福島核事故1-3 年后137Cs對(duì)水生生物輻射劑量率的評(píng)價(jià)

熊瀟穎 白曉平 杜紅燕 魏其銘 鄭 偉

（中國(guó)核電工程有限公司，北京 100840）

0 概述

日本東京電力株式會(huì)社（TEPCO）福島第一核電站位于日本東北部福島縣福島工業(yè)區(qū)，在日本首都東京以北偏東方向大約270km， 由6 臺(tái)沸水堆機(jī)組組成。 2011 年3 月11 日14:46，日本宮城縣東方外海發(fā)生里氏9.0 級(jí)大地震， 引發(fā)了國(guó)際核與輻射事件分級(jí)（INES）為7 級(jí)的核事故。 地震發(fā)生后，1～3 號(hào)機(jī)組堆芯發(fā)生了不同程度的熔毀，在隨后的幾天中，陸續(xù)發(fā)生氫氣爆炸[1]。

福島核事故導(dǎo)致了放射性物質(zhì)向大氣和海洋環(huán)境的大量釋放。2011 年4 月6 日,污水泄漏停止。泄漏污水中含有131I、134Cs、137Cs 等。其中實(shí)際測(cè)量到的137Cs的放射性物質(zhì)濃度值為1.8×106Bq/cm3， 根據(jù)日本規(guī)定的核電站監(jiān)視區(qū)域外環(huán)境海水中放射性濃度的限值（137Cs：9×10-2Bq/cm3），137Cs 已超標(biāo)2×107倍[2]。 輻射重要性角度來(lái)看，137Cs 是釋放的最重要的核素之一。放射性核素排入海洋后，會(huì)通過(guò)各種途徑對(duì)生活在該棲息環(huán)境的水生生物產(chǎn)生影響。

國(guó)際放射防護(hù)委員 （ICRP）103 號(hào)出版物強(qiáng)調(diào)了保護(hù)環(huán)境的重要性（ICRP103），保護(hù)環(huán)境包括“保護(hù)和保持：包括動(dòng)物物種和植物物種在內(nèi)的非人類物種及其多樣性”[3]。 近年來(lái)，環(huán)境輻射防護(hù)領(lǐng)域國(guó)際上開(kāi)展的工作有FASSET 項(xiàng)目(環(huán)境影響評(píng)價(jià)大綱)[4]、EPIC項(xiàng)目(北極電離污染的環(huán)境保護(hù))、ERICA 項(xiàng)目(電離污染的環(huán)境危險(xiǎn)—評(píng)價(jià)和管理)[5][6]、PROTECT 項(xiàng)目（2006 -2008 年）[7]、EMRAS 計(jì) 劃（Environmental Modelling for Radioation Safety）EMRAS II 計(jì) 劃MODARIA(Modelling and Data for Radiological Impaction Assessment)計(jì)劃[8]等。 因此，也應(yīng)關(guān)注放射性核素對(duì)非人類物種的輻射影響。

1 對(duì)水生生物輻射影響的計(jì)算

本文關(guān)注福島核事故1～3 年后137Cs 對(duì)水生生物的輻射影響。由目前已有的資料[9]，福島事故后1～3 年于不同地點(diǎn)檢測(cè)到的核素137Cs 在海水中的濃度如表1 所示。

表1 福島事故后1～3 年于不同地點(diǎn)檢測(cè)到的核素137Cs 在海水中的濃度

根據(jù)《福島第一核事故總干事的報(bào)告》[3]，其用于評(píng)價(jià)事故對(duì)非人類生物的潛在輻射影響的方法是國(guó)際放射防護(hù)委員會(huì)建議的那些方案，即水生生態(tài)系統(tǒng)中， 核素i 對(duì)j 生物造成的總劑量率可采用以下公式進(jìn)行計(jì)算：

（1）內(nèi)照射劑量率。

α 對(duì)應(yīng)的內(nèi)照射劑量轉(zhuǎn)換因子，μGy·h-1/Bq·kg-1。

wlowβ、wβγ、wα分別表示低能β、β/γ、α 的輻射權(quán)重因子。

（2）外照射劑量率。

vw、vws、vss、vs分別表示核素i 在水中、水面、水底、底泥中的居留因子。

（3）生物體j 受到的總照射劑量率。

其中，核素i 在沉積物中的濃度為：

式中，Kd表示分配系數(shù)（平衡狀態(tài)下，放射性核素在固、液相中的比值），L/kg。

式中，CR 為濃集比，(Bq/kg)/(Bq/L)。

文中計(jì)算所用各個(gè)參數(shù)及其來(lái)源見(jiàn)表2。

表2 計(jì)算所用參數(shù)及其來(lái)源

評(píng)估生物劑量率時(shí)，參考生物的定義和選用是建立“非人類物種”輻射劑量評(píng)估模型的基礎(chǔ)。本文根據(jù)歐共體FASSET 計(jì)劃中提供的海域生態(tài)系統(tǒng)參考生物，保守選取深水魚、涉禽、甲殼類動(dòng)物、大型藻類、哺乳動(dòng)物、雙殼軟體動(dòng)物、淺水魚、浮游植物、多毛綱動(dòng)物蠕蟲、爬行動(dòng)物、珊瑚蟲、導(dǎo)管植物、浮游動(dòng)物13 類海洋生物作為輻射劑量率計(jì)算的參考生物。

結(jié)合式（1）～式（5），對(duì)以上13 種參考生物進(jìn)行劑量率的計(jì)算。 計(jì)算結(jié)果為：

（1）2012 年， 距離加拿大不列顛哥倫比亞省海岸1500 km 處，137Cs 對(duì)多毛綱動(dòng)物蠕蟲造成的劑量率最大，為1.06×10-3μGy/h。

（2）2013 年，福島第一核電站港灣外，137Cs 對(duì)多毛綱動(dòng)物蠕蟲造成的劑量率最大，為5.67 μGy/ h。

（3）2013 年，在離加拿大大陸架，137Cs 對(duì)多毛綱動(dòng)物蠕蟲造成的劑量率最大，為1.77×10-3μGy/ h。

（4）2014 年， 福島核電站5、6 號(hào)機(jī)組的北部水渠和北部排放口，137Cs 對(duì)多毛綱動(dòng)物蠕蟲造成的劑量率最大，為3.54 μGy/h。

（5）2014 年， 距離加拿大不列顛哥倫比亞省海岸1500 km 處（同2012 年觀測(cè)點(diǎn)）表層150 m 厚度的水柱，137Cs 對(duì)多毛綱動(dòng)物蠕蟲造成的劑量率最大，為7.08×10-3μGy/h。

（6）2014 年， 距離福島核電站20 km 的海域內(nèi)，137Cs 對(duì)多毛綱動(dòng)物蠕蟲造成的劑量率最大，為3.54×10-2～3.54×10-1μGy/h。

根據(jù)以上資料和數(shù)據(jù)的計(jì)算結(jié)果顯示， 于2013年福島第一核電站港灣外137Cs 對(duì)參考生物中的多毛綱動(dòng)物蠕蟲造成的劑量率是最大的， 為5.67 μGy/h，未超過(guò)非人類生物的劑量率篩選值10 μGy/h[11]。

2 結(jié)語(yǔ)

福島核事故泄漏的污水中含有131I、134Cs、137Cs等，本文只考慮了137Cs 對(duì)水生生物的影響。若考慮多種核素對(duì)水生生物的輻射影響， 則需進(jìn)一步計(jì)算和分析。