自1895年伦琴在做示波管实验时发现X射线,1896年贝克勒在进行铀盐实验时发现放射性(radioactivity)现象,到1938年奥托~哈恩发现核裂变(nuclear fission ) , 1945年世界上第一颗 原子弹在新墨西哥沙漠被引爆,再到现在遍布世界各地的大型核电站,放射性元素及核能正被人 们广泛应用于医疗、工业、军事等各项领域,并给人们带来了巨大的福利。然而,伴随而来的各种 核辐射事故(nuclear radiation accidents )也日益增多,并时刻影响着普通民众的健康和安全。核 辐射事故可分为3类:核事故、放射事故以及核恐怖袭击。核事故是指大型核设施(核电站、核 燃料提炼加工厂等)或核反应堆试验事故意外地向环境释放大量放射性物质,导致工作人员或公 众受到过量照射,引起生命及财产损失的事件。放射事故是指封闭型或开放型放射源丢失、被盗 以及辐射装置控制失灵或人员操作失误导致的工作人员或公众受到意外的过量照射引起的事 故。核恐怖袭击是指将核武器或装载有放射性物质的装置投放于公共场所,或破坏核设施、袭击 核武器仓库等造成放射性物质在民众中广泛扩散的活动。放射性元素及核能巳融人人们的日常 生活,故加强对核辐射事故的了解和防护在当下显得尤为重要。
一、大型核设施事故
核电站是利用核裂变或核聚变反应释放的能量来发电的机构,据国际原子能机构“001年度报告”统计,到2001年底,全世界正在运行的核电站共有438座,总发电量为353千兆瓦,占全 世界发电量的16%。核能作为一种清洁、安全、高效的能源,为人类提供了充足的电力供应,但核电站内巨大的核反应堆也对人类健康及环境构成了潜在的危胁,一旦发生事故,后果将十分严重。
(一)美国三哩岛核电站事故
1979年3月28日,位于美国东部宾夕法尼亚州哈里斯堡东南约15 km处的三哩岛(three mile island,TMI)核电站,由于阀门故障和检修失误,2号反应堆内的冷却剂外流,释放出放射性物质, 大约2 mn后应急堆芯冷却系统自动启动,开始向容器内补充高压清水,但操作员误以为反应堆蓄 水过多,切断了注水装置,导致反应堆芯过热熔化,大量的放射性气溶胶自反应堆释出,污染了周 围环境。据估算,这次事故向环境释放的放射性核素尽管放射性总量很大,但由于主要的工程安 全设施都自动投人使用,且有安全壳的防护作用,三哩岛事故对环境未造成很大污染,人群受照剂 量也很小,土壤样品与河水样品未测出放射性碘。261名核电站职工受到大于1 mSv的 全身照射,最高受照剂量38 mSv;255名外来支援者中23人受照剂量大于1 mSv,其中最高者为 10mSv。核电站周围80km范围内居民集体剂量负担约为16~35人.Gy。个人平均剂量约 15pGy,外照射个人最大剂量约0.85 mGy。虽然三哩岛核电站事故未造成人员伤亡,但其带来的经济负担是沉重的,仅清理现场就耗费了 10亿美元。
(二)前苏联切尔诺贝利核电站事故
1986年4月26日凌晨1点23分,位于乌克兰基辅市西北约130 km处的切尔诺贝利(Chernobyl,CNB)核电站4号反应堆发生强烈爆炸,在48秒的时间内,整个反应堆系统彻底瘫 痪。事故起源于一个测试反应堆涡轮发电机能力的试验,该试验旨在寻找反应堆停止工作之后, 应急柴油机开始工作之前,这段时间内如何让涡轮发电机生产更多电的方法。为了进行试验,6 种不同的安全系统被关闭,操作员降低了反应堆的输出功率,导致反应堆出现不稳定,继而燃料 棒熔化、蒸汽压力骤增,最终引发了一场大蒸汽爆炸,由于该核电站反应堆仅有单一的保护层,故 8吨多的核燃料碎块、高放射性的石墨块被直接抛人外界环境,热气团将堆芯中的放射性物质抛 向1.2km高空,而后随风向水平扩散。大量氧气由爆炸造成的屋顶洞口进人厂房,与反应堆内 的燃料和石墨反应,引起第二次爆炸。石墨块散落之处一片火海,大火令放射性物质污染到更广 泛的区域。消防队用水和化学剂灭火,但瞬间被蒸发,而后改用直升机空投碳化硼、白云石、沙子 和铅块等共5 000多吨物质,终于将反应堆覆盖。切尔诺贝利事故放射性物质释放共持续11天, 放射性活度达12 X 10-18Bq,相当于日本广岛原子弹爆炸100倍的量,且核素成分比较复杂,包 括133Xe、131I、85Kr、9°Sr和137Cs等,但主要造成环境污染和人员损害的为131I和137Cs。由于释放持 续时间长、放射性活度大,再加上气象条件复杂,污染造成了复杂的烟云弥散。前苏联西部大部 分区域和许多欧洲国家均有放射性物质沉降,白俄罗斯16 500 km2、乌克兰4 600 km2和俄罗斯8100 km2的土地上,137Cs的污染水平超过185 kBq/m2。核电站周围30 km被划分为隔离区,农 作物全部被掩埋;事故后10年内,100 km范围内禁止生产牛奶;事故后50年内,10 km范围内不 能耕作、放牧。由于事故发生后,当局并未引起足够的重视,人员的撤离直到2天后才开始,且撤 离道路经过放射性烟云弥散区,许多人都受到了超剂量的电离辐射,约10%的撤离人员超过 50 mSv,5%超过100 mSv。参加应急处理的人员平均受照剂量约100 mSv,最高达500 mSv。切 尔诺贝利核电站事故确诊134人罹患不同程度的急性放射病,其中28人因其致死,大多数为参 加救援而没有任何防护措施的消防队员和医护人员。在灾后2年内,有30万~60万人进人隔离 区参加了清理工作,这些清理人所受到的辐射也是远超于安全剂量之上的。至今,仍有220万白 俄罗斯人和超过150万俄罗斯人住在受污染的土地上。由于释放的放射性物质量巨大,此次事 故被定性为7级核事故,成为有史以来最严重的核事故。20年来,因这次事故造成的死亡人数 一直没有定论,据联合国和世界卫生组织在2005年9月公布的统计结果看,直接因核辐射死亡 的人数将近50人,在乌克兰、白俄罗斯和俄罗斯的核污染重灾区,事故造成约4 000人死亡,在上 述地区的低污染区域,大约有5 000人死于各种相关癌症。而“绿色和平”组织的专家基于白俄 罗斯国家科学院的一份研究报告称,全球共20亿人受切尔诺贝利事故影响,27万人因此患上癌 症,其中9. 3万人巳致死。切尔诺贝利事故巳过去25年,造成的经济损失达2 000亿美元之巨, 至今仍是政府的沉重负担。该事故造成的公众心理压力也是前所未有的,曾导致世界各地一度 掀起反对核能的热潮。
(三)日本福岛第一核电站事故
2011年3月11日,日本本州东海岸附近海域发生里氏9. 0级大地震,强烈的震动及随之而 来的海啸使得位于震中附近的福岛第一核电站1~4号机组冷却系统供电中断,导致核反应堆内 热量聚集,蒸汽压力骤升。工作人员为降低容器内的气压,选择把蒸汽排出核反应堆,但容器内 的高温使得水蒸气与锆合金反应产生了氢气,与厂房里的氧气混合后随即发生了爆炸,造成核电 站内大量的放射性物质发生外泄,严重污染了环境。由于福岛核事故所排放的碘131量为1. 3X 10-17Bq,超过了国际核安全和辐射事件7级事故所定义的10-16Bq的标准,4月12日,日本原子力 安全保安院将本次事故由原来的5级升级为最高的7级。虽然福岛核电站采用的是沸水堆反 应,且爆炸发生在停堆反应之后,但其反应堆和乏燃料池内的核燃料量几乎是切尔诺贝利的10 倍,加上事故后控制措施不力,导致放射性物质持续释放。泄漏出的放射性物质有铈144、碘131、 钴6°、锝99m、铯134、铯137、钡14°以及镧14°等,在福岛第一核电站区域内的5处地点采集的土壤样本中检测出了放射性钚,分别为钚238、钚239和钚2tt,它们都是核裂变的产物且能长期稳定地存在于外 界环境中。这些放射性元素在福岛县周围的饮用水、蔬菜、牛奶及水产品中被检测到,日本政府 采取相应措施限制这些污染农产品在市场上流通。事故发生后,日本政府紧急疏散了辐射半径 20 km范围内的居民,撤离规模约14 000人左右,辐射半径20~30 km区域内居民被要求尽量呆 在室内,闭紧门窗,防止核辐射。事故造成的放射性污染物也随风向扩散到了临近的其他国家, 如中国、韩国及俄罗斯。到5月底,尚无人员因遭受核辐射直接死亡,但欧洲辐射风险委员会 (ECRR)用自行设计的辐射风险研究模型推断,福岛核辐射泄漏事故将导致世界上12万人在未 来50年患癌症。这次事故给日本的旅游业、农业、工业都造成了沉重的打击,日本因此造成的经 济损失可能超过切尔诺贝利事故,可达2 350亿美元。