日本福岛核废水排放入海的影响及建议措施

苏锴骏 徐文清 焦玲 杜金洲 樊赛军

1中国医学科学院放射医学研究所，天津市放射医学与分子核医学重点实验室 300192；2华东师范大学，河口海岸学国家重点实验室，上海 200241

2011年3月11日，日本东北海域发生了里氏9.0级大地震，引发了15 m的海啸，导致日本福岛第一核电站氢气爆炸，并发生了核事故。日本福岛核事故产生的大量放射性物质泄漏进入大气、陆地和海洋中（如3H、131I、137Cs、90Sr、14C、239Pu和240Pu等）。按照国际原子能机构的分级将此次核事故定为7级特大事故[1]。2021年4月13日，日本政府决定在未来2年，当福岛第一核电站核废水罐的容量达到蓄水峰值后，将稀释过的核废水排入海洋，这一决定引起了世界各国人民的密切关注。海洋面积占地球总面积的71%，具有丰富的自然资源，是人类赖以生存的宝贵财富。Behrens等[2]曾利用海洋模型对日本福岛第一核电站排放入海的放射性物质的扩散路径进行模拟分析，结果表明，核废水排放第57天后，太平洋大部分地区将被污染；3年内将对美国和加拿大产生影响；10年左右将扩散至全球海域。因此，日本政府将核废水排放入海的行为会使全世界受到影响。我们就日本福岛第一核电站核废水排放入海可能对中国产生的影响进行述评，并提出可行性的应对措施和建议。

1 放射性物质的总量与种类

日本福岛第一核电站发生泄漏后，各个国家和机构根据大量环境放射性监测结果对此次事故排放的放射性物质进行评估，其总量约为940 PBq（131I当量），是前苏联切尔诺贝利核事故时释放的放射性物质总量的1/6[3]。日本福岛核事故释放的放射性物质主要通过海洋表层洋流、海洋内部水体和大气等3种途径向外界传播[4]。其中，释放进入大气的放射性核素主要包括Xe、Kr、I、Cs、Zr和Nd等；进入海洋中的放射性核素主要包括3H、90Sr、14C、129I、131I、134Cs和137Cs等。日本福岛核事故泄漏的放射性物质有80%进入太平洋，19%沉降于日本，约1%沉降于北美和欧亚大陆等地区[5]。

2 主要放射性核素及其检测方法

放射性核素包括天然放射性核素和人工放射性核素，而核事故排放到海洋中的主要是人工放射性核素。日本福岛核事故废水主要来自于核事故后为堆芯降温注入的冷却海水以及渗入反应堆的地下水和降水，这些水直接与反应堆堆芯接触并发生反应（图1）。因此，这部分核废水包含反应堆中的各种放射性核素，包括一些长半衰期裂变核素和超铀核素等。日本福岛核事故产生的核废水主要利用多核素处理系统（advanced liquid processing system，ALPS）进行处理，ALPS可以过滤除3H以外的大部分放射性核素。研究报告表明，经过ALPS处理后的核废水仍有72%高于日本排放标准（数据截至2019年12月）[6]，核废水中主要含有的放射性核素是3H、少量的14C、微量的90Sr和137Cs等[7]。目前，每天经过ALPS处理后的核废水约140吨，截至2021年3月18日，日本福岛核电站存储罐内的核废水已达125万吨，预计到2022年秋季，日本东京电力公司准备的约1000个共计137万吨容量的存储罐将全部装满（https://www.tepco.co.jp/indexj.html）。核废水的处理可以通过地层注入、受控排放入海、受控蒸汽释放、氢气释放和地下掩埋等5种方式，其中排放入海是解决该问题成本最低的一种方式。

图1 日本福岛核事故核废水的来源及处理的示意图Figure 1 Diagram of the source and treatment of Fukushima nuclear waste water

核废水排放至海洋中的放射性核素可以根据其发射的射线种类的不同采用相应的分析方法及仪器进行分析测定。3H是核电站运行中产生及排放的主要放射性核素之一，其半衰期为12.43年，发生β衰变。水中3H的测定主要经过蒸馏、电解富集浓缩，然后将水样与闪烁液配比混合后，利用液体闪烁计数器测定其活度[8]。

14C的半衰期为5730年，衰变方式为β衰变。水中的14C主要通过湿法氧化将其转化为CO2，常用的湿法氧化体系包括KMnO4、K2S2O8和AgNO3等。吸收液将转化的CO2吸收，然后与闪烁液配比，利用液体闪烁计数器测定样品中14C的活度[9]。如果样品量较小，则需要用加速器质谱（AMS）进行测量。

134Cs和137Cs的半衰期分别为2.06年和30.17年，均能发射β射线和γ射线。因此，可以利用γ能谱仪直接测定其活度，但是由于环境中134Cs和137Cs的浓度较低，同时γ能谱仪探测效率较低，需要对样品进行富集浓缩。也可以利用磷钼酸铵共沉淀样品中的134Cs和137Cs，然后利用低本底β测量仪测定其活度[10]。

90Sr的半衰期为28.79年，发生β衰变，环境中的90Sr经过复杂的放化分离及纯化步骤（如锶树脂分离、萃取色层法等）去除干扰核素，得到纯净溶液。样品溶液可以与闪烁液直接配比后利用液体闪烁计数器测定；也可以制备成β样品源，利用低本底β测量仪测定[11]。近几年，也有学者利用电感耦合等离子质谱仪（ICP-MS）测定环境中的90Sr[12]。

3 对海洋生态环境及公众健康的影响

目前，关于核辐射对环境和生物体的影响仍有很多研究工作正在开展，大量核废水排入海洋，对海洋生态系统的影响存在很大的不确定性。核废水排放到海洋后，放射性核素主要通过海洋生态系统中的食物链及食物网富集，有研究结果表明，海洋中鱼类、甲壳动物、软体动物、浮游植物和大型海藻对铯的富集系数分别为100、50、60、20和50[13]。人体摄食受污染的海产品后，富集在海产品中的放射性物质进入到人体内，其辐射剂量可能超过人体可接受的范围。核废水中的放射性物质不仅本身具有很高的毒性，而且半衰期长，进入人体后造成内污染，形成持续的内照射损伤，严重者会引起放射性白血病，慢性放射性损伤会造成神经系统、心血管、胃肠道以及免疫系统功能的障碍，长期还有增加发生肿瘤的风险[14]。

对公众而言，更关心的是未来海产品能不能吃，食用海产品是否安全？核废水排放到海洋后虽然经过海洋生态稀释、悬浮颗粒物吸附清除等过程而浓度逐渐降低，但仍含有3H、14C、90Sr和137Cs等长半衰期放射性核素长期存在于海洋中。当局部海洋的放射性物质超过海洋自身的稀释和清除等净化能力时，就会造成该海域一定程度的放射性污染。因此，海产品能否食用，需要看海产品是否来自于受污染海域以及海产品本身的吸收等过程是否受到了放射性污染。如果海产品中放射性核素的检测结果符合国际相关标准，说明其对公众并没有危害，可以放心食用。

如果在未知情况下，摄入过多的放射性核素，也可以通过一些促排药物将体内摄入的放射性核素排出体外，减少其对人体的伤害。如3H被人体摄入后迅速与体内的水达到平衡，导致全身分布，其产生的β射线会对人体造成内照射损伤。可采取服用茶水和咖啡等方法减少3H的体内积存量，严重者服用利尿剂（如双氢克尿噻）促进3H的排出。90Sr进入体内后主要沉积于骨骼中，对骨骼和骨髓造成放射性损伤。目前主要采用口服褐藻酸钠或氢氧化铝的方法来阻止人体对90Sr的吸收。Cs是β射线和γ射线的混合辐射体，极易被人体细胞吸收，且较均匀地分布于全身，特别是软组织和肌肉组织[15]。主要通过服用普鲁士蓝来阻止放射性铯的体内吸收。

4 科学看待日本福岛排放核废水事件

海洋是人类的宝贵资源，日本福岛核事故废水排放对全球的影响是深刻且长远的，对海洋环境和渔业产生的影响尤为突出[16]。如何应对这一问题，我们提出如下建议。

（1）建立海洋预警监测体系，加强海洋生态环境及海产品的放射性污染监测

大量核废水进入海洋，对人体有直接危害的途径主要是通过摄食海产品后造成放射性核素的生物累积，进而对人体产生一定的危害。监测摄入途径作为保护公众健康的重要组成部分，不仅可以及时反映公众摄入的食品是否存在危害，同时对消除公众的消费恐慌具有积极作用。已有研究结果表明，在较长时期内维持对食品的辐射监测有助于逐步恢复受影响地区内外的食品分销商、零售商和消费者的信心[17]。因此，加强海洋生态环境样品及海产品中放射性核素的监测至关重要，也是判断海产品是否受到污染的必要手段。中国从2010年起开始制定国家食品安全监测计划并组织实施，监测的食品包括蔬菜、粮食、奶粉和肉类等，分析的放射性核素包括137Cs、90Sr、110mAg、210Po和238U等[18]。然而，目前仅沿海重点地区涉及海产品中放射性核素的监测，其他内陆省份对海产品的放射性监测不作要求。因此，应扩大我国对食品中放射性核素的监测范围及种类，扩大食品的监测调查网，为随时应对核事故等突发事件做好准备。

（2）建立快速的应急监测和医疗应急救援技术体系

目前，针对海洋中放射性核素的检测方法仍然存在耗时长和步骤复杂等问题，从样品采集到获得结果往往需要几天甚至更长时间，无法满足核事故快速应急的需求。环境中放射性核素的活度水平能够直接反映出受污染的严重程度，而快速检测是为医疗应急救援提供指导的重要前提。中国《卫生部核事故和辐射事故卫生应急预案》中明确指出，应建立饮用水和食品中放射性污染的快速检测方法体系，加强技术储备[19]。因此，建立快速的分析检测方法体系也是迫切需要解决的科学问题。

核事故医疗应急救援是核事故应急救援的重要组成部分，我国核事故和辐射事故三级救援体系包括现场、当地和专科救援。提高一级救援的时效是提高整体救援时效的关键；二级救援是决定整个救援任务是否成功的关键；三级救援则是考验我国中、重度及以上伤员救援水平的重要环节，三者分工明确，又相互补充[20]。核事故应急救援关键技术是救援的重要保障，如外照射、内照射和生物剂量的快速估算、核污染人员的快速洗消、多功能内污染促排药箱和抗辐射药物的研发等。

（3）加强监督管理

日本福岛核废水排入海洋，各国际组织和机构应加强对日本排放的核废水的监督和监测工作，排放核废水的核素种类、浓度和排放总量等相关信息应及时向国际社会进行通报。同时排放入海核废水中的放射性核素应符合安全排放要求，以确保核废水排放不会对环境造成污染。同时应采取利益攸关方参与的第三方检测和监测的方式，并将相关监测结果对外公开。

（4）加强核科普的教育和宣传

核能是一种清洁能源，现阶段我国正在大力发展核电，这是我国向国际社会承诺2060年碳中和的重要措施之一（http://www.xinhuanet.com/world/2020-09/22/c_1126527652.htm）。截至2020年底，我国运行核电机组共49台，装机容量达到5102.716万千瓦，2020年核电发电量占全国发电总量的4.94%（http://www.china-nea.cn/site/content/38577.html）。而公众对“核”的认识并不全面，如2011年日本福岛核事故后发生的“抢盐”事件、认为核照射后的食品容易致癌等。这些缺乏科学依据的观点可能引起公众不必要的恐慌，对我国核电事业的健康发展也可能产生阻碍。因此，加强核科普教育及宣传是消除公众“核恐慌”的有效途径，可以通过建立核科普教育基地、印发核知识的图书、开发自媒体等渠道宣传有关核科普的知识，对公众进行正确引导，做好风险认知和沟通。中国医学科学院放射医学研究所自2016年成立天津青少年核科学教育基地至今，以各种途径和形式对青少年和公众进行核科学、核应急防护与自救等知识的宣传，受众已达12万余人。

5 小结与展望

日本福岛核事故是全球核事故史上仅次于切尔诺贝利核事故的第二大核事故。核事故对人类和环境的影响是重大而长远的。如何从核事故中汲取教训，保护公众，减少甚至消除其对人类健康的危害需要各国的共同努力。同时需要在技术上进行革新，研发更为先进的反应堆，避免核事故的再次发生，从根本上减少核废水的产生和释放，从源头上确保核安全，利用核能更好地造福人类。

利益冲突本研究由署名作者按以下贡献声明独立开展，不涉及任何利益冲突。

作者贡献声明苏锴骏负责论文的撰写与修订；徐文清、焦玲负责文献的收集与分析；杜金洲、樊赛军负责论文的审阅与修订。