福岛的核辐射会钻进骨头,使X光片曝光吗?

  热点, 物理, 谣言粉碎机

流言: 我新加坡做医生的表哥提到,他一位在东京的医生朋友说,日本掩盖了事情的严重性,东京医院里的X光片全自动曝光了,辐射会侵入骨头,与钙交换位置,所以20年后,有很多这次遭遇地震的日本孩子或许会集体爆发癌症。

真相:

辐射与钙交换位置?

所谓辐射与钙交换位置,和方舟子前段时间痛批的“辐射过的牛奶会不会有辐射残留”有异曲同工之处。其实这种争论没有什么意义,只是有人把辐射和辐射物质混为一团罢了。辐射一般分为电离辐射和电磁辐射,在核事故中提到的辐射一般是指被α、β、γ射线以及中子束照射,射线所含有的电离能量传递给被照射物。而辐射物质是指可以发出这类射线的核素。比如可以发出γ射线的铯137;发出β射线的锶90等等。显然,辐射针对的是射线能量;辐射物质则是指放射性核素。这两者完全是两码事,流言想说的可能是辐射物质与钙交换位置,侵入骨质。而所谓的“辐射会不会残留”的问题,纠结的则是被辐射过的物质会不会具有放射性。这涉及到材料活化:有些稳定的物质被中子辐照后,会变为非稳定态,放出次级γ射线。这里就不作赘述了。

在福岛核事故中有多少锶漏出来了?

如果流言说的是辐射物质与钙交换位置,附着在骨头上,那是不是就可信了呢?

实际上,在核电站的辐射防护中,锶90的确被认为具有与钙相似的化学性质,一旦进入体内,可能会被骨头吸收,加之锶90半衰期长达29年,确实具有一定的内照射风险。

在核电站中,锶90来自于反应堆核燃料裂变的中间产物,会自衰变,放出β射线。在核电站正常运行时,辐射监督站会对其周边区域环境的一些放射性核素进行非常严密的剂量监测,与核电站建造之前的记录做比,判断核电站是否存在放射性泄漏。锶90就是需要关注的核素之一。不过锶90在天然环境中含量极少,基本是上世纪中叶大气层核爆的放射性落下尘的产物。以沉降物的放射性本底检查为例,一般情况下,总β本底剂量大概为1Bq/d*㎡左右,而锶90的活度只有0.01Bq/ d*㎡,只占总β活度的百分之一。[1]

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切尔诺贝利各种放射性核素的泄露情况

在福岛和切尔诺贝利核事故中,堆芯内的各种放射性物质由于各自的物理特性出现了不同程度的泄露[2]。惰性气体虽然释放量大,但因为大气弥散效应,对民众辐射剂量的贡献并不明显。挥发性元素中的碘131的污染半径较大,将近堆芯总量的一半都泄露出来,但因为半衰期较短,主要在事故前期造成危害,表现为在事故发生后的一个月左右,污染区的甲状腺疾病发病率有明显的增加趋势。至于铯134和铯137,它们的半衰期较长,辐射尘以气溶胶形式扩散,是核事故后辐射剂量的主要贡献核素。

而锶89和锶90主要以固化物存在,进入大气后以尘埃方式迁移,一旦遇到降雨,便容易进入土壤。但只要没有发生特大爆炸,这些物质主要停留在靠近地面的对流层中,沉积在电站周围数十公里的范围内。因环境含量极低,所以核电站一旦有轻微的泄露,这种核素就很容易被监测出来。由图表中亦可知锶90的泄露量仅占堆内总量的1/22,这个比例远低于其它放射性核素。上世纪80年代末,俄罗斯国家卫生防疫监督委员会在《对于放射性核污染区安排居民生活的建议》中就已经说明:切尔诺贝利事故中,由放射性核素锶对地区污染而导致的放射性有效剂量增加的份额,不到铯造成剂量的百分之一的水平。[3]

如果关注福岛事故的报道,可以注意到福岛周边污染区的锶污染情况报告主要出现在4月12日,日本文部科学省宣布,从福岛第一核电站附近土壤和植物中首次检测出微量放射性锶89和锶90;而在5月16日,东电在核电站取水口检测出海水锶89和锶90超标200多倍。这个数据比起铯137动辄超标几千倍的污染情况,显然处于较低的范畴。而且对健康的影响亦不甚明显。

另外,需要注意的是,与切尔诺贝利核事故有所不同,福岛核电站在陆地上的核扩散主要是因氢气爆炸所致,辐射物质来源于安全壳内的空气。与切尔诺贝利核电站直接向大气裸露堆芯的恶劣行径相比,福岛核电站在陆地上引起的核扩散可能要小于切尔诺贝利。虽然有机构评估福岛电站释放的放射物质总量超过切尔诺贝利,但这是考虑了向海水排放核污水的结果。有观点认为,福岛核事故对陆地造成的污染要好于切尔诺贝利。

总得来说,在福岛核事故中,放射性锶的扩散量非常有限,并不是对民众起主要危害的核素。

福岛扩散出的放射性锶有什么危害?

即使在福岛核事故中,放射性锶的扩散情况极其有限,可万一被锶89或锶90缠上了到底会有什么危害呢?

实际上,人体肾小管对钙的重吸收快于对锶的重吸收,所以肾排泄锶的速率大于排泄钙的速率,根本不存在锶与钙交换位置的情况。[4] 锶90被人体吸收后,会沉积在骨头表面或骨髓中。因此锶90也被称为“索骨者”。其对人体造成的内照射可能引发骨癌、白血病等等。[5]

这种“敲骨吸髓”的核素听上去可怕,但在微量水平下,锶对骨癌或白血病致病率的贡献并不明显。而且,作为本底剂量的一部分,我们每个人体内都含有微量的锶。

在医学领域,锶89和锶90亦有广泛的应用。锶90对于治疗眼疾或骨癌有一定的疗效。而锶89的医学应用更为广泛。上世纪80年代末, 欧美一些国家和日本就开始使用放射性同位素锶89来治疗骨转移引起的癌痛, 取得了良好的效果。1989 年, 英国批准氯化锶89 (SrCl2) 为前列腺癌骨转移止痛药品。1993 年, 美国批准氯化锶89为各种癌症骨转移止痛药。

锶89的氯化物以针剂形式进入人体后, 即迅速向骨骼沉集。可明显观察到锶89在骨转移病灶部分沉积率更高, 存留时间也较长。注射24小时后, 存在于血液中的锶89低于注射量的5%。骨骼以外组织中的锶89也通过肾脏和肠道排泄到体外。这种针剂被认为对于血液、正常骨骼和其它组织的辐照剂量极其微小, 是安全、有效的内照射核素。此外,治疗采用的针剂一般为1.5MBq/Kg的氯化锶89 水溶液[6];而在福岛事故中,机组取水口的锶放射性活度最高只有数千Bq/L,一吨这样的海水中含有的锶才可能与这种针剂相当。可见这样的剂量水平对健康影响是极其微小的。

锶89的这种吸收效率也几乎同样适用于锶90。大概70——80%的锶90会被人体排泄,只有不到20——30%的锶会被骨质所吸收。1%左右的锶会出现在血液或骨表面。这些被吸收的锶90并不一定会常驻体内,亦会在日常的代谢中被部分排出。

显然,放射性锶固然可怕,但在可控剂量水平下,它甚至被作为一种安全有效的内照射治疗方式应用于医学中。由此可见,以福岛目前的低剂量水平,扩散出的锶90对人体健康并不会有明显伤害。

X光片全都自动曝光?

这大概是此传言中,最骇人听闻的部分了。难道福岛事故之后,日本国民全都因摄入过多的放射性核素,变成了一个个放射源?试想东京、大阪的街上,每一个行人都在幽幽地发出射线,简直是科幻小说里的飘零末世。

那么事实是怎么样的呢?X射线的穿透力很强,它照射在人体组织时,穿透出来的部分先要照射在一些荧光材料上,让这些材料发出可见光,这些可见光再在底片上曝光。如果人体内的放射性物质也发出穿透力极强的γ射线,且剂量水平足以使荧光材料发出可见光,倒可能会使X片受到影响。但这在现实世界中几乎是不可能发生的。

下图是IAEA的一份全球医用X射线检查的统计表格。在数秒钟的X光照射中,人体吸收的有效剂量在0.1~4mSv之间。

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为简化计算,我们略去人体不同部位吸收射线的组织权重因子,将X光片照射时间定为2秒。那么,X光穿过人体时的剂量率大概在0.1~4 mSv/2S=0.05~2 mSv/S,即180~7200 mSv/h。

如果体内的放射性核素要使X光片曝光,那么其发出的射线剂量必须在此量级以上。对于普通居民而言,这是几乎不可能的事情:

放射性锶发出的是β射线,穿透力并不强,很容易以电子对的形式湮灭。锶89的β射线在人体组织中的最大射程仅为8毫米。因此附着在骨头上的锶发出的β射线能量大都耗尽在组织和器官本身。穿透肌肉组织和皮肤而到达体外的射线能量非常有限。我们在对人体锶含量进行检查时,根本无法用体外照射计数(WBC)的方式进行测取,而只能通过尿检予以推测。

另外,人体内放射性核素的剂量水平也几乎不可能达到180~7200mSv/h的量值。因为即使在核电事故一线,救援工人的内照射剂量也不可能有如此之高。何况哺乳动物的急性致死剂量只有10SV左右[7],如果人体长期处于几百乃至数千mSv/h的内照射水平之下,急性致死率非常高,不可能如流言所说,等到20年后才会集体爆发癌症。

值得一提的是,γ射线的穿透力较强,目前福岛居民进行全身辐射剂量监测的工作,即是用极敏感的γ射线技术仪从体外探测γ射线剂量,测算污染区居民的内照射情况。但套用上面的计算公式,亦可知,使X光片自动曝光的可能性极小。

现在的福岛到底怎么样了

目前,在日本本土的辐射污染仍然是3月中旬,安全壳泄压操作以及氢气爆炸造成的辐射尘埃扩散。由于碘131的衰变殆尽,辐射污染区已经缩小了百分之二十。按照切尔诺贝利的经验,甲状腺发病率的提高是核事故中最为显著的健康影响。然而不同的是,切尔诺贝利事故中,苏联政府瞒报灾情,在核事故发生后的一个月,照常举行大型的户外集会庆祝五一劳动节;加之散发碘片等防护措施不到位,才使得甲状腺发病率有显著的提高。而在福岛灾祸发生时,日本政府的响应比较及时,民众的自我防范意识比较强,甲状腺发病率被认为不会有明显的变化。[8]

从文部科学省对全国环境剂量水平的调查结果可以看出,虽然福岛事故之后,一些地区的辐射剂量一度升高,但眼下已经基本恢复至正常范围之内。在这样的剂量水平之下,很难得出“很多这次遭遇地震的日本孩子会集体爆发癌症”乃辐射所致的结论。[9]

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文部科学省对全国环境剂量水平的调查结果

近段时间,一些食品的铯含量超标是福岛事故比较显著的后遗症:福岛近千头肉牛因使用了核事故时堆放在户外的稻草而铯含量超标。日本当局业已禁止污染区的肉牛上市销售。一些茶叶铯含量超标的新闻亦屡见报端。但这些食品中的铯含量并不高,对群体致病率的贡献几乎没有影响。

关于污染区的土壤治理工作,日本农部省正在进行植物、沸石净化以及丝状菌转化核素的相关试验,希望恢复利用被辐射尘污染的土壤。最近金泽大学名誉教授田崎和江宣称利用丝状菌属的微生物混合高岭土、硅藻土粉末,将南相马市的一块受污染水田的剂量率减少了90%,值得我们期待。

与陆地污染相比,海水污染的问题可能更加复杂。因为这是核应用史上,人类首次向大海排放如此之多的放射性污水,我们还缺少经验。从切尔诺贝利事故的后续调查来看,海水对放射性核素具有非常强的稀释和净化作用。福岛核电站向海水排放的放射性核素会在黑潮和亲潮的作用下,在广袤的太平洋中被稀释。前段时间SIROCCO给出的洋流建模分析亦是相同结论。

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日本列岛近海海流的走向。

福岛核电站方面,东电已经建立起循环净化冷却系统,将堆内的高放射性废水抽出,净化处理后再注入反应堆中进行冷却,一切都在稳定好转之中。电站中因氢爆导致的沾染有放射性物质的残骸,是工作人员面临的主要辐射危险。8月初,东电曾发布消息,经γ射线相机拍摄发现,核电站1号和2号反应堆之间排风通道底部的辐射剂量达到事故以来的最高值。这实际上是三月中旬进行卸压操作时,排风管底部沉积下的辐射尘埃。只不过东电一直没有用γ射线相机探测到罢了,并不意味着形势恶化。而这种局部热点的高剂量值,只是放射尘埃集聚造成的点源效应,针对的防护和清理手段很多,不大会对工作人员或者民众造成损害。

鉴于核反应堆已经趋于稳定冷却,向外部泄漏的核辐射量明显减少,日政府宣布将在对3公里警戒圈的核辐射量进行检测的基础上,朝着允许居民临时返家的方向进行调整。这是福岛事故最后一块被隔离的土地。灾民有望在避难飘零的半年之后,看一眼魂牵梦绕的家。

结论: 这就是福岛事故现在的情况。虽然核事故造成了大片的污染区、迫使食品禁止出售、灾民背井离乡;但没有X光片会因内照射而自动曝光,也不会有成群的孩子将在20年后集体爆发癌症死去。灾祸终将过去,生活还得继续。我想,与其以他们为蓝本捏造谣言,倒不如衷心地祝福他们,早日走出核辐射的阴影。

 

参考资料:

[1] 核电秦山联营公司(NPQJVC) 《秦山第二核电厂最终安全分析报告》
[2] 王德福 《切尔诺贝利核事故及其后果》 辐射防护通讯 2000.9
[3] 俄罗斯国家卫生防疫监督委员会 《对于放射性核污染区安排居民生活的建议》
[4] 王伟 《锶对骨生成的影响及其应用研究进展》 西北国防医学杂志 2009.10
[5] USEPA-radiation protection-strontium
[6] 郭瑞璜 《用锶89治疗骨转移癌痛》 放射性同位素 1996.4
[7] 潘自强 《辐射效应和水平研究的进展—联合国原子辐射效应科学委员会第44次会议简介》 辐射防护通讯 1995.6
[8] 日本核应急响应指挥部 《日本政府递交的报告——关于东京电力公司福岛核电厂事故》 IAEA部长级核安全会议 2011.6
[9] JAIF 《Environmental effect caused by the nuclear power accident at Fukushima Daiichi》 As of August 11.

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