黄庭民：日本排放含放射性氢的核污水，危害有多大？

　　【摘要】本文指出世界卫生组织制定的饮用水中氚标准限值，严重低估了氚的放射线危害，提出了估算其危害的方法，应基于体内氚含量与饮用水相同，论证饮用水氚标准限值，应从如今世界卫生组织推荐的10000Bq/L，降低到700Bq/L；本文更进一步指出，应当依据辐射防护的无阀原理，将增加的限值浓度降低到2.8Bq/L。由于人们无法采取措施降低氚含量，水环境，尤其是饮用水水源地也应采用该标准，排放标准虽可以降低，也不宜超过280Bq/L。日本定为1500Bq/L，超过本文标准5倍以上，超过法国和美国标准2倍以上。从本文估算饮用水等标准的巨大变化可以看出，日本排放核电废水产生的污染危害，远远超过人们的了解。我们应慎重发展核电。

　　放射性氢是指氢的同位素氚，其原子核比氢同位素多了两个中子，属于不稳定同位素，会发生β衰变，放出最大能量为18000电子伏特，平均能量为5700电子伏特电子，自身变成氦原子核，半衰期为12.3年。

　　氚是很多放射性衰变反应的副产物，广泛存在于地球环境中，自然界水中本底浓度约为6.7贝克勒尔/升[1​]。

　　1个贝克勒尔是指每秒发生一次放射性衰变反应，对氚的衰变来说，同时放射一个平均能量为5700电子伏特的电子，它的能量远远低于大多数放射线衰变释放的高能放射线。

　　氚产生后，部分直接以气态排放到大气中，但绝大部分都置换水中氢原子，形成含氚污水，简称为氚水，其化学性质和水基本没有区别，难以与水分离。

　　核电站产生的放射性废物中，氚被认为是危害较小的污染物，又没有经济可行的方法进行处理，加上含氚废水量巨大，如今都直接排放了。

　　问题是人们对氚的危害研究很少。

　　2014年《科学美国人》文章指出，美国环保署自1977年首次制定了氚的排放标准，以放射性活度衡量，设定为2万皮居里/L（=740Bq/L），当时美国环保署制定该标准依据的是：通过地表水核武器试验放射性核素提供的辐射暴露，反向计算出水中氚的可接受水平。所以，这个标准并非是基于实际的医学或者流行病学而制定的健康标准。

　　更大问题是人们忽视氚的放射性危害，由于氚衰变产生的电子能量较低，平均能量仅为5700电子福特，远低于大多数放射性核素释放的射线能量，一般认为，在生物组织中穿透距离不超过0.5毫米，不可能穿过皮肤，因而认为环境中氚对人体产生的危害很小。

　　例如，美国负责氚的放射线健康影响研究项目的美国国家科学院医学研究所高级项目官员Kocher说，“我认为今天饮用水中的氚含量足够低，我不会担心”。“关于氚的好消息是:即使你吸入或摄入了大量的氚，它也会被排出体外。”他补充道:“喝几杯啤酒就完事了。”

　　对人们健康影响最重要的是饮用水，所以关键是饮用水标准，但如今的世界卫生组织标准，基本就是在该假设下制定的。以人均每天饮水2升，水在体内停留最长时间不超过1个月来计算水中氚的剂量当量，不超过标准要求的0.1mBq/L得到[2​]。这里的剂量当量是指单位质量生物体吸收的辐射能量乘以辐射线的品质因子，再乘以其它修正因子得到。

　　通常认为β放射线的品质因子为1，其它修正因子通常大于等于1，也可视为1，从而计算得到（其单位是Sv，1Sv=1J/kg）。世界卫生组织制定的推荐标准为10000Bq/L[2​]。这是日本官方经常提到的数据，是日本为其排放含氚核污水，经过数百倍稀释后，低于该标准值，从而认为无害的主要理由。

　　问题在于，上述计算饮用水中氚的推荐限制的方法，是有问题的，严重低估了氚的危害。

　　由于氚和水分子中氢原子很容易相互交换，取代水分子中氢原子，形成氚水，饮用含氚饮用水，不仅体内水分子被氚水替代，体内各种生物分子中氢，也会按比例被氚替代，形成与氚结合的有机分子。

　　自然界各种稳定同位素核素都是均匀分布的，就是这种道理的体现。富氢水可以减轻氚的放射线毒性，被证实是有效的[3​]，其道理也在于此。它们必然长久驻留在人体内，一直作用于人体细胞和组织，而不是上述计算假设为人体的过客。由于氚核就在机体和细胞内部，作用距离就是0了，必须完全考虑其影响了。

　　按照正常人体重和饮用水水量来计算，平均一个月饮用水量，就超过人体所有水分，相比氚的12.3年半衰期，可以基本忽略衰变影响。人体中的氚含量，就会等于饮用水中氚含量，几乎没有差别。

　　因此，当饮水中氚的活度是1 Bq/L，即使将吸收剂量当成剂量当量，忽略5700电子伏特电子的品质因子和其它校正因子影响，有效剂量当量至少为：5700*1.6*10^(-19) *365*86400*1000 mSv/年=2.88*10-5mSv/年

　　按照每种放射性核素0.1mSv/年限制要求，则饮用水中氚浓度上限是3477Bq/L。这仅是世界卫生组织标准的三分之一。但这没有考虑氚的放射线品质因子等影响。

　　笔者早在20多年前，就发表多篇文章[4​]，通过理论和实验数据，论证数万电子伏特低能辐射离子的辐射影响，包括辐射危害，远大于兆电子伏特的高能离子，其主要原因是低能辐射离子在生物体内局部释放的能量密度要远大于品质因子为10的高能离子。

　　前面提到的《科学美国人》文章则指出，一些证据表明，尽管皮肤可以阻挡β粒子，氚发出β粒子实际上比γ射线等高能辐射更容易致癌。该理论认为，低能电子实际上会产生更大的影响，因为它在一个相对有限的运行轨迹上释放大部分电离能量，而不是像高能粒子一样沿着它的很长路径释放能量。这就是众所周知的电离密度，并且已经用类似的被称为阿尔法粒子的辐射形式显示出来。

　　如果考虑5700电子伏特电子的品质因子，就需要乘上5倍以上，则饮用水中氚浓度上限就应当低于700Bq/L。

　　另一方面，人们制定辐射防护标准，更应依据其理论基础，电离辐射的线性无阈模型[5​]。也就是说，理论上任何剂量的电离辐射均可导致一定的生物学效应，如致癌效应。我们无法说那个剂量水平就是绝对的零风险。在电离辐射防护中，应尽可能遵循可以合理做到的尽量低的辐射程度[6​]（ALARA原则）。

　　简而言之，增加辐射总是有害的。在这一原则下，包括世界卫生组织等人类组织制定的总辐射剂量当量限制是1.0mSv/年。由于自然本底仅为2.4mSv/年，该标准要求在本底基础上增加的辐射剂量当量总量不超过42%。这是所有涉及辐射线标准都必须遵守的基本要求。

　　那么各种放射性核素标准是否也应当照此办理？而不是具体到每种放射性核素，则要求不超过0.1mSv/年。由于自然界和人类应用放射线核素形成的核电等产业，产生的放射性核素种类很多，高达数千种，即使部分接近上限，也很容易超过总剂量当量要求。

　　如今核电产生的大量放射线污染物，只是储备起来，并没有得到处理，也没有找到处理方法，减少其污染，只是等着其自然衰变，对半衰期长达5700年的碳14，以及很多更长的放射线核素来说，人们终其一生都看不到多少减少。

　　如今大量核电厂运行，不断向环境中排放大量放射线核素，污染环境，其主要危害之一，就是增加癌症发病率。

　　西方从1970年代开始大力发展核电，到八十年代后，法国核电占供电比例高达70%，美国、德国、日本等也高达30%左右，保持至今，积累了大量核废料，仅美国每年就增加2400吨左右核废料，同时每年向海洋大量排放放射性氚水。

　　近日，由浙江大学和苏格兰爱丁堡大学领导的一个国际科学家团队研究了204个国家29种癌症在所有14岁至49岁人群中的发病率，结果发现[7​]，2019年50岁以下人群癌症发病率比1990年增加了79%。研究者称，遗传只是因素之一，饮食习惯、生活习惯等也是促成因素，环境因素的影响程度尚不清楚。

　　然而，在不到30年时间，癌症发病率增加79%的主要因素，恐怕是环境剧烈变化是最大变量。大量污染物，包括放射线核素，排放到环境中，恐怕是主要因素。

　　2009年5月加拿大安大略邦饮用水咨询委员会(ODWAC)应环境部长的要求，发布了一份正式报告[1​]，结论是安大略省饮用水氚质量标准应从目前的7，000 Bq/L水平修订为新的更低的20 Bq/L水平。该浓度是自然本底浓度的3倍，其主要理由是，目前的限值不足以保护人类免受氚暴露的致癌风险。而按照本文提出的上述原则，饮用水氚质量标准应降低到增加的氚放射线活度上限是2.8Bq/L。

　　氚对人体健康危害的研究是比较困难的。这一方面是氚衰变产生的电子能量较低，导致需要比其它放射性核素较高剂量的辐照，才会有比较明显的生物学效应。另一方面是氚释放的电子穿透射程低，导致人们难以在健康研究中，定量研究氚放射性的生理毒性。

　　至今为止，并没有明确的辐射生物学研究来评估氚的真实健康风险，也缺乏动物研究。广岛和长崎原子弹爆炸的日本幸存者的癌症发病率几乎不能揭示什么，因为他们不仅仅暴露在氚中，其它核素影响远超氚。

　　更棘手的是，研究其生物学效应时，氚的放射性很难检测。因为氚衰变产生的电子不是穿透性或高能粒子，普通辐射监测设备甚至很难探测到。这使得测量氚的辐射剂量变得困难。

　　“剂量测定一直是个问题，”负责此项研究的美国国家科学院医学研究所高级项目官员Kocher指出。“我认为明确的流行病学研究很可能是不可能的”。

　　如今每年核电站都排放了大量放射性氚。按照核电站机组实测排放情况，一台1GW=100万千瓦机组核废水排放量约为25TBq/年，排放到大气中氚的放射性约为其十分之一左右。其它核电站都类似。2022年世界核电装机总量为400GW，估计直接排放到海水中总量为10PBq/年（1P=10^15）。持续20-30年保持在这样排放量下，可以估算整个海洋氚的平均放射性活度会稳定在10*12.3/ln2=177.5 PBq。

　　如果核电继续发展，大气和海洋中氚的总量和平均浓度还会继续增加。核电释放的氚，大都集中在局部，例如，国际原子能机构公布的监测数据表明，法国附近部分海域的海水氚放射性浓度严重超标。2011年英吉利海峡中局部海域的海水氚浓度高达8739Bq/L，超过法国标准10倍以上，而且超标区域也很大，时间也很长。

　　美国《联邦公报》上的公告指出，一些核设施的地下水中的氚水平高达每升320万皮居里(=11.84万贝克勒尔/升)，超过美国排放标准160倍。都对当地环境造成了明显的危害。由于它们会在自然界中循环，包括进入饮用水，从而危害更大范围人群的健康。

　　水中氚是无法采取处理措施减少的，水环境中的氚含量，就等于饮用水的氚含量。从这个角度来看，水环境中的氚标准，尤其是水源地，应与饮用水一致。我们仅仅可以降低排放标准，粗略地看，可以按照稀释一百倍估算，则含氚核废水的排放标准应控制在280Bq/L。我们还可以根据其它放射线污染物排放标准，例如铯137，我国规定为0.7Bq/L，按照世界卫生组织提供的铯137和氚换算放射线活度到剂量当量系数，可以得到氚的排放标准应为500Bq/L，与上述推算也是相近的。它和美国及法国制定的740 Bq/L排放标准相差不大。

　　日本将其排放标准定在1500Bq/L,，超过了本文估算标准3-5倍。

　　日本此次排放核污水，不仅仅是排放高含放射线氚废水，而是被大量其它核废料中的放射线核素污染的核污水。这是由于福岛核事故，炸毁了数个核反应堆，不仅释放了大量放射线物质，还让核融毁产生的核废料暴露于环境中，但日本却没有象苏联人那样，采取措施。从而不断需要使用水冷却，产生大量核污水。通常核电厂运行中产生了大量核废料，包括各种放射性核素，放射性总量远大于氚，它们并没有被处理，至今为止，也无法处理，仅仅储存在核电厂。按照当前技术经济性水平，恐怕将存在几十万年，其辐射影响都将一直存在。由于它们不断释放高能放射性粒子，即使存放的代价都无比巨大。

　　日本用水清洗暴露在环境中的核废料，产生大量核污水，如今稍作处理，就通过用海水稀释方式，从含氚浓度高达620000Bq/L，稀释到1500Bq/L，直接排海，这是为今后用水清洗核废料，从而可以向大海排放核污染，解决核废料问题了。这是美国支持日本此次排放核污水的主要原因，过去西方曾经向大海排放了核电和核武器制造产生的大量核废料[8​]。后因各国人民的反对，才不得不停止，使得西方各国都积累了大量高放射性核废料。如今又要重拾过去的邪恶做法，这对人类来说，恐怕是一场灾难。

　　这充分显示，西方不负责任的本性，也显示发展核电带来的巨大危险。再说，日本用稀释法排放污染物，与直接排放，排放到环境中污染物，一点也没有减少，仅仅降低了局部浓度和危害。

　　如今全球各国早就停止发展核电，美国自1979年三里岛核事故后，虽然媒体经常宣传报道新建核电项目，但是，实际上再也没有新建核电厂了；2011年福岛核事故发生后，日本和西方各国都大力停止正在运行的核电厂，以便早日停止产生十分危险的核废料。在核废料没有良好处理方法情况下，我们应当慎重发展核电。

　　参考文献

　　1.Dingwall, S., et al.,Human Health and the Biological Effects of Tritium in Drinking Water: Prudent Policy Through Science - Addressing the ODWAC New Recommendation.Dose-Response, 2011. 9(1).

　　2.Burns, D.,Guidelines for Drinking-water Quality - 4th Edition.Asian water: Asia's journal of environmental technology, 2011. 27(7).

　　3.Hong Li , Y.Y., Jing Liu ,Binghui Lu ,Huimin Wan ,Luxun Yang ,Weidong Wang ,Rong Li,Hydrogen-rich water attenuates the radiotoxicity induced by tritium exposure in vitro and in vivo.Journal of radiation research, 2021(No.1): p. 34-45.

　　4.Huang, W. and Z. Yu,A dose-survival model for low energy ion irradiation.International journal of radiation biology, 2007(2): p. 133-139.

　　5.朱国英，陈红红主编；王红复，凤志慧，刘海宽，花正东。陈春晖，高林峰，翟江龙副主编,电离辐射防护基础与应用. 2016: 上海：上海交通大学出版社. p.121.

　　6.陈玉清,核安全概论. 2020: 北京：国防工业出版社. p.52.

　　7.Zhao, J., et al.,Global trends in incidence, death, burden and risk factors of early-onset cancer from 1990 to 2019.BMJ Oncology, 2023. 2(1): p. e000049.

　　8.Meili, L.Y.a.D.,Biology of Marine Pollution（in Chinese, 海洋污染生物学）. 1991: Beijing: Ocean Press 北京：海洋出版社. p.19-21.

　　（作者系昆仑策研究院特约研究员；来源：昆仑策网【原创】，作者授权发布，修订发布；图片来自网络，侵删）