guān)重要，也是判斷海產(chǎn)品是否受到污染的必要手段。中國(guó)從2010年起開(kāi)始制定國(guó)家食品安全監(jiān)測(cè)計(jì)劃并組織實(shí)施，監(jiān)測(cè)的食品包括蔬菜、糧食、奶粉和肉類(lèi)等，分析的放射性核素包括137Cs、90Sr、110mAg、210Po和238U等[18]。然而，目前僅沿海重點(diǎn)地區(qū)涉及海產(chǎn)品中放射性核素的監(jiān)測(cè)，其他內(nèi)陸省份對(duì)海產(chǎn)品的放射性監(jiān)測(cè)不作要求。因此，應(yīng)擴(kuò)大我國(guó)對(duì)食品中放射性核素的監(jiān)測(cè)范圍及種類(lèi)，擴(kuò)大食品的監(jiān)測(cè)調(diào)查網(wǎng)，為隨時(shí)應(yīng)對(duì)核事故等突發(fā)事件做好準(zhǔn)備。

（2）建立快速的應(yīng)急監(jiān)測(cè)和醫(yī)療應(yīng)急救援技術(shù)體系

目前，針對(duì)海洋中放射性核素的檢測(cè)方法仍然存在耗時(shí)長(zhǎng)和步驟復(fù)雜等問(wèn)題，從樣品采集到獲得結(jié)果往往需要幾天甚至更長(zhǎng)時(shí)間，無(wú)法滿足核事故快速應(yīng)急的需求。環(huán)境中放射性核素的活度水平能夠直接反映出受污染的嚴(yán)重程度，而快速檢測(cè)是為醫(yī)療應(yīng)急救援提供指導(dǎo)的重要前提。中國(guó)《衛(wèi)生部核事故和輻射事故衛(wèi)生應(yīng)急預(yù)案》中明確指出，應(yīng)建立飲用水和食品中放射性污染的快速檢測(cè)方法體系，加強(qiáng)技術(shù)儲(chǔ)備[19]。因此，建立快速的分析檢測(cè)方法體系也是迫切需要解決的科學(xué)問(wèn)題。

核事故醫(yī)療應(yīng)急救援是核事故應(yīng)急救援的重要組成部分，我國(guó)核事故和輻射事故三級(jí)救援體系包括現(xiàn)場(chǎng)、當(dāng)?shù)睾蛯?zhuān)科救援。提高一級(jí)救援的時(shí)效是提高整體救援時(shí)效的關(guān)鍵；二級(jí)救援是決定整個(gè)救援任務(wù)是否成功的關(guān)鍵；三級(jí)救援則是考驗(yàn)我國(guó)中、重度及以上傷員救援水平的重要環(huán)節(jié)，三者分工明確，又相互補(bǔ)充[20]。核事故應(yīng)急救援關(guān)鍵技術(shù)是救援的重要保障，如外照射、內(nèi)照射和生物劑量的快速估算、核污染人員的快速洗消、多功能內(nèi)污染促排藥箱和抗輻射藥物的研發(fā)等。

（3）加強(qiáng)監(jiān)督管理

日本福島核廢水排入海洋，各國(guó)際組織和機(jī)構(gòu)應(yīng)加強(qiáng)對(duì)日本排放的核廢水的監(jiān)督和監(jiān)測(cè)工作，排放核廢水的核素種類(lèi)、濃度和排放總量等相關(guān)信息應(yīng)及時(shí)向國(guó)際社會(huì)進(jìn)行通報(bào)。同時(shí)排放入海核廢水中的放射性核素應(yīng)符合安全排放要求，以確保核廢水排放不會(huì)對(duì)環(huán)境造成污染。同時(shí)應(yīng)采取利益攸關(guān)方參與的第三方檢測(cè)和監(jiān)測(cè)的方式，并將相關(guān)監(jiān)測(cè)結(jié)果對(duì)外公開(kāi)。

（4）加強(qiáng)核科普的教育和宣傳

核能是一種清潔能源，現(xiàn)階段我國(guó)正在大力發(fā)展核電，這是我國(guó)向國(guó)際社會(huì)承諾2060年碳中和的重要措施之一（http://www.xinhuanet.com/world/2020-09/22/c_1126527652.htm）。截至2020年底，我國(guó)運(yùn)行核電機(jī)組共49臺(tái)，裝機(jī)容量達(dá)到5102.716萬(wàn)千瓦，2020年核電發(fā)電量占全國(guó)發(fā)電總量的4.94%（http://www.china-nea.cn/site/content/38577.html）。而公眾對(duì)“核”的認(rèn)識(shí)并不全面，如2011年日本福島核事故后發(fā)生的“搶鹽”事件、認(rèn)為核照射后的食品容易致癌等。這些缺乏科學(xué)依據(jù)的觀點(diǎn)可能引起公眾不必要的恐慌，對(duì)我國(guó)核電事業(yè)的健康發(fā)展也可能產(chǎn)生阻礙。因此，加強(qiáng)核科普教育及宣傳是消除公眾“核恐慌”的有效途徑，可以通過(guò)建立核科普教育基地、印發(fā)核知識(shí)的圖書(shū)、開(kāi)發(fā)自媒體等渠道宣傳有關(guān)核科普的知識(shí)，對(duì)公眾進(jìn)行正確引導(dǎo)，做好風(fēng)險(xiǎn)認(rèn)知和溝通。中國(guó)醫(yī)學(xué)科學(xué)院放射醫(yī)學(xué)研究所自2016年成立天津青少年核科學(xué)教育基地至今，以各種途徑和形式對(duì)青少年和公眾進(jìn)行核科學(xué)、核應(yīng)急防護(hù)與自救等知識(shí)的宣傳，受眾已達(dá)12萬(wàn)余人。

5 小結(jié)與展望

日本福島核事故是全球核事故史上僅次于切爾諾貝利核事故的第二大核事故。核事故對(duì)人類(lèi)和環(huán)境的影響是重大而長(zhǎng)遠(yuǎn)的。如何從核事故中汲取教訓(xùn)，保護(hù)公眾，減少甚至消除其對(duì)人類(lèi)健康的危害需要各國(guó)的共同努力。同時(shí)需要在技術(shù)上進(jìn)行革新，研發(fā)更為先進(jìn)的反應(yīng)堆，避免核事故的再次發(fā)生，從根本上減少核廢水的產(chǎn)生和釋放，從源頭上確保核安全，利用核能更好地造福人類(lèi)。

利益沖突本研究由署名作者按以下貢獻(xiàn)聲明獨(dú)立開(kāi)展，不涉及任何利益沖突。

作者貢獻(xiàn)聲明蘇鍇駿負(fù)責(zé)論文的撰寫(xiě)與修訂；徐文清、焦玲負(fù)責(zé)文獻(xiàn)的收集與分析；杜金洲、樊賽軍負(fù)責(zé)論文的審閱與修訂。