放射性污染物

1986年法國科學家貝克勒爾 ^[2]  首先發現了某些元素的原子核具有天然的放射性，能自發地放出各種不同的射線。在科學上，把不穩定的原子核自發地放射出一定動能的粒子(包括電磁波)，從而轉化為較穩定結構狀態的現象稱為放射性。，通常所説的放射性是指原子核在衰變過程中放出α、β、γ射線的現象，放射性α粒子是高速運動的氦原子核，在空氣中射程只有幾cm，β粒子是高速運動的負電子，在空氣中射程可達幾m，但α、β粒子不能穿透人的皮膚，而γ粒子是一種光子，能量高的可穿透數m厚的水泥混凝土牆，它輕而易舉地射入人體內部,作用於人體組織中原子，產生電離輻射。除這3种放射線外,常用的射線還有X射線和中子射線。這些射線各具特定能量，對物質具有不同的穿透能力和間離能力，從而使物質或機體發生一些物理、化學、生化變化。放射性來自於人類的生產活動，隨着放射性物質的大量生產和應用,就不可避免地會給我們的環境造成放射性污染。放射性污染物中常見的放射性元素有鐳(226 Ra)、鈾(235 U)、鈷(60 Co)、釙(210 Po)、氘(2H)、氬(41 Ar)、氪(35 Kr)、氙(133 Xe)、碘(131 I)、鍶(90 Sr)、鉅(147Pm)、銫(137Cs)等。

環境中主要的放射性核素 ^[3]  有：

環境中放射性核素的來源分為天然和人工兩種來源。

天然的放射性核素有40K、232Th、235U、238U、3H、14C；主要來源於

1、宇宙輻射

2、地球內放射性物質

3、人體內放射性物質

放射性污染主要來自於放射性物質 ^[4]  。這些物質可來自於天然,如岩石和土壤中含有鈾、釷、錒3個放射系,它們也可來自於人為的因素。就人為因素而言，目前放射線污染物主要有以下來源:核工業、核試驗、核電站、核燃料的後處理以及人工放射性核素的應用等。

核工業

核工業的廢水、廢氣、廢渣的排放是造成環境放射性污染的重要原因。此外鈾礦開採過程中的氡和氡的衍生物以及放射性粉塵造成對周圍大氣的污染,放射性礦井水造成水質的污染，廢礦渣和尾礦造成了固體廢物的污染 ^[4]  。

核試驗

核試驗造成的全球性污染要比核工業造成的污染嚴重得多。1970年以前,全世界大氣層核試驗進入大氣平流層的鍶-90達到5.76X1017GY,其中97%已沉降到地面,這相當於核工業後處理廠排放鍶-90的1萬倍以上。因此全球嚴禁一切核試驗和核戰爭的呼聲也越來越高 ^[5]  。

分為大氣層核試驗和地下核試驗兩種。

大氣層核試驗產生的放射性落下灰是迄今土壤環境的主要放射性污染源。放射性落下灰的沉降可分為3種情況：

(1)局地性沉降：顆粒較大的粒子因重力作用而沉降於爆心周圍幾百公里的範圍內。

(2)對流層沉降：較小的粒子則在高空存留較長時間降落到大面積的地面上，其中進入對流層的較小顆粒主要在同一半球同一緯度繞地球沉降。沉降時間一般在爆炸後20d-30d，在爆心的同一緯度附近造成帶狀污染。

(3)全球沉降或平流層沉降：百萬T級或以上的大型核爆炸，產生的放射性物質帶人平流層，然後再返回地面，造成世界範圍的沉降，平均需0.5a-3a年。

核電站

目前全球正在運行的核電站有400多座,還有幾百座正在建設之中。核電站排入環境中的廢水、廢氣、廢渣等均具有較強的放射性,會造成對環境的嚴重污染 ^[6]  。

1979年美國三里島核電站二回路故障，造成失水，無法導出餘熱，部分燃料棒熔化、破損，放射性泄漏，但對環境影響不大。

1986年切爾諾貝利核電站 ^[6]  嚴重事故，也是人為造成的。停堆進行電機性能試驗，切斷安全保護系統，將堆內大部分控制棒迅速拔出，剩下8根時，反應堆功率失控，被切斷的安全保護系統無法動作，引起爆炸與燃燒，堆芯熔化，放射性嚴重泄漏，大範圍污染環境和大量人員死傷（31人死亡、203人放射病、400萬人低劑量輻射）。

切爾諾貝利核電站事故後幾天英國牛奶和葉菜中典型放射性核素比活度

核燃料的後處理

核燃料後處理廠是將反應堆廢料進行化學處理,提取鈈和鈾再度使用,但後處理廠排出的廢料依然含有大量的放射性核素,如鍶90,鈈239,仍會對環境造成污染 ^[7]  。

目前對其廢料處理有3種意見:

①深埋於地下500～2 000 km的鹽礦中;

②用火箭送到太空或其他星球上;

③貯存於南極冰帽中

人工放射性核素的應用

人工放射性同位素的應用非常廣泛。在醫療上,常用“放射治療”以殺死癌細胞；有時也採用各種方式有控制地注入人體,作為臨牀上診斷或治療的手段；工業上可用於金屬探傷；農業上用於育種、保鮮等。但如果使用不當或保管不善，也會造成對人體的危害和對環境的污染 ^[3]  。

對於放射線的危害,人們既熟悉又陌生。在常人的印象裏,它是與威力無比的原子彈、氫彈的爆炸聯繫在一起的,隨着全世界和平利用核能呼聲的高漲,核武器的禁止使用,核試驗已大大減少,人們似乎已經遠離放射線危害。然而近年來,隨着放射性同位素及射線裝置在工農業、醫療、科研等各個領域的廣泛應用,放射線危害的可能性卻在增大 ^[5]  。

產生危害的原理、途徑及程度

放射線引起的生物效應,主要是使機體分子產生電離和激發，破壞生物機體的正常機能 ^[8]  。這種作用可以是直接的,即射線直接作用於組成機體的蛋白質、碳水化合物、酵素等而引起電離和激發,並使這些物質的原子結構發生變化,引起人體生命過程的改變；也可以是間接的,即射線與機體內的水分子起作用,產生強氧化劑和強還原劑,破壞有機體的正常物質代謝,引起機體系列反應,造成生物效應。由於水占人體重量的70%左右；所以射線間接作用對人體健康的影響比直接作用更大。應指出的是,，射線對機體作用是綜合性的(直接作用加間接作用)，在同等條件下,內輻射(例如氡的吸入)要比外輻射(例如γ射線)危害更大。大氣和環境中的放射性物質,可經過呼吸道、消化道、皮膚、直接照射、遺傳等途徑進入人體,一部分放射性核素進入生物循環,並經食物鏈進入人體。

對人的影響

人和動物因不遵守防護規則而接受大劑量的放射線照射、吸入大氣中放射性微塵或攝入含放射性物質的水和食品,都有可能產生放射性疾病 ^[9]  。放射病是由於放射性損傷引起的一種全身性疾病,有急性和慢性2種。前者因人體在短期內受到大劑量放射線照射而引起,如核武器爆炸、核電站的泄漏等意外事故,可產生神經系統症狀(如頭痛、頭暈、步態不穩等)、消化系統症狀(如嘔吐、食慾減退等),骨髓造血抑制、血細胞明顯下降、廣泛性出血和感染等,嚴重患者多數致死。後者因人體長期受到多次小劑量放射線照射引起,有頭暈、頭痛、乏力、關節疼痛、記憶力減退、失眠、食慾不振、脱髮和白細胞減少等症狀,甚至有致癌和影響後代的危險。白血球減少是機體對放射性射線照射最為靈敏的反應之一。放射性輻射可誘發致癌機理目前有2種假説:一是輻射誘發機體細胞突變,從而使正常細胞向惡細胞轉變;二是輻射可使細胞的環境發生變化,從而有利於病毒的複製和病毒誘發惡性病變。除致癌效應外,輻射的晚期效應還包括再生障礙性貧血、壽命縮短、白內障和視網膜發育異常。

對孕婦及胎兒的影響

放射線具有能夠穿透人體,使組織細胞和體液發生物理與化學變化,引起不同程度的損傷的特性,胚胎或胎兒對X線及各種射線敏感性更高。根據照射量和照射期的不同,分別會出現以下後果:致死效應、致畸效應、致嚴重智力低下致癌效應 ^[9]  。根據有關資料介紹,青年婦女在懷孕前受到診斷性照射(0.007～0.005 Gy)後其小孩發生Down s綜合症的幾率增加9倍。低劑量的照射對胎兒是有害的。另1個引人注目的是職業女性,特別是護士和從事放射線診斷的醫療人員,她們在妊娠後由於職業關係胎兒受放射線照射而產生影響的問題已成為社會上普遍關注的大問題。受廣島、長崎原子彈輻射的孕婦,有的就生下了弱智的孩子。根據醫學界權威人士斯圖爾特先生的研究發現,受放射線診斷的孕婦生的孩子小時候患癌和白血病的比例增加。

放射線對生物機體的危害程度與機體吸收的輻射能量密切相關。如何對它進行防護,以減少射線的危害呢?減少體外照射和防止放射性物質進入體內是核輻射防護的基本原則 ^[5]  。使用電離輻射源的一切實踐活動,都必須遵從:①實踐正當化;②防護最優化;③個人劑量限制。

外照射防護的基本方法

(1)時間防護。

人體受照時間越長,人體接受的照射量越大,這就要求操作準確、敏捷,以減少受照射時間,達到防護目的;也可以增配工作人員輪換操作,以減少每人的受照時間 ^[8]  。

(2)距離防護。

人距離輻射源越近,受照量越大。因此應在遠距離操作,以減輕輻射對人體的影響。

(3)屏蔽防護。

在放射源與人體之間放置一種合適的屏蔽材料，利用屏蔽材料對射線的吸收降低外照射劑量。針對α射線、β射線和γ射線的防護，分別為：

①α射線的防護。

由於α射線穿透力弱,射程短，因此用幾張紙或薄的鋁膜,即可將其吸收，或用封閉手套來避免進入人體表及體骨,造成輻射。

②β射線的防護。

β射線穿透力比α射線強，但較易屏蔽。常用原子序數低的材料,如鋁、有機玻璃、烯基塑料等。

③γ射線的防護。

γ射線穿透力很強,危害極大,常用高密度物質來屏蔽。考慮經濟因素,常用鐵、鉛、鋼、水泥和水等材料。

內照射的防護的基本方法

（1）防止呼吸道吸收

氣體放射性核素如氡(Rn)，氚（3H）等可由呼吸道進入人體而被吸收，吸收率的大小與放射性核素的溶解度成正比

（2）防止胃腸道吸收

被放射性核素沾污的食物、水等，經口由胃腸道進入人體，吸收率的大小取決於放射性核素的化學特性，鹼族（如24Na、137Cs）鹵素（如18F、36Cl、131I）的吸收率高達100%，稀土和重金屬元素的吸收率最低，為0.001%～0.01%

（3）防止由傷口吸收

某些放射性核素如Rn、3H、131I、90Sr（液體）可透過完整皮膚進入人體，吸收率隨時間增長緩慢，當皮膚上有傷口時，吸收率就增加幾十倍以上，並使傷口沾污形成難以癒合 ^[10]  。