[科普中国]-放射生态学

研究概况

山于原子能在工、农、医各个领域的广泛应用和核武器的频繁试验,随之带来放射性对环境的污染和对人畜的伤害,引起人们的广泛注意和高度重视。世界上相应地成立了“国际放射生态学家联合会”(IUR),该学术组织于1985年9月在比利时布鲁塞尔召开了第八届年会,对放射生态学的现状、任务和未来进行了讨论2。

核能在工业上用得最多的是核电站,从1954年苏联第一个核电站建成和195了年美国希平港一号核电站投产以来,核电工业在国外得到了迅速的发展。据国际原子能机构(IAEA）1984年底公布的数字,全世界已有354个核电站投入使用,还有180个正在建设中,总发电能力为2200亿瓦,占世界总发电量的12%。1984年日本原子能开发长期l气蜘各研究会提出了一份题为《今后原子能开发应立足于长远观点来考虑》的报告,对核发电规模的长远发展作了估算,认为到20:10年,核电在整个发电设备的装机容量中所占的比率将达50%。目前世界上核电站最多的国家是美、苏、法、英和日本。法国和比利时核能发电占全国总发电量的50%以上,芬兰和瑞典已超过40%,瑞士已超过36%。估计到2000年,随着核能的利用,世界各国产生的放射性将达百万居里以.上。但人们的智慧既然能够给人类创造并且提供新的如此无穷无尽的能量源泉,那么人们也就能够控制这些能量源泉为人类造福和保证人们安全地生活和劳动.目前许多国家和地区都开展了放射生态学的调查研究工作,研究放射性废气、废水、废料对周围环境的污染,包括对水源、土壤、食物的污染,以及从上壤到植物,从植物到动物,最后到人体的生物链(包括阻断生物链)的研究等。IUR几年来开展了大量放射生态学的科研工作,并相应地成立了8个工作组。

放射性排出物在空气中和在水中的消散，其中有些组分被选择吸附或沉积在植物叶丛或河底，有些核素将通过食物链的迁移和再浓集而引起间接辐照。这种放射生态学浓集的研究，主要考虑长寿命裂变产物如铯-137，锶-90和铈-144，以及活化产物如锰-54和钨-185等的环境行为。在经过一种或多种中间转移环节之后，能导致食物链出现某些优先浓集过程，致使人或动物食入高于一般浓度的放射性物质。

环境放射性来源及其转移途径来源天然来源的环境放射性来自地球所含放射性核素(三个天然放射系核素及40K、87Rb等)及初级宇宙线与大气中原子核相互作用生成的宇生放射性核素(主要是14C和3H等)3。它们可随岩石风化、浸渍或大气沉降物进入生态链,地壳放射性也可以射气或粉尘形式进入大气。除氛及其子体外，这些放射性核素主要通过食物和水进入人体。

环境中人工放射性核素来自人类的放射性实践。例如，核爆炸放射性产物按其爆炸方式及有关条件不同分别释入大气、水域和土壤。释入大气层上层后以干式沉降为主,释于下层的则以雨淋、雪霜载带等湿式沉降为主转归于土壤或水域。核燃料加工和核动力工厂,以及使用开放型放射性核素的单位的废气、废水排放和固体废物的处理也可能将放射性散布于环境,污染大气、土壤和水域。除核爆炸或核事故在初期可经由呼吸道、皮肤进入人体外,核设施正常排放废物和全球性沉降主要也是经由消化道进入人体。

转移途径文献早就报道环境放射性向人体转移的各种途径。ICRP给出过这类转移图式,随着认识的深入而渐趋完善。最近给出了转移图式,可视为这种转移的典型途径：

释入大气的放射性物质向人的简要转移途径

释入地面和水的放射性物质向人的简要转移途径

事先估计常规或事故释出的放射性物质和公众所受辐射剂量或剂量当量之间的关系，推荐了浓集因子法和系统分析法：前者假定在排放率和环境介质中放射性浓度达到平衡，后者则是真实系统的动力学的理论近似,即浓度是时间的函数。

在图1~2的转移中采用了隔室化和离散化的方法。隔室化就是用一些设想是均匀、分隔的单元(即隔室)的集合体来模拟实际体系。离散化即是把环节内核素浓度随时间和空间的连续变化过程近似为在一定时间间隔和空间区域内不变而分离的过程。这样，放射性核素的行为可用一阶动力学方程近似描述，最后用线性方程求解连续变化过程近似为在一定时间间隔和空间区域内不变而分离的过程。这样,放射性核素的行为可用一阶动力学方程近似描述,最后用线性方程求解。

为了定量描述环节间的过程，定义了各种环境参数。主要的环境参数是:放射性沉降量或排放量和土壤蓄积量,放射性沉降量或排放最与植物污染量，土壤蓄积量和植物体转移量(可表示为全株或可食部分），动物摄入量和体内滞留量,食品污染量和加工后存留量，家禽摄入量和肉、蛋内转移量,水污染量和水生物富集量及分布,人的摄入量和器官组织的蓄积量及所致吸收剂量或剂量当量；利用相对权重因子估算居民有效剂量当量。

为估算居民剂量,应特别重视环境介质的核素含量水平、转移到人的食物链及其份额。在图1~2中已包括了人类全部的食物来源。

影晌放射性核素生态转移的因素放射性核素理化性质化学性质与放射性核素相似的元素以及稳定性同位素有时会明显影响该核素的环境转移4，如钙对于银、镭的放射性核素，钾对于艳的放射性核素，1H对于3H，使有必要提出银、镭、绝及氮单位的概念。淡水中无机盐浓度比海水小得多，淡水中生物浓集因子通常比海水中的高,而且比海水中的范围宽得多，这是因为淡水水质受地点、时间、象、地质因素影响较海水要大的原故。分子态碘主要由吸入进入动物或人体，离子态碘主要以水溶物形式进入水系或植物，而有机结合碘(如CH3I)则更易被人体吸收。129I因半衰期短主要以鲜奶形式食入，而131I因其半衰期长，练乳或奶粉食入同样是重要途径。水生系统中微量元素的特殊化学行为(如吸附、胶体等)也会起重要作用。

环境因素环境因素(地理、气象、水质、土壤等)。地理和气象因素影响的突出例子是核爆炸时地点和气象条件明显影响放射性沉降的范围和速率。近期降雨会将烟云中大量放射性物质降落地面造成严重的局部污染。监测表明,过去核试验沉降物最高地域是北纬40。~50。。核工厂放射性废水排入海洋时，在水流平稳的海滩,细粒子沉积于沙底质形成淤斑，放射性主要影响底栖鱼类及海底生物,而在水流湍急处形成乳状混浊液,影响波及中、上层海生物。大气沉降灰污染主要限于土壤表层。植物从土壤的吸收量取决于土壤含量、核素与土壤结合的牢固程度、根系吸收能力和该核素从根系转入食用部分的分数等。137Cs比90Sr、131I与土壤颗粒结合更牢固而难于被植物吸收，酸性土壤易于溶解可溶性放射性物质而促使它们转入植物,含大量石灰岩、白翌质矿物的土壤因钙含量高而影响植物对碱土族放射性核素的吸收。

生物体代谢因素各类生物按其生理代谢特性,对放射性核素的吸收、蓄积和排出各不相同,表现为各生态转移环节具有特有的转移系数。植物根系对铭、绝比对佣、忆及沛吸收能力大是因为常量元素钙、钾是机体必要的营养元素，并受机体代谢调节。观测比(OR)反映化学类似元素对放射性核素代谢的影响,它是某环节某放射性核素与化学类似元素的浓度比值与前一环节这一比值之比。其生态学意义是表示这两环节间转移的代谢差异。在防护上观测比匀倒数定义为防护系数。此外，某些元素可选择性存于特定组织或器官内,对人体会造成该组织或器官的辐照，对转移环节而言,若选择性积存于可食部分则更应重视。

人类膳食习惯同一国家居民各种食品食用量由于地区、民族、职业、年龄乃至经济状况而有很大差别,各国之间更由于民族、风俗习惯及经济发达程度而不同,并随时代发展而变迁。有人曾按膳食中钙含量差别,将各国大致分为四种类型:(1)绝大多数欧洲、北美和大洋洲膳食含钙量大于0.8克/人·天,其中70~90%来自奶和奶制品,膳食中90Sr主要来源是奶类,(2)南欧、拉美国家膳食含钙量是06~07克/人·天,其中60~80%来自奶和奶制品,蔬菜消费量有所升高;(3)阿联、土耳其、印度等国膳食含钙量为0.3~0.45克/人·天,谷类、蔬菜消费量更多;(4)锡兰、日本等国膳食含钙量为0.2~0.35克/人天,主要来自谷类、蔬菜和豆类,奶巳不是钙的主要来源。90Sr主要来自谷类和蔬菜。

辐射环境保护辐射环境保护是本次会议的另一热点。参加本次会议学术交流论文多,参与讨论人数广泛。代表性研究项目一方面有生物体内非效果初i交的辐射累积剂量研究和利用IAEA砌护``辐射安全环境模型(F侧R[ASn),开展的模型计算;另一方面侧重现场测量数据的精确获得及合理使用等。

切尔诺贝利事故切尔诺贝利事故的发生在世界范围对于核能工业5、政府政策、国际关系产生了极大影响。在其负面影响的同时,也促进了核工程学、风险分析、事故后果管理、流行病学和放射生态学的发展。国际学术界尤其是欧盟对该事件及其环境效应进行了20多年的研究工作。法国、英国、俄罗斯、瑞典等国完成大量禾旧于工作,在农业生态系统的修复、城市环境去污、核素在森林、草地和水体中时空动力学分布等方面取得重要进展。从另一方面,事故的发生,对于相关领域的禾胶水平产目洲贡疑,而且在某些地区,辐射影响依然存在。

福岛核事故日本放射利学研究所的吉田博十专题介绍了福岛核事故后辐射环境现状,包括辐射剂量分布、场外应急搬迁范围、核素释放种类和总量；土壤、气载、海水、生态环境、食物和饮用水中核素分布与浓度，并与切尔诺贝利事故的影响进行比较等。报告没有作结论,只是强调需要深入研究、更多可靠数据的获得和加强国际合作研究等。