核污染，关键是放射量有多大

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转自果壳网

日本福岛核电站事故是人类核能历史上继1979年美国三哩岛、1986年乌克兰切尔诺贝利之后的第三次核危机。此次危机是全球性的、长期性的，必将对国际政治、经济、能源、环境、社会以及文化等方面产生深远的影响。危机发生之后，随着受损机组情况的反复，公众的焦虑也是有增无减。其中最受到关注的莫过于放射性物质对环境和人类的影响问题。因为这个影响并不局限于一两个个体，而是涉及到了整个社会和公众的健康，我们必须从严谨的科学角度探讨求证，以期得到最准确的判断。

问题：核污染究竟有多大的量？

若要对此次核危机对环境的影响有一个准确的把握，首先要解决的就是一个量的问题。最近国内的新闻常常出现“爆炸性”的标题比如“黑龙江大气检测出放射性元素”。同样，在美国新闻中也出现了类似的报道，比如“日本核泄漏到达华盛顿州”。在我看来，这些新闻标题多少有些“哗众”的意思。我并不反对新闻运作的基本规则，但对于这一类事件的报道媒体应尽可能地采取理性的科学的角度。


举例来说，3月18日，美国环境保护署和能源部发表声明说在加州Sacramento的监测站发现了氙-133（此同位素自然界中不存在，因此可认为是从日本扩散而来），浓度为0.1Bq每立方米。一个对核物理没有什么了解的普通读者，看到这样一条小心，心里自然会咯噔一下，即便媒体在随后的报道中给出了“专家解读”，声明这种浓度的辐射不会对人体造成影响，由此造成的不安全感恐怕也很难清除。所以，我们有必要弄清楚，这个污染量究竟意味着什么。


我们知道放射现象无处不在，无论是在空气，水，土壤中都含有放射性元素。地球内部就含有大量的铀，正是这些元素衰变产生的热量让我们生活的地球保持了“热度”。人体内也含有很多放射性元素，有铀，钍，镭，钾-40，碳-13和氚等。其中主要是钾-40，共有17mg左右。换算成放射强度有4.4x10^3贝克（Becquerel或Bq，物理意义为每秒衰变的次数）。


假设人呼吸的速率为每分钟20升（美国核管会设立的中等劳动强度下呼吸的速率标准），通过简单计算可知，一个人需要在前述空气条件中呼吸4.2年才能积累到和人体内钾-40同样的放射强度水平。
实际上计算中并没有考虑到强度的衰减，放射性元素在体内的有效存积，人在不活动时呼吸速率的减缓等因素，因而4.2年的结果是一个非常保守的估计。这也是为什么美国环境保护署和能源部声明的标题是这样说的：“Radiation Monitors Confirm No Radiation Levels of Concern have reached the United States”（辐射监测站确定没有可担心的辐射到达美国，www.epa.gov/radiation）。


有朋友可能会问，钾和氙是两种完全不同的放射性元素，怎么能放在一起比较呢？让我们先看一下它们的衰变。核物理的数据表明它们都是β衰变，每次衰变钾-40放出一个能量为0.585百万电子伏特的β粒子（实际是90%的机会，剩下10%放出1.49百万电子伏特的γ射线）。而氙-133每次放出的β粒子能量仅为0.1百万电子伏特。从能量上看，氙-133对人体的影响就更小了。


其实，这个问题是一个非常好的问题，因为它引入了一个非常重要的概念，也是Health Physics的核心问题——剂量。剂量是人们为解决此类问题建立的一个标准平台，在这个平台内不同的放射性元素可以做相同的比较。另外一个主要的因素，就是大量科学研究显示剂量和生物体受到的影响可以用线性关系描述。


顺便说一句，为什么核安全行业在美国会有Health Physics 这么一个名字呢？这还得从美国二战时发展原子弹的曼哈顿计划说起。当时随着曼哈顿计划的进展，大量的放射性物质被生产出来，随之而来的安全与健康方面的研究也受到高度重视并迅速发展起来。在给这个行业起名的时候，为了战时的保密需要就起了这么一个听起来好像有点沾边，但仔细一琢磨又不知道到底是干什么的名字。战后，这个名字就和其他一些当时的保密代号象什么Y-12、K-2     5（它们都是铀235的分离设施）的一起被沿用下来。

科技名博微博
作者介绍：董海涛，现在美国的一所大学司职核安全官（Radiation Safety Officer）。我所从事的行业叫做Health Physics，是一门结合了物理、化学、生物、工程、管理等多种学科知识，致力于人类能够安全地了解与利用核能的学科。在美国，核能利用的监管部门是美国核管理委员会（Nuclear Regulatory Commission, www.nrc.gov），行业协会是 Health Physics Society, www.hps.org，有兴趣的朋友可以上网了解。

巴依尔

关于nuclear~~~，我只想说不。

TA或许给人类带来一时的快意，却潜藏着无尽的麻烦

camus

阿秋

希望可以平安度过危机。