Science：放射性污水排放的风险

第一作者：Jim Smith

通讯作者：  Jim Smith

通讯单位：  University of Portsmouth

论文DOI：10.1126/science.adi5446

正文

Figure 1．A fisherman in Ōkuma, Japan, fishes from a sea wall built after the tsunami
in 2011 led to meltdown of the nearby Fukushima Daiichi nuclear plant. PHOTO:
ONAS GRATZER/LIGHTROCKET

2011 年，日本东海岸发生地震和海啸，导致福岛第一核电站的三个反应堆熔毁。这导致大量放射性物质不受控制地释放到周围陆地和太平洋。10 多年后，福岛核电站又开始向太平洋排放新的放射性污水。福岛核电站历史上造成的海洋污染包括大量长寿命放射性铯-137（¹³⁷Cs），因此这些新的污水排放引起了广泛关注。然而，与事故造成的污染相比，这些排放物对人类和水生生态系统造成的总辐射剂量要低得多。此外，水生生态系统，包括切尔诺贝利灾难现场周围的水生生态系统，已被证明对辐射具有显著的恢复能力。因此，福岛新释放的辐射预计不会对海产品消费者或海洋生态系统造成实质性影响。

福岛污水中放射性活度最高的污染物是氚 (³H)，其形式为三价水 (HTO)。这种分子无法从污水中分离出来，因为其化学性质与非放射性水相同。与其他放射性核素[如天然碳-14（¹⁴C）和人为 ¹³⁷Cs]一样，氚在衰变时会发射高能 γ 射线和 β 粒子，会对生物体产生影响，尤其是 DNA 损伤。但是，与其他放射性核素相比，氚的摄入放射性毒性很低，这是因为氚的 β 辐射很弱，在体内的停留时间相对较短。因此，世界各地的核设施通常会将含有 HTO 的污水排放入海（见图）。

法国拉海牙核设施每年向英吉利海峡排放 ∼ 10,000 太贝克勒尔（1 TBq = 10¹² Bq；贝克勒尔是每秒产生一次衰变的放射性元素量）的 HTO，1996-2016 年期间的年排放量在 8000 至 12,000 TBq 之间。拉海牙释放的 HTO 对人体的辐射剂量（以希沃特为单位，定义为沉积在组织中的能量，同时考虑到人体生物学对不同辐射类型的反应）很低[<0.01 微希沃特/年（μSv/年），而核基地释放对公众的建议限值为 1000 μSv/年]，并且没有发现或预计会对环境造成影响。例如，对加拿大核设施附近河流中暴露于 7700 至 21,900 Bq/升（相比之下，拉海牙附近海水中的 HTO 含量小于 50 Bq/升）HTO 的鱼类（黑头鲦鱼）进行的研究表明，HTO 可诱发 DNA 损伤（通过彗星测定法测量），但未观察到对鱼类存活或各种健康指数的影响。

福岛每年将释放 22 TBq HTO，比拉海牙每年的释放量少 450 倍。福岛计划的年排放限值与该设施作为发电沸水反应堆（BWR）运行时的限值相同。与其他类型的核反应堆相比，沸水反应堆产生的氚较少，因此最初设定的限值与其他一些类型的反应堆相比较低。日本政府为福岛污水选择极低的释放限值，是出于社会方面的考虑，例如对当地渔业声誉的影响。因此，根据目前的辐射安全建议，计划的释放时间将比严格意义上所需的时间更长（30 年）。

福岛排放的污水中会有氚以外的放射性核素。污水已经过一系列塔处理，通过离子交换化学反应去除污水中的大部分放射性元素。如果辐射水平高于排放限值，污水将在排放前再次进行处理。但处理后仍会残留极少量的其他 30 种放射性核素，包括 ¹⁴C、⁶⁰Co、⁹⁰Sr、¹³⁷Cs 和 Pu 同位素（1、2）。在这方面，福岛核泄漏与世界其他核基地的常规核泄漏并无不同。例如，2019 年，英国塞拉菲尔德核基地的 HTO、¹⁴C、⁶⁰Co、¹²⁹I、⁹⁰Sr、¹³⁷Cs 和 Pu 同位素排放量分别是福岛核泄漏年计划排放量的 19 倍、1600 倍、320 倍、180 倍和 1000 多倍。2019 年，塞拉菲尔德附近海产品消费者受到的辐射剂量增加较低，主要是由于附近一个用富铀磷矿生产磷酸的非核基地历史上排放的天然放射性所致，核基地造成的剂量约为磷酸生产厂家的三分之一。

Figure
2. Tritium from the Fukushima Daiichi releases in context.

在排放过程中，福岛污水被稀释 100 倍，这样氚的含量将是日本政府规定限值的 2.5%，其他 30 种相关放射性核素的总和将低于限值的 1%。计划排放水中的氚含量上限为 1500 Bq/升，是世界卫生组织指定的饮用水氚含量上限 10,000 Bq/升的 14%。

为了确保福岛核泄漏中的辐射水平低于监管限值将开展监测。这包括分析污水中存在的所有 30 种放射性核素，包括氚、α 和 β 辐射总量，以及 γ 辐射放射性核素的能谱。国际原子能机构（IAEA）将在整个∼30 年的排放期间，对 1 公里长的海上排放管道附近的污水、海水和水生生物进行测量，从而对这一过程进行独立验证。自 2023 年 8 月 24 日开始首次排放以来，东京电力公司（TEPCO）、国际原子能机构（IAEA）和日本农林水产食品部（Ministry for Agriculture, Fisheries and Food）提供的公开信息显示，该地点 3 公里范围内的氚含量可以忽略不计。截至 9 月 13 日，在福岛核电站 3 公里范围内的 10 个地点进行的 251 次海水测量中，只有一次（10 Bq/l）超过了 8 Bq/l 的检测限。在排放点南北 4 至 5 千米处的两个地点，25 条鱼体内未检测到氚（检测限值∼8 Bq/kg）。用更灵敏的方法以及当释放量高于第一批释放量时（氚含量 ∼ 200
Bq/l），可能会检测到氚。

有人对氚的生物放大作用（污染物在生物体内的浓度增加）及其对海洋生物的潜在有害影响表示担忧，但这些担忧并未正确反映风险。如果按计划以 HTO 的形式释放氚，则氚不会产生生物放大作用，因为生物对氚的吸收和分布与水的吸收和分布相同，而水不会产生生物放大作用。不产生生物放大作用的原因是 HTO 和 H₂O 的化学性质相似，这意味着 ³H/¹H 比率在化学和生物过程中基本保持不变。事实上，这正是福岛的水处理设施无法将 HTO 从普通水中分离出来的原因。当 HTO 被水生生物消化时，氚可以作为有机结合氚（OBT）在有机分子（从而在生物体内）中保留更长时间。但是，即使假设暴露时间较长，辐射剂量率也微乎其微。

独立研究人员和国际原子能机构使用包括水中弥散、生物放大、不同放射性毒性和生物体内较长滞留时间在内的模型，计算了经处理的福岛污水中的氚和其他 30 种放射性核素的辐射剂量。根据这些计算结果，释放的所有放射性核素对生物体的剂量率（以沉积在组织中的能量计，Gy）都非常低： <0.005 μGy/hour 和 <0.0001 μGy/hour。这些水平都低于 40
μGy/hour 的剂量率，而 40 μGy/hour 的剂量率被认为是不会对动植物组织造成破坏，从而对生态系统产生影响的极限值。

水生生态系统对放射性污染的适应能力令人惊讶，因为损害生物的发育和繁殖所需的剂量相对较高。对切尔诺贝利和福岛附近湖泊的研究发现，辐射对水生无脊椎动物的数量和多样性以及发育和遗传指标没有影响。在切尔诺贝利的湖泊中，鲈鱼（Perca fluviatilis）的雌性性腺成熟略有延迟，但鳊鱼（Rutilus rutilus）没有受到影响，鱼类状况指数与未受污染的湖泊没有区别（6）。此外，受污染最严重的湖泊中的鱼类种类繁多。切尔诺贝利水体中的辐射剂量率比福岛排放的辐射剂量率高出 1000 多倍。

根据计算，福岛核泄漏计划中的放射性同位素通过包括食用海产品和沐浴在内的所有潜在途径对人类造成的辐射剂量小于 1 μSv/ 年。这比天然本底辐射每年 2400 μSv 的全球平均辐射剂量小数千倍。天然辐射的风险主要来自于体内受到 a 和 β 辐射以及来自体内或体外的 γ 辐射造成的 DNA 损伤。因此，可以将天然辐射的作用模式与福岛核事故的辐射作用模式进行比较。天然辐射剂量差异很大--全球数百万人每年接受的辐射剂量大于 10,000 μSv。目前的辐射防护模型假定，任何额外的剂量都可能导致癌症，因为所有的电离辐射都可能损伤 DNA。但是，与天然辐射等相比，福岛核泄漏产生的辐射剂量低于 1 μSv/year 预计不会对公众健康造成任何影响。

福岛核泄漏对太平洋的影响也可以通过考虑自然环境中的放射性来理解。福岛储油罐中的氚含量为 860 TBq，每年有 22 TBq 排入太平洋。太平洋目前含有 50 万 TBq 天然氚和 250 万 TBq 人为氚，后者几乎全部来自过去的大气层核武器试验。此外，在太平洋 80 亿 TBq 的总放射性中，所有氚只占 0.04%，其中大部分放射性来自天然存在的钾-40（91%）和铷-87（8.6%）。值得注意的是，人们很早就意识到海水中的放射性，但并未将其视为健康危害。

对辐射的恐惧可能会损害福岛渔业社区的生计，他们仍在从 2011 年事故造成的禁渔和声誉损害中恢复。为了以最佳方式保护海洋环境，应将资源和注意力集中在气候变化、过度捕捞和塑料污染等关键压力因素上。辐射防护科学清楚地表明，如果按计划进行，福岛污水排放不会对太平洋生物或福岛海鲜消费者造成真正的威胁。任何大幅偏离排放计划的行为都会很快被监测人员发现。预计其他地方的政府和研究人员也会在排放期间密切监测太平洋的放射性。福岛的计划排放很可能是受到最严密监测的核基地污水排放。

总结

这篇文章讨论了福岛核电站核污水排放对人类和海洋生态系统的影响。文章指出，废水中最高活性的放射性污染物是氚，其辐射毒性较低且不会积累在生物体内。文章还强调了将资源和注意力集中在关键压力因素，如气候变化、过度捕捞和塑料污染上，以保护海洋环境的重要性。但文章缺乏对福岛核电站核污水排放计划的详细讨论，同时没有讨论核污水释放对当地渔业和旅游业的潜在影响，也没有讨论可能的公众反应和舆论压力，同时缺乏对福岛核电站核污水释放可能对周边国家和地区的影响的讨论，更重要的是缺乏对福岛核电站污水排放可能引发的长期环境影响的讨论。

文献链接：

https://www.science.org/doi/10.1126/science.adi5446