日本要请全世界干了这碗核废水!核辐射为何对人体伤害这么大?

CHEN

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9年半之前,日本福岛核电站在地震中损毁严重,堆芯全部熔毁,放射性物质外泄。对事故中的核废料处理手段颇受外界关注。

去年九月,日本环境大臣原田义昭对媒体表示:“我认为别无选择,只能把(核)污水排入大海,使污水稀释。”作为政府高官,他的发言已经很明确了。日本要向太平洋排放核废水!

这两天,日本政府终于采取“行动”了,表示将在本月(10月)决定约130万吨含放射性物质氚的核废水排放的具体时间。

当然,现在才说不表示以前没有这么干过,日本政府在2013年8月曾承认,福岛核电站每天有至少300吨遭受核污染的地下水流入海洋。

那么,核废水产生核辐射又是如何对人体造成伤害,这么多的核废水又是从何而来的呢?

核辐射,最隐匿也最致命

核辐射,也称电离辐射,是作为粒子或电磁波传播的辐射,其携带足够的能量以将电子从原子或分子中分离出来,从而使原子或分子电离。电离辐射由高能亚原子粒子,高速运动(通常大于光速的1%)的离子或原子,以及电磁谱高能端的电磁波组成。

当然,有电离辐射,就有非电离辐射,红外线、紫外线、微波和激光等就属于后者,生活中使用的手机、平板等电子产品发出的就是非电离辐射。

电离辐射包括α射线,β射线,γ射线与X射线、中子等。其中,α射线,β射线和中子等为高速粒子流,X射线和γ射线则为高能电磁波。其中,α、β和γ射线以及中子辐射是较常见的。

核辐射对人体造成伤害的原理,要从原子说起。

原子由原子核和电子组成,当然不同的原子其电子数量也不相同。原子核又由质子和中子组成,其中质子带正电荷,电子带负电荷,电子就像蜜蜂一样围着原子核(其实是其中的质子)这朵花转。

和电子一样,不同原子所拥有的质子数量也是不一样的。但是,质子都带正电荷,根据同性相斥的原则,质子数量超过1个就会出现互相排斥的现象,原子结构就会遭到破坏。

为了解决这一问题,中子出现了。中子本身不带电,因此不会与质子产生互斥。此外,它还会产生核力,这种强相互作用力将本应该相互排斥的质子结合在一起。正是因为这样,自然界才会有多种多样的元素,不然就只会存在一个质子的氢元素。

但是,中子并不是完全稳定的,有时候会产生衰变,变成一个质子和一个电子,其中的电子会被高速喷出,形成高能电子流,也就是上面提到的β射线。每次喷出的东西不一致,那么造成的辐射类型也就不同。

当有物质向外逃逸时,原子内部的稳定结构会受到影响,出现不稳定的状态,称之为高能态,蕴含了极大的能量。原子要维持稳定就必须将其释放出来,这就是γ射线的来源。

注意,γ射线的产生不是独立的,它是伴随着其他射线(如β射线)一起发射的。

向外发射高能粒子或射线的元素就是放射性元素。地球上有28种化学元素具有放射性,常见的有铀、钍、镭和氡。

原子核内部发生裂变形成新的原子核被称之为核裂变,这一过程像是帮派分立:从大帮派(原子核)中出来的几个马仔(质子+中子)自己建立小帮派(新的原子核)。

可以看出,想要实现裂变还必须保证大帮派中有足够多的马仔,也就是原子核中有足够的中子和质子。因此,能裂变的元素通常都是重元素(中子/质子越多,质量越大),如铀的同位素铀-235拥有92个质子和143个中子。

核电站都是采用裂变发电的形式,也就是说,核电站中存在大量放射线元素。

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核电站原理流程图 (图源:陈君等. 压水堆核电站结构材料的腐蚀行为研究进展)

核电站发电虽然听起来很高端,但本质上它也是“烧水”发电,将水的热能转变为电能,这和煤炭发电是一样的。

可以看出,核电站中是存在大量用来传递热量分水的,这些水由于和反应堆直接接触,因此会带有很大的辐射。这也是此次日本要排放的核废水的来源。

那么,核辐射是如何给人体带来伤害的呢?

前面说过,核辐射的本质是高速运动的粒子,如果照射到人体,那么就等同于受到连续的枪击。不过,由于粒子的微观性,这种“枪伤”都体现在人体内部。

核辐射会对人体细胞带来很大伤害,会使细胞中的水发生电离或激发,反应式如下:

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在这个式子中,字母后面的小黑点表示自由基(游离基),自由基的危害是多样的:

1. 削弱细胞的抵抗力,使身体易受细菌和病菌感染;

2. 产生破坏细胞的化学物质,形成致癌物质;

3. 阻碍细胞的正常发展,干扰其复原功能,使细胞更新率低于枯萎率;

4. 破坏遗传基因(DNA)组织,扰乱细胞的运作及再生,造成基因突变;

5. 破坏细胞膜,干扰细胞的新陈代谢,使细胞膜丧失保护细胞的功能;

6. 破坏蛋白质,破坏体内的酶,导致炎症和衰老;

7. 破坏脂肪,使脂质过氧化,导致动脉粥样硬化,发生心脑血管疾病

8. 破坏碳水化合物,使透明质酸降解,导致关节炎等。

可以看出,核辐射不仅会对受辐射体产生伤害,还会危及遗传物质导致后代的基因突变。

世界范围内都出现过核辐射受害的案例。上个世纪90年代中期,中国首例核辐射受害者宋学义捡到了遗失的放射性源铱-192,由于不知情,他将铱-192放进裤兜。

由于核辐射带来的伤害,他的手脚全部被截除,还患上了放射性白内障、肝硬化、糖尿病、心脏病等多种疾病。

核辐射在日常生活中也是存在的,比如在医院的X光机,据估算,人类所受到的集体辐射剂量主要来自天然本底辐射(约76.58%)和医疗(约20%),核电站产生的辐射剂量非常小(约0.25%)。

上面提到的几种常见射线(α、β和γ射线以及中子辐射)的强度是不一样的。α射线和β射线的穿透能力较弱,前者一般用纸都能隔挡,但是其电离性很强,因此直接接触还是有害;后者一般用常规挡板也能防护。

但对于γ射线和中子辐射而言,就必须使用铅板防护。这是因为铅的密度大,原子排布紧密,就像一张网格极小的渔网,阻挡辐射的效果相对最好。

X光机造成的辐射量是很小的,而且强度很低,人体通过自身是完全可以修复的。不过对于临床医生及放射科技术操作人员等需要长期接触的人群来说,必须做好防护。

“乘风破浪”的核辐射

为了防止核辐射外泄,在处理核事故时一般会采取封闭措施,但是日本这次来了一波“反向操作”,将废水直接排放到太平洋中。预计日本会在其东海岸排放废水(福岛位于东海岸)。

在水中滴入一滴墨水,墨水会随着水分子的运动而逐渐扩散,而被排放在海洋中的核废水,在洋流的作用下,会在全世界留下足迹。

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世界洋流(图源:https://ss1.baidu.com/6ON1bjeh1BF3odCf/it/u=2468489690,1973748772&fm=27&gp=0.jpg)

洋流是具有相对稳定流速和流向的大规模海水运动,会对气候、渔业产生影响。日本此次在东海岸排放的废水会随着日本暖流(也就是上图中的黑潮)、太平洋暖流运动,到达美国西海岸。

根据德国的南极海洋机构的研究,如果这130万吨废水排入海中,那么不到六个月的时间内,整个太平洋都会出现高辐射的危险。

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福岛核事故辐射尘图(图源:美国国家海洋和大气管理局)

当然,洋流的影响是全球性的,最终一定会扩散到全球。除了直接对沿海居民产生伤害外,其还会对水、海洋生物造成污染,引起生物畸变,最终对人体造成二次伤害。

当然,可能有人会认为这些废水在经过太平洋稀释后,不会对人体产生多大伤害。但事实是,核辐射对人体的伤害是慢性的,长期的,即使剂量较小,长期处于辐射环境还是会对人体带来伤害,这一点对沿海居民来说尤其明显。

对海洋中的生物来说,核辐射更为致命,会造成基因突变、影响物种繁殖,可能会导致更严重的生态灾难。

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