能致癌，還遺傳？是時候瞭解一些輻射的健康知識了_風聞
中科院物理所-中科院物理所官方账号-08-31 14:35
原創：中科院物理所
李存東
中國科學院大學物理學院
培養單位：中國科學院物理研究所
2023年8月24日下午一點（日本當地時間中午12點），日本政府罔顧國際社會的強烈反對，將福島核電站產生的核污水排入大海，此舉公然將一己私利凌駕於世界人民的長遠福祉之上，給全世界人民帶來了巨大的潛在健康風險。
今天，日本核污水排放已經一週了，我們就起底日本排放核污水給全世界人民帶來的健康風險。
放射性從何而來
日本排放的核污水中的放射性來源於其中的放射性同位素。這裏先複習一個知識——同位素：我們將質子數相同而中子數不同的不同核素稱為同位素。這個名字的來源是這些核素應該排在元素週期表同一位置上，因為元素週期表是按照質子數分類的。
放射性就來源於不穩定的同位素的自發衰變。
原子核由質子和中子組成。中子在其中重要的作用就是平衡其中的電磁相互作用。實際上，中子並不是原子核必備的強子，氫原子核就只有一個質子而沒有中子。但質子帶正電，質子之間會有庫侖斥力，無法形成穩定的束縛態，注意，庫倫相互作用的強度與距離呈平方反比，距離越近，作用越強，因此，僅靠質子之間的強相互作用無法克服庫倫相互作用。因此，僅參與強相互作用力而不參與庫倫相互作用的中子就成為了平衡原子核內相互作用的關鍵。
圖片源於網絡
在原子核的尺度上，強相互作用表現為吸引作用，可以平衡質子之間的庫倫斥力。隨着原子核內質子的增多，所需要的中子也要增多，元素週期表後部分的穩定核素中子數明顯會多於質子數。當原子核增加到一定程度後，原子核將無法保持穩定，會自發衰變成為更輕但更穩定的原子核。而隨着原子核體積的增加，強子之間終究會超過強相互作用的力程，因此原子核內質子數是有限的。
對於確定的質子數，中子數過多或過少都會影響原子核的穩定，因此即便是較輕的原子核，也會存在可以自發衰變的同位素。大家或許都聽説過，氫原子的同位素：氘和氚，就對應原子核中有一個和兩個中子。
氫原子示意圖，只有一個質子 | 圖源自網絡
原子核的自發衰變有三種，分別是α衰變、β衰變和γ衰變，這個知識點想必大家在前幾日的科普中已經學習到了。但需要注意，無論是哪種衰變，衰變後產生的原子核往往處於激發態，會自發退激發到能量更低的穩定態，這一過程伴隨能量的放出，能量以光子的形式釋放。
同位素衰變產生的輻射能量較高，為電離輻射。電離輻射可能會對人體等生物組織造成傷害。
核污水中有放射性多強
福島核事故產生的核污水中的放射性就來自於其中的放射性同位素，最初的核污水中有六十多種同位素：
而日本方面也採取了相應措施去除其中的放射性同位素。
他們利用多核素去除裝置（Advanced Liquid Processing System，ALPS）去除其中除了氚之外的所有放射性同位素。
多核素去除裝置的主要原理是吸附。經過處理了Cs-137和鹽的廢水，先加入鐵鹽和碳酸鹽進行共沉澱預處理，以除去廢水中可能引起吸附效果的組分，這一步主要除去α核素、Co-60、Mn-54等，碳酸鹽除去Ca、Mg等核素。然後廢水依次通過活性炭、鈦酸鹽、亞鐵氰化物、浸漬活性炭、氧化鈦、螯合樹脂和樹脂等7種吸附劑。該裝置的預期效果為其中的Cs-134、Cs-137濃度由原來的10Bq/mL降低至檢測限0.27Bq/mL、0.32Bq/mL以下，β放射性水平由10^5Bq/mL降低至檢測限以下（除氚外）。
圖片源自網絡
這裏的Bq是放射性活度的單位，定義是一個放射源單位時間內發生衰變的原子核數，1 Bq即1次核衰變/秒。Bq/mL即放射性濃度。
實際上，多核素去除裝置無法清除核污水中的氚，因此，即便是經過處理後的核污水實際上仍無法達到排放標準，而最開始的熱試之後的初步結果表明核污水中仍有多種放射性同位素未達到檢測限。
排放前，東京電力株式會社公佈了核污水中的放射性核素濃度，但目前僅有其對核污水進行了檢測，東電拒絕了韓國等其他國家對核污水檢測的要求。日前，更有新聞爆出，東電員工自爆，核污水仍有七成不合格。可以説，日本公佈的核污水中放射性同位素的濃度可信度值得商榷。
目前核污水中除了氚以外，還可能還有C-14、Sr-90、I-129、銫等放射性同位素。下圖是它們的半衰期。
放射性一定有危害嗎
現在，我們不得不瞭解一下核輻射對人體的影響。
首先明確，拋開劑量談危害是不科學的，安全劑量以內的核輻射是無害的，就像大家做CT一樣，無需過多擔心。根據相關的國家標準：電離輻射防護與輻射源安全基本標準（GB 18871-2002）。
輻射的安全劑量值如下，這個標準針對的是在醫療、工業、教學等環境中受到的電離輻射防護和輻射源的安全。
對於公眾，所受到的年有效劑量不應超過1mSv，特殊情況下，連續5年受到的年平均劑量不超過1mSv，則某有單一年份受到的有效劑量可以提高到5mSv。眼晶體年當量劑量為15mSv，皮膚的年當量劑量為50mSv。
對於職業暴露者，連續5年的年平均劑量不應超過20mSv，任何一年中的有效劑量不應超過50mSv，眼晶體的年當量劑量為150mSv，四肢或皮膚的年當量劑量為500mSv。
以上數值大家可以參考。目前國家已經啓動對周邊海域的輻射監測，請大家以監測結果為準，不要杞人憂天，也不能事不關己。
解釋一下上面的單位。Sv是輻射劑量單位。
常見的輻射劑量單位有吸收劑量，指的是單位質量的受照物質吸收的能量，單位是Gy，1Gy=1J/Kg，這是個很大的單位。
而考慮到不同類型的能量會產生不同的生物效應，相同的吸收劑量不能反應產生的生物效應，因此為不同類型的輻射賦了一個不同的權重因子，這就是當量劑量，當量劑量的單位也是J/kg，但我們這裏使用另一個單位Sievert：Sv。常用的單位是mSv。
不同類型的輻射對應的權重因子 | 圖源自參考資料
由於不同組織對輻射的敏感性不同，因放射性照射引起的隨機效應概率也不同，因此我們通常還會為不同的組織賦一個權重因子，考慮這個因素之後，我們就有了有效劑量的概念，有效劑量單位也是Sv。
不同生物組織對應的權重因子 | 圖源自參考資料
接下來的問題就是，輻射有什麼危害。
上面提到了，低水平的輻射對人體可以説是無害的。實際上，我們無時無刻不受來自宇宙空間的本底輻射照射，不過這個輻射水平相也相當低，對人造成的平均有效劑量僅有約為3 mSv/a 左右。而在現代醫學中，我們甚至還利用放射性做一些檢測，比如CT。正因為如此，輻射對人體的影響在放射生物學中也是重點研究課題。
我們這裏也簡單介紹一下。
1986 年聯合國原子輻射效應科學委員會規定，劑量在0.2 Gy 以內的低LET（傳能線密度）輻射或0.05 Gy 以內的高LET輻射，同時劑量率在0.05 mGy/min以內的輻射稱為低水平輻射。而目前將照射劑量符合上述條件而劑量率高於0.05 mGy/min 者稱為低劑量輻射。目前學界對於低劑量輻射是否對人體有害尚有爭議。傳統理論認為輻射對人體的影響是線性無閾的，也就是説，輻射對人體的影響隨輻射劑量線性增加，且沒有閾值，零照射就是零風險。不過近些年的研究也對這一理論提出疑問，有研究認為，低劑量輻射對人體可能是有益的，可以誘導免疫功能增強，促進正常細胞增殖等。
但毫無疑問的是，中高水平（0.5Gy以上）的電離輻射照射可對人體造成危害。因此還是要關注我們對周邊海域的輻射監測結果。
輻射超標了會怎樣
然後我們再簡單瞭解一下，核污水中的放射性同位素如果真的帶來高水平的輻射可能帶來的影響了。希望不要超標。
首先是氚。
氚在元素週期表中的位置
氚是核污水中的主要放射性同位素。半衰期約為12年，其性質和氫原子一樣，可以參與各種化學反應，可以經由食物、飲用水、或皮膚攝入。其實氚在水中挺常見的，極低濃度的氚並沒有什麼影響。但如果攝入大量氚，氚進入生物組織後，可以釋放低能量的β粒子，能夠干擾胚胎或胎兒的發育，引起DNA 損傷、染色體突變、細胞死亡、癌症、遺傳和生殖效應等。
C-14
碳在元素週期表中的位置
C-14能以固體、液體或氣體的形式參與碳循環，極易通過各種途徑進入人體。由於碳元素是構成人體的必需元素，因此C-14能整合進人體的蛋白質、核酸等生物分子和細胞組成成分中。C-14同樣可以釋放β射線，可以引起DNA損傷，進而引起細胞損傷或突變。
I-129
碘在元素週期表中的位置
I-129進入體內後主要聚集在甲狀腺，對甲狀腺功能造成影響。其半衰期長，能對環境及生物體造成持續影響。在酸性介質中，I-129容易揮發到空氣中，主要通過飲食和吸入進入到體內。I-131也具有放射性，但它的半衰期只有約8天，現在我們也用它進行治療等用途。在涉及放射性碘釋放的事故時，人們往往會在專業人士的指導下服用穩定性碘，長期低劑量碘暴露可能引起的甲狀腺癌風險。
Sr-90
鍶在元素週期表中的位置
Sr-90具有β放射性，但它的遷移會受到土壤中pH、有機碳的含量、Ca 和Mg 的總量等因素影響，可能會在某處沉降形成較高濃度。鍶與鈣同屬第二主族，化學性質相似，被人體吸收後容易沉降在骨骼、牙齒等處。其放射性可能會影響骨代謝。
銫
銫在元素週期表中的位置
主要的放射性同位素有Cs-134和Cs-137，這兩種放射性同位素容易被土壤吸收，在土壤中不容易發生遷移，土壤的pH值是影響其吸收的重要因素，pH為8時具有最大吸附量，因此，放射性銫濃度最高的地區可能就在排放周邊海域。銫更容易被胎兒吸收，高劑量的放射性銫可引起染色體斷裂，突變率增加，並且可遺傳給下一代。
核輻射的水準還是要以國家監測為準，我國政府絕不會放任不管。
對於每個人來説，多吃蔬菜和水果，保證維生素的攝入，維生素對輻射引起的細胞損傷有修復效果，多運動，保持積極的心態。國家不會同某些政府一樣視人民健康為兒戲的。
願這個世界更加美好！
參考文獻：
[1]王旭東.多核素去除裝置ALPS進行熱試[J].輻射防護通訊,2013,33(05):44-45.
[4]一文了解輻射量常用單位
[5]什麼是低劑量照射？
[6]魏新鋒,王蕊,衣峻萱等.低劑量輻射生物效應的研究進展[J].中國輻射衞生,2022,31(01):113-118+128.
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