不同于核武器爆炸造成的放射性污染,核泄漏事故也有其一些固有的特征,两者的比较见表1.
核爆炸时,所有的弹体物质被气化,特别是地爆时,大量的土壤、水分被卷入火球中并被高温所熔化或气化,与放射性物质充分混合后随着火球的冷却凝结成较大的放射性颗粒沉降到地面,造成污染。同时,还会产生强烈的感生放射性。而发生核泄漏事故时,一般既不会形成放射性熔渣,也不会在核反应堆主厂房外产生感生放射性。核泄漏的放射性物质,主要是以烟状或雾状释放到环境中,它比核爆炸时形成的放射性落尘的体积要小得多。
核爆炸时,弹体中的放射性物质是在爆炸瞬间释放到环境中的。而核泄漏出的放射性物质,如不能及时得到有效控制,可能会在一段时间内(数小时甚至数天)持续地释放到外环境。
核事故泄漏的放射性物质一般会上升到几十米至几百米的高空,并形成烟羽团。通常,烟羽团在近地面风的作用下向下风方向漂移,从而对一定范围内的空气、地面、水源,以及人员和各种物体表面造成放射性污染,这个污染范围称为烟羽区。烟羽区的下风边界距离核泄漏点一般不超过10千米。另外,核泄漏事故还可能引起水、牲畜、蔬菜等被放射性污染,这些被污染的区域称为食入区。食入区下风边界距离核泄漏点一般不超过50千米。相对于核爆炸,核泄漏情况下这两个区域的范围小得多,且放射性污染的程度也要轻得多。
核爆炸时的核辐射对人员的伤害,主要是落尘沉降的外照射和吸入内照射造成的。而核泄漏事故的核辐射对人员的伤害,则主要是由放射性烟羽的浸没外照射和吸入内照射造成的,特别是放射性碘的吸入,对人员伤害起主要作用。
核事件的分级
目前的国际核事件分级制(INES)是由国际原子能机构(IAEA)和联合国经济合作与发展署的核能机构(NEA/OECD)共同制定,是评定核事件严重程度的国际标准。INES适用于核电站和与核反应堆有关的设施发生的事故。INES包括8个(0~7)级别,其中0级在安全上无重要意义,因此人们经常也只说分成7级。其中,1~3级为“事件”,4~7级为“事故”。
在“事件”中,1级为异常;2级为普通事件,虽没有产生场外影响,但场内有明显的放射性污染且个别工作人员遭受过量的辐射照射;3级属于严重事件,场外虽有少量放射性污染,但公众所受的辐射照射小于规定的限值,而场内放射性污染严重且有个别工作人员的健康受严重影响。
在“事故”方面,如果达到4级,则表示有小量放射性物质释放到场外且公众受到的辐射照射相当于规定限值的水平,同时,核反应堆堆芯和辐射屏障出现显著损坏,可能出现工作人员遭受致命辐射的情况;5级属于具有场外风险的事故,放射性物质有限释放,此时核反应堆堆芯和辐射屏障出现严重损坏;6级是重大事故,放射性物质向场外释放显著,必须全面实施场外应急;7级则是特大事故,大量放射性物质向场外释放,人体的健康和环境污染范围广泛。
为了拓展INES分级制在实践中的应用,也常把1~7级分别称为:单次异常、事件、重大事件、区域性事故、大范围区域事故、重大事故和特大事故。这样的分级便可覆盖核与辐射技术应用中的其他放射性事件,包括医院的X线诊断和治疗、辐射源的工农业应用、放射性物质的运输等实践。值得注意的是,这样的等级划分不仅覆盖了真实发生的事件后果,也覆盖了潜在的事件后果。
为了更加直观了解和应用国际核事件分级制,表2结合已发生的一些事故及其对人和环境的影响、设施的控制与安全防护情况作进一步说明。
11 核事故中常见放射性核素的危害
如果核电站不能正常运转,反应堆内产生的混合产物(核裂变产物)可能会向周边地区释放出放射性污染物。对健康具有风险的主要放射性核素为放射性碘和放射性铯。
1 放射性碘
碘是具有金属光泽的紫黑色结晶物质,易升华,是人体内有重要生物活性的微量元素,是甲状腺素的重要成分。碘的同位素共有24种,核事故时辐射防护的主要对象是碘-131(131I),是核电站事故早期环境中放射性碘的主要成分。
放射性碘进入人体的主要途径是随饮食摄入,其次是随受污染的空气吸入(后者只发生于放射性烟羽通过时期)。含放射性碘的牛奶是人们摄入放射性碘的主要来源,牛、羊、猪和鸡蛋也是人们摄入放射性碘的来源。此外,水生动植物对碘有很高的浓集能力,若反应堆事故释放的放射性核素污染了天然水体,则其中的食用动植物也可能成为公众摄入放射性碘的来源。
碘-131的半衰期是8天。放射性碘进入人体后迅速蓄积于甲状腺,甲状腺中的碘含量比其他器官或组织中的含量高几百倍,甚至几千倍,可引起甲状腺炎、甲状腺功能减退,远期可发生甲状腺结节和癌变。放射性碘内照射的远期危害是对甲状腺的致癌效应。甲状腺癌的发生率与剂量有密切关系,切尔诺贝利核事故后受放射性落下灰照射的马绍尔岛居民,被诱发甲状腺癌的危险度是(1.6~9.3)×10-4Gy-1.其潜伏期因受照条件而异,可长达40年,儿童较短,约为10~15年。
切尔诺贝利的经验表明,放射性碘是切尔诺贝利事故影响的主要因素,它导致超过5 000例儿童甲状腺癌病例的发生,受照人群的年龄均在0~18岁。儿童摄入放射性碘的危险性比成人更大,因为儿童的甲状腺小于成人,同一活度的放射性碘,儿童摄入后甲状腺所受的剂量是成人摄入后的2~10倍。
2 放射性铯
铯(Cs)是元素周期表第Ⅰ族碱金属,属稀有元素。铯的原子序数为55,共有31种同位素,其中铯-134至铯-146为裂变产物,生物学意义最大的是铯-137,为β、γ辐射体,物理半衰期为30年,β粒子的平均能量为0.17 MeV,子体137 Bam放射出的平均能量为0.66 MeV的γ量子。
铯-137是公众受全球性放射性落下灰照射剂量的主要放射性核素之一,可经消化道、呼吸道、皮肤和伤口进入人体。特别是极易从胃肠道吸收,吸收率约为100%。经呼吸道的吸入量只占食入量的1%左右。
母体内的铯可经胎盘进入胎儿,还可经乳汁分泌。由于铯在体内分布均匀以及其子体137 Bam的γ量子在体内的穿透力较强,各组织均会受到体内铯-137较均匀的照射,引起多器官放射性损伤。
铯-137属中等毒性组核素,但由于环境中的放射性铯对公众的照射剂量很低,迄今尚无人群损伤效应的流行病学资料。有关放射性铯的生物效应资料基本来自动物实验,铯-137对动物机体的生物效应包括急性辐射效应如骨髓破坏、造血功能不良、白细胞和血小板显著降低、贫血、败血症和出血症候群等,远期辐射效应如甲状腺癌、淋巴肉瘤、神经元纤维肉瘤和乳腺癌等。
12 人体受核辐射的主要途径
在反应堆的堆芯损坏事故中,包含核裂变产物的混合放射性物质会释放到外部。这些放射性核素对公众成员的照射,一方面来自于放射性烟云所致的低剂量外照射,另一方面来自通过吸入和食入受放射性物质污染的食物和水产生的内照射。此外,救援人员、第一响应者或核电厂工作人员也会受到较高剂量的职业外照射或内照射。
核电站事故可释放出多种放射性核素,在事故早期,主要释放的是惰性气体和碘,而在事故晚期,则主要释放长寿命的核裂变产物。人体可能受到核辐射的主要途径包括经污染空气的吸入、经污染食物和水的摄入、经皮肤吸收和沉积的放射性物质照射。一般情况下,吸入遭到放射污染的空气,还有摄入污染的食品、水和牛奶是最重要的影响途径,尤其是某些水产植物或动物性食物,比如鱼类,能够富集金属同位素。
辐射作用于人体的方式主要有以下4种:
(1)外照射:辐射源位于人体外对人体造成的辐射照射。根据人体受照射部位的不同,可分为全身受照和局部受照。
(2)内照射:进入人体内的放射性核素作为辐射源对人体的照射。其中,辐射源沉积的器官称为源器官,如放射性碘进入机体后主要沉积在甲状腺;受到从源器官发出辐射照射的器官则称为靶器官。
(3)放射性核素外污染:放射性核素沾附于人体表面,会对人体局部构成外照射,同时也可经过体表吸收进入血液,进一步构成内照射。
(4)复合照射:以上3种照射中的两种以上同时存在时,称为复合照射。
射线照射对人体健康的影响
任何人都生活在放射性环境中,天空大地,山川草木,房屋建筑,粮食蔬菜,甚至人体体内都有可能散发出放射性物质。生物界乃至人类在千百万年的进化过程中,一直存在于天然辐射照射的环境之中。在这样的低水平辐射照射下,对人类并未造成什么不良影响。随着科学技术水平的发展与人类生活水平的提高,在我们日常生活中如乘飞机、戴夜光表、做X线检查与吸烟等都会接受一定的辐射剂量。
但是过量的辐射剂量照射对人体可能会造成一定的辐射危害。能从临床上观察到并对人体有健康影响的照射均有剂量阀值,一般来说小于100毫西弗的照射不会引起辐射危害,而当短期接受大剂量的辐射照射时才会引起人体的伤害(表3)。
14 核泄漏事故时进行环境监测的目的与内容
核泄漏事故时对环境进行放射性监测的目的是为了及时掌握事故现场周围环境的放射性污染水平、范围、特点和随时间的变化情况,以及对周围公众可能造成的辐射照射剂量,并做出对健康影响的卫生学评价,以便尽快向主管部门和公众通报监测数据和评价结果,为有关部门采取防护措施决策提供依据,为保护环境,确保公众健康与安全服务。
一般来说,核泄漏事故的全过程分为三个阶段,即早期、中期和后期。事故早期主要是烟羽外照射和吸入烟羽中放射性核素的内照射;事故中期是地面沉淀的放射性核素外照射以及摄入污染食品和水引起的内照射;事故后期是摄入污染食品和水引起的内照射。根据事故不同阶段的特点,其环境监测目的与内容也略有不同。