放射性污染物

放射性污染物第1頁/共48頁

天然放射性元素中，一個放射核常常放射出α粒子或β粒子，而γ射線往往是伴隨α粒子或β粒子射出的。第2頁/共48頁第3頁/共48頁環(huán)境中放射性核素的危害

在生物循環(huán)中對動物和人體有威脅的主要是長壽命的90Sr和137Cs兩種放射性核素，它們的半衰期分別為28年和30年，90Sr衰變時發(fā)出β射線，而137Cs在衰變時則發(fā)射的是γ射線。

90Sr與生物必需元素鈣處于同一族，產(chǎn)生危害的主要原因有：半衰期長、核裂變時產(chǎn)額高，通常占原子彈爆炸時產(chǎn)生的裂變產(chǎn)物的10%-20%、化學(xué)性質(zhì)與鈣相似，容易參加生物循環(huán)、進(jìn)入動物和人體后，積聚在骨骼中，其β射線能夠?qū)ι矬w產(chǎn)生嚴(yán)重的損傷作用第4頁/共48頁137Cs是另外一個具有毒性的長壽命放射性核素，由于它的化學(xué)性質(zhì)和鉀相似，所以落在土壤、水體、植物上的137Cs可以和鉀一起參加生物循環(huán)，并最后進(jìn)入人體。一旦進(jìn)入動物和人體后，很容易被吸收，并廣泛分布在肌肉中。第5頁/共48頁環(huán)境中放射性核素的來源及性質(zhì)環(huán)境中放射性核素的來源分為天然和人工兩種來源，天然的放射性核素有40K、232Th、235U、238U、3H、14C；人工的放射性核素（主要是裂變產(chǎn)物）主要來源于核電站和核武器制造與試驗及放射性同位素的應(yīng)用第6頁/共48頁1核試驗分為大氣層核試驗和地下核試驗兩種。大氣層核試驗產(chǎn)生的放射性落下灰是迄今土壤環(huán)境的主要放射性污染源。放射性落下灰的沉降可分為3種情況：(1)局地性沉降：顆粒較大的粒子因重力作用而沉降于爆心周圍幾百公里的范圍內(nèi)。(2)對流層沉降：較小的粒子則在高空存留較長時間降落到大面積的地面上，其中進(jìn)入對流層的較小顆粒主要在同一半球同一緯度繞地球沉降。沉降時間一般在爆炸后20d-30d，在爆心的同一緯度附近造成帶狀污染。(3)全球沉降或平流層沉降：百萬T級或以上的大型核爆炸，產(chǎn)生的放射性物質(zhì)帶人平流層，然后再返回地面，造成世界范圍的沉降，平均需0.5a-3a年。第7頁/共48頁我國第一顆原子彈

第一次氫彈試驗成功第8頁/共48頁

前蘇聯(lián)第一顆原子彈

第9頁/共48頁2、核武器制造、核能生產(chǎn)和核事故軍事放射性物質(zhì)生產(chǎn)和核武器制造可能導(dǎo)致放射性核素的常規(guī)和事故釋放，造成局地和區(qū)域性環(huán)境污染。核能生產(chǎn)涉及整個核燃料循環(huán)，其中包括的主要環(huán)節(jié)有鈾礦開采和水冶、235U的濃縮、燃料元件制造、核反應(yīng)堆發(fā)電、乏燃料貯存或后處理及放射性廢物的貯存和處置，放射性物質(zhì)在整個核燃料循環(huán)的各個環(huán)節(jié)間循環(huán)。核事故主要有民用核反應(yīng)堆事故、軍用核設(shè)施、核武器運輸、衛(wèi)星重返和輻射源丟失等。這些生產(chǎn)過程和核事故都有可能釋放放射性污染物質(zhì)，成為重要污染源。第10頁/共48頁第11頁/共48頁第12頁/共48頁第13頁/共48頁第14頁/共48頁兩次嚴(yán)重人為核事故：

1979年美國三里島核電站二回路故障，造成失水，無法導(dǎo)出余熱，部分燃料棒熔化、破損，放射性泄漏，但對環(huán)境影響不大。

1986年切爾諾貝利核電站嚴(yán)重事故，也是人為造成的。停堆進(jìn)行電機(jī)性能試驗，切斷安全保護(hù)系統(tǒng)，將堆內(nèi)大部分控制棒迅速拔出，剩下8根時，反應(yīng)堆功率失控，被切斷的安全保護(hù)系統(tǒng)無法動作，引起爆炸與燃燒，堆芯熔化，放射性嚴(yán)重泄漏，大范圍污染環(huán)境和大量人員死傷（31人死亡、203人放射病、400萬人低劑量輻射）。第15頁/共48頁切爾諾貝利核電站事故后幾天英國牛奶和葉菜中典型放射性核素比活度放射性核素南部北部牛奶（Bq/L）蔬菜（Bg/kg）牛奶（Bq/L）蔬菜（Bg/kg）131I50100400200134Cs410400100137Cs2520050第16頁/共48頁3、放射性同位素的生產(chǎn)和應(yīng)用

放射性同位索的生產(chǎn)及其在工業(yè)、醫(yī)療、教學(xué)、研究等日益廣泛的應(yīng)用和相關(guān)的廢物處置，也會對公眾造成一定劑量的照射。4、礦物的開采、冶煉和應(yīng)用

除作為核燃料原料的含鈾礦物以外，煤、石油、泥炭、天然氣、地?zé)崴?或蒸汽)和某些礦砂中的含量也比較高，其開采、冶煉和應(yīng)用一定程度上也會釋放放射性廢物到環(huán)境中去，給土壤環(huán)境帶來一定的污染。第17頁/共48頁第18頁/共48頁影響放射性物質(zhì)在土壤環(huán)境中的積累和遷移的因素1、氣候與地形

年降雨量是影響土壤放射性污染的重要因素，潮濕地帶土壤的pH值往往較低；其次，水對許多放射性離子有一定的溶解作用，使之隨水的滲流而向土壤深層遷移；含水量對土壤中微生物、細(xì)菌的活動和有機(jī)物的分解、合成也有明顯影響，從而間接影響核素的吸附行為。地形對土壤放射性污染水平有影響，在山坡地區(qū)，污染程度較高的表層土壤流失嚴(yán)重，土壤中核素的污染水平遠(yuǎn)比平原地區(qū)低。第19頁/共48頁2、放射性核素的形態(tài)和性質(zhì)

放射性核素半衰期長的對環(huán)境影響大，短的影響相對??；核素在土壤中的存在形態(tài)對交換吸附也有很大的影響，通常溶解態(tài)的陽離子易被吸著，其在土壤中的遷移能力較??；難溶態(tài)的氧化物或沉淀物不被粘粒礦物吸著，可隨水流在土壤縫隙中遷移。以不同氧化價態(tài)存在于土壤中的放射性核素，植物的吸收能力也不同。一般情況下，放射性核素的粒徑愈小，愈易溶解和被作物吸收；比活度愈高，也愈易于溶解。第20頁/共48頁3、土壤的性質(zhì)及土地的利用方式

不同種類的土壤對放射性物質(zhì)的吸附能力有明顯的差異。例如，中國東北地區(qū)的土壤對90Sr的吸附能力依次為：黑土粘粒＞白漿土粘粒＞暗棕色森林土粘粒。土壤顆粒粒徑愈小，其有效比表面積愈大，吸附能力也愈強(qiáng)。第21頁/共48頁

土壤中的粘土礦物是土壤吸附或固定137Cs的主要原因，但土壤中的有機(jī)質(zhì)對137Cs吸附或固定的影響也非常重要。土壤中的有機(jī)質(zhì)能吸附或固定土壤中的有機(jī)質(zhì)能吸附或固定137Cs的主要原因在于它能提供大量的交換性陽離子．而土壤中的陽離子交換量增大時，能增加土壤對放射性核素的吸附或固定。土壤中有機(jī)物質(zhì)的施用能大大減少作物對核爆炸副產(chǎn)物(Sr，Cs，Ce和Ru)的吸收。這一方面可減少放射性核素通過食物鏈對人類和動物造成的危害，另一方面可為，137Cs作為土壤侵蝕和沉積示蹤劑提供理論依據(jù)。第22頁/共48頁

土壤的pH值對土壤膠體的生成、放射性核素的水解和離子交換反應(yīng)都有明顯的影響，從而影響到土壤對核素的吸附。土壤的pH值一般為4-10，除放射性Sr、Cs和Ra外，錒系元素、稀土元素和大多數(shù)感生放射性核素(如54Mn、60Co等)均易水解，從而影響其被土壤吸著的能力。例如，60Co在酸性條件下以Co2+離子狀態(tài)存在于土壤中，極易被吸附，但中性條件下即發(fā)生水解反應(yīng)，生成Co0H+和Co(0H)2，吸附能力明顯下降。第23頁/共48頁

土壤中天然的無機(jī)和有機(jī)配位體，可與放射性核發(fā)生絡(luò)合或整合反應(yīng)，從而影響土壤對核素的吸附能力。土壤中含有的多種常量及微量元素，可形成放射性核素的天然載體，對其在土壤顆粒表面上的吸附具有某種競爭及稀釋作用，從而減小其吸附量。例如，土壤中Ca2+含量增高，可明顯降低其對90Sr的吸附，在有機(jī)質(zhì)含量高的土壤中，這一作用尤為明顯，其原因是有機(jī)質(zhì)能優(yōu)先吸附Ca2+

。

第24頁/共48頁第25頁/共48頁4、植物種類

不同種的植物對土壤中放射性核素的吸收能力是不同的。例如，豆科植物對90Sr的吸收能力比禾本科植物強(qiáng)，但蓼科和葫蘆科植物對90Sr的吸收能力比豆科植物強(qiáng)得多；植物和谷類對137Cs的吸收為：萵苣屬、甘藍(lán)＞胡蘿卜、馬鈴薯＞谷類、蔥屬，水果：草莓屬＞蘋果；對90Sr的吸收順序為：萵苣屬、甘藍(lán)＞胡蘿卜、蔥屬＞谷類＞馬鈴薯。另外，同種植物不同的器官對放射性核素的積累是不同的。例如，芝麻莖內(nèi)90Sr含量比葉子高，并且90Sr大量集中在老葉中。

137Cs在水稻各器官中的比活度大小順序為葉＞莖＞根＞穗。放射性核素不同污染時期在植物器官中的分布也不同，例如，137Cs在根和葉中的分布隨污染葉位的上升而減少，在莖和穗中的分布隨污染葉位的上升而增加。第26頁/共48頁5、肥料、化學(xué)添加劑和人類的耕種肥料和化學(xué)添加劑的施用可影響土壤中穩(wěn)定元素的濃度及其酸堿度。例如，銨基鐵(III)、六氯鐵酸鹽的應(yīng)用對減少放射性核素從土壤向植物中轉(zhuǎn)移有明顯效果。人類在土地上的耕翻和種植作物的不同也有影響。第27頁/共48頁第28頁/共48頁

研究施用石灰、褐煤和鉀肥等對減少137Cs在水稻植株中積累的影響。結(jié)果表明，施用相當(dāng)干土壤陽離子代換量1/20的鉀鹽，使水稻對137Cs的積累比對照組減少32％以上，隨時間變化，這種效應(yīng)更加顯著。在第2茬水稻試驗中(137Cs污染后57d)施鉀鹽處理組水稻中137Cs的積累比對照組減少76％以上，分析結(jié)果表明，施用鉀鹽后，土壤中代換性137Cs的含量比對照組低得多，差異十分顯著。99％以上的137Cs被土壤固定，難以被水稻吸收。本試驗的兩組施用量相比，低量組比高量組效果更好。第29頁/共48頁第30頁/共48頁放射性污染土壤的管理1、土壤改良劑：通過降低土壤溶液中核素的濃度，而降低植物吸收。主要的改良劑有沸石等沸石對草本植物中放射性銫提取的影響（mg/kg，DW）沸石（%）壤土泥炭土第一次收獲第二次收獲第一次收獲第二次收獲07.324.96307.0427.0103.692.008.4119.1第31頁/共48頁

施用石灰可以提高土壤中pH和增加鈣離子濃度，從而改變土壤溶液的化學(xué)組成。有研究表明：施用石灰可以降低菠菜和綠豆對鍶和銫的吸收。第32頁/共48頁2、化學(xué)肥料：主要是通過改變土壤溶液（固-液相交換）和植物吸收過程來影響植物對核素的吸收?；一镣寥乐?，鉀肥施用可使植物對銫的吸收降低3-4倍。第33頁/共48頁第34頁/共48頁第35頁/共48頁第36頁/共48頁第37頁/共48頁第38頁/共48頁3、菌根：土壤中微生物對環(huán)境中放射性核素的活化與固定起著關(guān)鍵作用。菌根對植物吸收放射性物質(zhì)有影響從枝狀對積累137Cs的影響菌根8周收獲16周收獲地上部分累積（Bq/植物）生物濃度比地上部分累積（Bq/植物）生物濃度比NM6915.95485.9G.mosseae137717.3100113.2G.intraradices175116.67959.5生物濃度比（Bq/g植物組織）/（Bq/g土壤）第39頁/共48頁第40頁/共48頁植物對放射性核素的吸收

植物吸收放射性核素的主要途徑包括大氣的干/濕沉降，土壤顆粒在植物體表面的黏附和植物根系的吸收根外吸收：大氣沉降發(fā)生在核武器或核電站爆炸之后較短的時間內(nèi)，沉降在植物表面的放射性核素可以直接轉(zhuǎn)移到放牧的動物體內(nèi)，也可以被植物葉片吸收而轉(zhuǎn)移到植物體內(nèi)的其它部分沉降在植物表面的放射性核素也可以通過雨水和風(fēng)的作用、植物生長（稀釋作用）、組織衰老、葉片凋落或動物吞食而降低，這些過程稱為植物表面放射性核素的風(fēng)化作用。風(fēng)化作用和放射性核素衰變決定了植物表面放