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中國醫學科學院放射醫學研究所，天津市放射醫學與分子核醫學重點實驗室 300192；2華東師范大學，河口海岸學國家重點實驗室，上海 200241

2011年3月11日，日本東北海域發生了里氏9.0級大地震，引發了15 m的海嘯，導致日本福島第一核電站氫氣爆炸，并發生了核事故。日本福島核事故產生的大量放射性物質泄漏進入大氣、陸地和海洋中（如3H、131I、137Cs、90Sr、14C、239Pu和240Pu等）。按照國際原子能機構的分級將此次核事故定為7級特大事故[1]。2021年4月13日，日本政府決定在未來2年，當福島第一核電站核廢水罐的容量達到蓄水峰值后，將稀釋過的核廢水排入海洋，這一決定引起了世界各國人民的密切關注。海洋面積占地球總面積的71%，具有豐富的自然資源，是人類賴以生存的寶貴財富。Behrens等[2]曾利用海洋模型對日本福島第一核電站排放入海的放射性物質的擴散路徑進行模擬分析，結果表明，核廢水排放第57天后，太平洋大部分地區將被污染；3年內將對美國和加拿大產生影響；10年左右將擴散至全球海域。因此，日本政府將核廢水排放入海的行為會使全世界受到影響。我們就日本福島第一核電站核廢水排放入?？赡軐χ袊a生的影響進行述評，并提出可行性的應對措施和建議。

1 放射性物質的總量與種類

日本福島第一核電站發生泄漏后，各個國家和機構根據大量環境放射性監測結果對此次事故排放的放射性物質進行評估，其總量約為940 PBq（131I當量），是前蘇聯切爾諾貝利核事故時釋放的放射性物質總量的1/6[3]。日本福島核事故釋放的放射性物質主要通過海洋表層洋流、海洋內部水體和大氣等3種途徑向外界傳播[4]。其中，釋放進入大氣的放射性核素主要包括Xe、Kr、I、Cs、Zr和Nd等；進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有80%進入太平洋，19%沉降于日本，約1%沉降于北美和歐亞大陸等地區[5]。

2 主要放射性核素及其檢測方法

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自于核事故后為堆芯降溫注入的冷卻海水以及滲入反應堆的地下水和降水，這些水直接與反應堆堆芯接觸并發生反應（圖1）。因此，這部分核廢水包含反應堆中的各種放射性核素，包括一些長半衰期裂變核素和超鈾核素等。日本福島核事故產生的核廢水主要利用多核素處理系統（advanced liquid processing system，ALPS）進行處理，ALPS可以過濾除3H以外的大部分放射性核素。研究報告表明，經過ALPS處理后的核廢水仍有72%高于日本排放標準（數據截至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，每天經過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罐內的核廢水已達125萬噸，預計到2022年秋季，日本東京電力公司準備的約1000個共計137萬噸容量的存儲罐將全部裝滿（https://www.tepco.co.jp/indexj.html）。核廢水的處理可以通過地層注入、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題成本最低的一種方式。

圖1 日本福島核事故核廢水的來源及處理的示意圖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其發射的射線種類的不同采用相應的分析方法及儀器進行分析測定。3H是核電站運行中產生及排放的主要放射性核素之一，其半衰期為12.43年，發生β衰變。水中3H的測定主要經過蒸餾、電解富集濃縮，然后將水樣與閃爍液配比混合后，利用液體閃爍計數器測定其活度[8]。

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

134Cs和137Cs的半衰期分別為2.06年和30.17年，均能發射β射線和γ射線。因此，可以利用γ能譜儀直接測定其活度，但是由于環境中134Cs和137Cs的濃度較低，同時γ能譜儀探測效率較低，需要對樣品進行富集濃縮。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測量儀測定其活度[10]。

90Sr的半衰期為28.79年，發生β衰變，環境中的90Sr經過復雜的放化分離及純化步驟（如鍶樹脂分離、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數器測定；也可以制備成β樣品源，利用低本底β測量儀測定[11]。近幾年，也有學者利用電感耦合等離子質譜儀（ICP-MS）測定環境中的90Sr[12]。

3 對海洋生態環境及公眾健康的影響

目前，關于核輻射對環境和生物體的影響仍有很多研究工作正在開展，大量核廢水排入海洋，對海洋生態系統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海洋生態系統中的食物鏈及食物網富集，有研究結果表明，海洋中魚類、甲殼動物、軟體動物、浮游植物和大型海藻對銫的富集系數分別為100、50、60、20和50[13]。人體攝食受污染的海產品后，富集在海產品中的放射性物質進入到人體內，其輻射劑量可能超過人體可接受的范圍。核廢水中的放射性物質不僅本身具有很高的毒性，而且半衰期長，進入人體后造成內污染，形成持續的內照射損傷，嚴重者會引起放射性白血病，慢性放射性損傷會造成神經系統、心血管、胃腸道以及免疫系統功能的障礙，長期還有增加發生腫瘤的風險[14]。

對公眾而言，更關心的是未來海產品能不能吃，食用海產品是否安全？核廢水排放到海洋后雖然經過海洋生態稀釋、懸浮顆粒物吸附清除等過程而濃度逐漸降低，但仍含有3H、14C、90Sr和137Cs等長半衰期放射性核素長期存在于海洋中。當局部海洋的放射性物質超過海洋自身的稀釋和清除等凈化能力時，就會造成該海域一定程度的放射性污染。因此，海產品能否食用，需要看海產品是否來自于受污染海域以及海產品本身的吸收等過程是否受到了放射性污染。如果海產品中放射性核素的檢測結果符合國際相關標準，說明其對公眾并沒有危害，可以放心食用。

如果在未知情況下，攝入過多的放射性核素，也可以通過一些促排藥物將體內攝入的放射性核素排出體外，減少其對人體的傷害。如3H被人體攝入后迅速與體內的水達到平衡，導致全身分布，其產生的β射線會對人體造成內照射損傷?？刹扇》貌杷涂Х鹊确椒p少3H的體內積存量，嚴重者服用利尿劑（如雙氫克尿噻）促進3H的排出。90Sr進入體內后主要沉積于骨骼中，對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阻止人體對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]。主要通過服用普魯士藍來阻止放射性銫的體內吸收。

4 科學看待日本福島排放核廢水事件

海洋是人類的寶貴資源，日本福島核事故廢水排放對全球的影響是深刻且長遠的，對海洋環境和漁業產生的影響尤為突出[16]。如何應對這一問題，我們提出如下建議。

（1）建立海洋預警監測體系，加強海洋生態環境及海產品的放射性污染監測

大量核廢水進入海洋，對人體有直接危害的途徑主要是通過攝食海產品后造成放射性核素的生物累積，進而對人體產生一定的危害。監測攝入途徑作為保護公眾健康的重要組成部分，不僅可以及時反映公眾攝入的食品是否存在危害，同時對消除公眾的消費恐慌具有積極作用。已有研究結果表明，在較長時期內維持對食品的輻射監測有助于逐步恢復受影響地區內外的食品分銷商、零售商和消費者的信心[17]。因此，加強海洋生態環境樣品及海產品中放射性核素的監測至關重要，也是判斷海產品是否受到污染的必要手段。中國從2010年起開始制定國家食品安全監測計劃并組織實施，監測的食品包括蔬菜、糧食、奶粉和肉類等，分析的放射性核素包括137Cs、90Sr、110mAg、210Po和238U等[18]。然而，目前僅沿海重點地區涉及海產品中放射性核素的監測，其他內陸省份對海產品的放射性監測不作要求。因此，應擴大我國對食品中放射性核素的監測范圍及種類，擴大食品的監測調查網，為隨時應對核事故等突發事件做好準備。

（2）建立快速的應急監測和醫療應急救援技術體系

目前，針對海洋中放射性核素的檢測方法仍然存在耗時長和步驟復雜等問題，從樣品采集到獲得結果往往需要幾天甚至更長時間，無法滿足核事故快速應急的需求。環境中放射性核素的活度水平能夠直接反映出受污染的嚴重程度，而快速檢測是為醫療應急救援提供指導的重要前提。中國《衛生部核事故和輻射事故衛生應急預案》中明確指出，應建立飲用水和食品中放射性污染的快速檢測方法體系，加強技術儲備[19]。因此，建立快速的分析檢測方法體系也是迫切需要解決的科學問題。

核事故醫療應急救援是核事故應急救援的重要組成部分，我國核事故和輻射事故三級救援體系包括現場、當地和?？凭仍?。提高一級救援的時效是提高整體救援時效的關鍵；二級救援是決定整個救援任務是否成功的關鍵；三級救援則是考驗我國中、重度及以上傷員救援水平的重要環節，三者分工明確，又相互補充[20]。核事故應急救援關鍵技術是救援的重要保障，如外照射、內照射和生物劑量的快速估算、核污染人員的快速洗消、多功能內污染促排藥箱和抗輻射藥物的研發等。

（3）加強監督管理

日本福島核廢水排入海洋，各國際組織和機構應加強對日本排放的核廢水的監督和監測工作，排放核廢水的核素種類、濃度和排放總量等相關信息應及時向國際社會進行通報。同時排放入海核廢水中的放射性核素應符合安全排放要求，以確保核廢水排放不會對環境造成污染。同時應采取利益攸關方參與的第三方檢測和監測的方式，并將相關監測結果對外公開。

（4）加強核科普的教育和宣傳

核能是一種清潔能源，現階段我國正在大力發展核電，這是我國向國際社會承諾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，我國運行核電機組共49臺，裝機容量達到5102.716萬千瓦，2020年核電發電量占全國發電總量的4.94%（http://www.china-nea.cn/site/content/38577.html）。而公眾對“核”的認識并不全面，如2011年日本福島核事故后發生的“搶鹽”事件、認為核照射后的食品容易致癌等。這些缺乏科學依據的觀點可能引起公眾不必要的恐慌，對我國核電事業的健康發展也可能產生阻礙。因此，加強核科普教育及宣傳是消除公眾“核恐慌”的有效途徑，可以通過建立核科普教育基地、印發核知識的圖書、開發自媒體等渠道宣傳有關核科普的知識，對公眾進行正確引導，做好風險認知和溝通。中國醫學科學院放射醫學研究所自2016年成立天津青少年核科學教育基地至今，以各種途徑和形式對青少年和公眾進行核科學、核應急防護與自救等知識的宣傳，受眾已達12萬余人。

5 小結與展望

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。核事故對人類和環境的影響是重大而長遠的。如何從核事故中汲取教訓，保護公眾，減少甚至消除其對人類健康的危害需要各國的共同努力。同時需要在技術上進行革新，研發更為先進的反應堆，避免核事故的再次發生，從根本上減少核廢水的產生和釋放，從源頭上確保核安全，利用核能更好地造福人類。

利益沖突本研究由署名作者按以下貢獻聲明獨立開展，不涉及任何利益沖突。

作者貢獻聲明蘇鍇駿負責論文的撰寫與修訂；徐文清、焦玲負責文獻的收集與分析；杜金洲、樊賽軍負責論文的審閱與修訂。