[科普中国]-辐射生态学

辐射生态学简述

辐射生态学是一门研究放射性物质在生态环境中的行为、归宿和对生态系统影响的学科。随着人类对环境质量的普遍关心，辐射生态学在各种废弃物放射剂量和背景监测，核电站废物管理与处理，放射性物质对生物系统作用剂量与后果，放射性物质的环境归宿等方面取得了大量成果。1

辐射生态学研究的内容1.研究自然界放射性环境。有机体及其群落之间的相互关系；放射性核素在态系统内的迁移和积累规律以及在特殊生态系统中通过生物链或食物链最后进入人体的各环节的蓄积速度（如土壤、空气、水和生物群中）、机制、途径、危害及防护措施；

2.研究环境中放射性核素的长期行为和生态效应；由于有机体活动而引起的放射性核素的转移和浓集；

3.研究放射性给养的生态链和储有丰富的放射性矿物的矿藏或放射性污染的指示种；

4.研究由于放射性物质迁移的结果。对人类健康和遗传造成的危害以及为制定有关的标准或法规提供科学依据；

5.研究有关重元素如铀和钚以及难以控制的物质如氚和氪对环境的影响；

6.研究环境（尤以农业环境）放射性本底调查以及污染水平评价和质量控制；

7.研究从核装置流到较大河流的放射生态学；

8.研究有关放射生态学数学模型。

环境中放射性核素的行为是由一些非常复杂的自然过程和环境条件所支配的，自然过程可以在生物组织中把放射性核素浓集到比空气和水环境介质高几个数量级的水平；当放射性核素浓集到足够大的浓度时，它必将对所有的生命体系产生有害的影响。放射生态学是一门重要、复杂和多变性的科学，因而必须应用涉及多种学科的处理方法才能达到解决实际问题的目的。

国内外关于辐射生态学的研究简况国外1923年前苏联报道了X射线对生态的影响，1944年在美国华盛顿州的汉福特地区首次发生大量放射性核素棑入环境事件；1946年在太平洋核爆炸前后进行了环境监测，显然这属于放射生态学领域。核试验的不断进行与核工业的迅速发展已带来生物圈中人工放射性物质全球散布和区域污染；大气圈中的人工放射性核素已进入地球表面化学元素的生物地球化学迁移循环。因此，一切生物有机体除接受天然辐射的辐照外，还接受人工放射性核素的外照射以及结合在动植物及人体组织中的内照射。因而对生物圈中人工放射性核素的转移及其对动植物和人的照射后果的研究和评价己成为放射生态学的迫切任务。

国际放射生态学家联合会1985年在比利时布鲁塞尔召开了会议，对放射生态学的现状、任务和未来进行了研讨，并相应成立了八个专业研究组进行国际协作研究：

从核装置流到较大河流的放射生态研究组；

从土壤到植物转移因子研究组；

从植物到动物转移因了研究组；

核废物处理研究组；

数学模型研究组；

放射生态学未来目标研究组；

发展中国家特殊需要研究组；

海洋环境研究组；

当前世界上许多国家和地区都开展了放射生态环境的调査研究工作；研究放射性废气、废水、废物对周围环境的污染以及从土壤、水源到植物、从植物到动物、最后到人体的生物链（包括阻断生物链）的研究。主要解决放射性核素在生态系中的迁移及对生物有机体的辐射效应。国际科联环境问题委员会组织的国际研究项目之一“人工放射性核素的生物地球化学途径”，通过大气圈过程和陆生生态系过程收集、分析人工放射性核素的坏境通道；研究以核反应堆为核心的核燃料循环过程中（含正常与事故条件下）与核试验中释放至环境的源项（人工放射性核素）在大气、陆地、水系（海汴）以及人与生物体中输运、扩散、积累、迁移与分布规律（包括食物链过程），及其对人类健康与生态环境影响的评价，从而为保护环境与人类健康作出贡献。放射生态学研究结果的重大实践意义在于，它为评价进入人类环境的放射生物学后果提供了科学依据。保护环境免受污染（包括放射性污染）像人口、粮食、能源问题一样，成为当今世界上急需解决的重大问题之一；加强放射性生态环境的研究，已成为世界各先进国家进行研究的主要课题。放射生态学研究的特点是模型化、规范化，非常重视对环境放射生态的考察，这是国际放射生态学研究和发展的总趋向。

国内1958年，配合在我国建立的第一个重水反应堆，首次开展了放射生态学调查，它标志着我国放射生态学工作的开始，其后在建立一整套核工业体系过程中，在铀矿山和各种核工厂周围广泛地进行了放射生态学调査。50年代末和60年代，中国科学院、中国农业科学院分别建立了45个环境放射性本底监测站，围绕着各种核反应堆、核燃料工厂、核试验对我国生态环境的影响以及核电站的建立、模拟核事故对农业生态环境的影响，开展了大规模的研究和环境监测、环境保护等工作；获得了核工业、核农学、核医学等多方面的研究资料；为估价核试验对我国的污染状况、对居民造成的照射剂量和卫生学评价，为进一步研究环境放射性与人体健康的关系，制定饮水、食品、农畜产品、水产品等放射性核素限制标准等提供了重要的科学资料和依据；综合起来反映在如下两个方面：

现场调査、评价、制定有关标准：

调査了我国沿海海域及海产品的放射性含量水平；长江水系放射性水平调查及评价；我国天然辐射水平分布与居民所致照射剂量评价；我国核试验下风向酒泉地区水和土壤放射性污染和居民内、外照射剂量评价；制定了我国食品中放射性含量标准；新疆核试验现场周围居民区放射性水平和居民健康调查；我国磷矿、磷肥中天然放射性核素含量调查；前苏联切尔诺贝利核电站亊故后对我国的放射性污染调査；中国核工业30年辐射环境质量评价；我国秦山核电站和大亚湾核电站运行前、后半径50公里范围内农业生态环境本底及放射性水平调査等。

核爆炸现场效应试验与核事故或模拟核亊故对环境影响的研究：

研究了大气层核爆炸的四种杀伤因索（光辐射、冲击波、早期核辐射和放射性污染）对农作物、种子、化肥、土壤、荫种、畜禽等的破坏范围、特点和规律；核爆炸后尽快恢复农业生产的可能性及减轻损毁、损伤等防护措施。模拟核事故情况下。研究了农作物、蔬菜、牧苹、鱼、鸡等对放射性核素从土壤到作物（粮、棉、油、菜、牧草等）、从水到水生生物、从饲料到家禽等各环节的吸收、积累、转移规律，提出了处置污染的措施，为应急处理提供了理论依据。研究结果所获得的转移系数在我国是首次提出，开始改变了引用国外资料的状况。这些参数对制定放射性“三废”排放标准、评价核事故后果和计算人体内照射剂当量是必不可少的。预报核事故对公众的受照剂量的计算模式国际上可以通用，但放射性核素在环境中的转移参数必须用符合自己国家情况的研究。结果才更符合实际。

除研究人工放射性核素对环境影响外，还研究了天然放射性核素U、Ra等（磷肥中）通过田间施肥向农作物中的积累、转移规律。得出了转移系数，为减少土壤污染、合理施用磷肥起到一定指导作用。

环境辐射的类别天然辐射1.宇宙射线

宇宙射线的作用约在1910年被发现。在海拔高度低于2300英尺的高空中，电离辐射率随海拔高度上升时减小，超过这一高度以后，随着高度上升，电离辐射率迅速增加宙射线可能起源于无限的星球空间，当太阳发生耀斑时，地球上的宇宙射线强度明显增强，但太阳并不是宇宙射线总通量的主要贡献者，因为宇宙射线通量在昼夜间很少有变化。

宇宙射线有“初级宇宙射线”和“次级宇宙射线”之分，那些尚未与地球大气圈、岩石圈和水圈中物质发生过相互作用的宇宙射线是初级宇宙射线，这些宇宙射线的主要成分包括85%的质子、约14%的α粒子以及少于1%的重核。次级宇宙射线是由初级宇宙射线与物质相互作用形成的，主要由亚原子粒子组成，诸如π介子、μ介子和电子。在20000公尺高度以下的宇宙射线几乎都是次级宇宙射线，其中约有70%是介子，30%是电子。在海平面，宇宙射线通量中，约有少于1%的成分是质子。

2.宇生放射性核素

宇宙射线与大气圈中的物质相互作用，不断产生大量放射性核素，大部分是以散裂形式产生的碎片，也有一些垦稳定原子与中子或μ介子相互作用产生的活化产物。在散裂作用产生的放射性核素中，约有70%出现 在平流层，30%产生于对流层；除了3H和14C外，其它放射性核素如10Be、36Cl、32Si、22Na、35S、32P等，浓度都很低，要用很灵敏的方法才能探测到。氚与地球上的水和氢相互混合，得到稀释；而14C与氧结合而生成14CO2，与大气圈中的CO2混合。14C通过光合作用而进入植物体内，每克碳中每分钟约有15个14C放射性核素衰变。应用测量含碳材料中14C活性的方法，可以确定非常古老生物样品的年龄。某些宇生放射性核素如3H也可在核曝炸中产生。因此在研究上述核素的地球化学行为时，核爆试验产生的核素必须予以考虑。

3.原生放射性核素

在地球形成期间出现的放射性核素称为“原生放射性核素”，与地球同时形成的放射性核素有很多，但半衰期较长、一直存在至 今而且仍可探测到的原生放射性核素中间，意义最重要的是E、U和Th。U和Th都能产生放射性子代系列，尽管有许多子体放射性核索的寿命是短的。由于它们能不断地从长寿命的母核中产生出来。因此，它们仍广泛分布于环境之中。

4.环境介质中的天然放射性核素

远在地球上产生生命的时刻。放射性在生物学过程中就起了重大作用。1975年以来，在非洲发现了所谓“O一KLA”灭然反应堆，被称为“奥克劳”现象，指在加莲发现的史前时代“天然反应堆”。

天然放射性核素在然界分布广泛，岩右、水、土塽、大气、各种建筑村料及动植物组织中都含有一定数量。只不过由于地区不同而有较大波动。岩石中花岗岩中最多，火山岩次之，沉积岩屮的石灰岩最少。

1.磷酸盐中的天然放射性核素

2.煤和飞灰中的天然放射性核素

3.建筑材料中的天然放射性核素

4.海洋中的天然放射性核素

人工辐射世界上主要人工辐射源包括：核爆炸、核能生产中产生的人工辐射源或加工过的天然辐射源以及医疗照射和消费品中应用的辐射源等；它们在一定的时间和地点不同程度地通过各自的途径：迁入生物圈或局部生态系。

核爆炸：1945至1993年。5个核大国共进行2018次核爆炸，引起生物圈污染的顶峰时期发生在50年代末60年代初；造成的全球性放射性沉降至 今还在威胁着人们。核爆炸裂变产物混合物中，总的放射性核素种类可达200种左右。但能存活几小时以上的只占很小一部分，因为许多放射性核素都是短寿命的；土壤、空气、水以及核装置周围材料中的各种元素与中子活化作用是核装置产生放射性的另一个来源。在大型裂变-聚变核装置中，活化产物提供的放射性品种繁多，数量巨大，在地面或地下爆炸时尤其如此。根据USAEC的保健与安全实验室对全球性采样网络的分析，截止1973年，生物圈中积聚的90Sr已达4.44X1017Bq左右，核爆炸产生的放射性沉降物，全部或部分随烟云消散于大气层中。核装置的类型和组成对产生的放射性种类有显著影响；而核爆炸当量大小和地理位置对于排入生物圈放射性的数量有决定性作用。核战争幸存者们接受的剂量（500万吨核裂变）比人的平均寿命所受的自然本底照射剂量少1/3，明显小于高本底地区所受的辐射剂量。

核能生产

核能生产包括铀矿开采、矿石加工、铀燃料生产、反应推动力生产、燃料后处理、各生产部门之间的放射性物质的运输和废物处置等一系列工业流程核燃料除用于制造核武器外，主要用作核电站、船舰、潜艇等核动力。IAEA动力堆情报系统（PRIC）的统计，至1989年底全世界共有核发电堆435座，累计运行经验达5454堆年。核电站在设计工艺先进、正常管理的情况下是安全的，但在核能生产过程的各个环节难免会有少量放射性物质排放到环境中。释放出的放射性物质半衰期大部分较短，分散到较远距离时已衰变掉很多，所以大部分放射性物质仅能造成局部坏境污染。但长寿命核素则能扩散到很远的地方，如14C 、129I 、3H 等。2

辐射源和放射性同位素的应用放射性同位素在理、工、农、医、科学研究、教育等方面的应用和潜在的用途有几千种。放射性物质的生产、运输、应用和处置的各个环节都有机会把放射性排入环境，存常规的，也有偶然性的。放射性核素可用来测定许多物质的运动和行为，包栝原了、分子、细胞、流体、粒子和气体等。用作辐射源，可测量材料的数量和质量，同时可使有机或无机材料产生各种变化。封闭性辐射源用途诸如消灭昆虫3、医学诊断和治疗、食品消毒、烟雾检测、材料和厚度的测量，一般情况封闭辐射源不会对环境产生明显的污染。但有时容器破损、辐射源丢失或放错地方等均会发生意外污染。