生态系统的物质循环——放射性核素循环

发布时间:2021/7/12,浏览人次:7057

放射性核素循环

 

一、概述

   放射性污染问题早为人们所关注。放射性物质像许多有毒物质一样,可被生物吸收、积累。元素的同位素物质可散发射线的称为放射性核素(radionuclide)或放射性同位素(radioisotope)。放射性的辐射源有天然和人工两大类。天然的辐射源来自宇宙射线、土壤水域和矿床中的射线。人工的辐射源主要是医用射线源、核武器试验及原子能工业排放的各种放射性废物。

   放射性元素有:锌(65Zn)、锶(90Sr)、铯(137Cs)、碘(131i)、磷(32P)等。有些元素经过裂变或聚变,仅在几秒钟之内便能产生巨大能量。如铀、钚和氢的同位素氘、氚。有些并不裂变的放射性同位素,如碳、锌和磷等在示踪研究中有重要的意义。

 

二、放射性核素的循环

   放射性核素可在多种介质中循环,并能被生物富集。不论裂变或不裂变,通过核试验或核作用物都进入大气层。然后,通过降水、尘埃和其他物质以原子状态回到地球上。人和生物既可直接受到环境放射源危害,也可因食物链带来的放射性污染而间接受害。放射性物质由食物链进入人体,随血液遍布全身,有的放射性物质在体内可存留14年之久。

   核电站排出的放射性物质一般放射活性很低。来自核电站水中的放射性污染使水中微量元素被激活,产生放射性同位素。大部分放射性同位素以废物形式被处理,遗留下来的很快分解,残存剂量多在检测水平以下。

   陆地生态系统放射性核素主要来自大气颗粒的沉降以及液体和固体的废弃物。生态系统中的植物通过叶子在大气中既可拦截污染颗粒,又可吸收放射性核素。植物还可以从土壤、落叶层中吸收放射性核素。从植物开始,放射性核素通过食物链在生态系统中迁移。例如,90Sr和137Cs是生物地化循环中最为重要的两种放射性物质。放射性锶与稳定性元素钙的化学性质类似,与钙一起参与骨组织的生长代谢。90Sr和137Cs虽然在化学性质上分别与稳定性元素钙和钾类似。在体内也积累在同一部分,但它们很容易通过牧食动物进入食物链,特别是那些降水量高并且有少量钙和或其他营养物质的地区、北极冻原地区由于过去战争的原因,已有相当数量的放射性尘埃了。该地区的主要植物——苔藓类就已吸收了降落在它们上面的放射性颗粒。主要污染物质90Sr和137Cs从苔藓植物开始,在食物链中转移。从白腰驯鹿(Rangifer caribu)和驯鹿到野生食肉动物,然后再转至人类。因为,白腰驯鹿整个冬季都取食苔藓,春季时肉中137Cs的含量要比秋季高3~6倍。白腰驯鹿是当地人的主要食物资源。对于北方阿拉斯加土著人,在春季向北迁移时宰杀动物,然后贮存其肉作为春末夏初的食物。这样,爱斯基摩人春季体内137Cs的含量经常会提高50%;而当夏季新鲜鱼类食物增加时,又随之下降。

   各种放射性核素在环境中经过食物链转移进入人体,其进入人体的速度和对人体的作用受到许多因素的影响,包括放射性核素的理化性质、气象、土壤等环境因素,动植物体内的代谢情况及人们的饮食习惯等。

   放射性核素进入人体后,其放射线对机体产生持续照射,直到入射性核素蜕变成稳定性核素或全部被排出体外为止。就多数放射性核素而言,它们在机体内的分布是不均匀的。因此,常可观察到一定剂量下某些器官的局部效应。

   放射性核素对水域生态系统的污染大都是来自核电站排出的废物。进入水中的放射性物质成为水底的沉积物,并在淤泥和水之间不断循环。有些沉积物会被底栖动物和鱼类所吞食。某些海产动物,如软体动物能富集90Sr;牡蛎能富集大量65Zn;某些鱼类能富集55Fe。在食物链中,放射性核素浓度一般随营养阶层增高而增加。

 

三、令人关注的安全问题

   从事放射性工作或长期接受小剂量电离辐射是否对人体有害,会不会诱发恶性肿瘤和遗传性疾病?这已成为普遍关注的一个问题。

   我国对天然放射性高本底地区调查表明,居民中未出现突变性疾病增加的现象。我国从20世纪70年代开始对广东省阳江天然放射高本底地区调查,到1987年为止,还没有发现长期接受小剂量电离辐射会影响人体健康的情况。调查发现这个本底地区平均年照射量率为3.3*10-2gy,为一般本底地区(一般本底地区平均为1.14*10-2gy)的3倍。经调查累计观察了该地区和对照地区近200万人·年(1人观察一年为“1人·年”),恶性肿瘤死亡率不高于对照区和全国平均水平,同时调查的26000名12岁以下儿童,遗传性疾病和先天性畸形的总患病率,也无显著差异。

   应当如何对待发展核能问题,这是当今关注的问题。

   能源问题是世界性的问题。目前我国除了努力开发利用石油、天然气和水力资源外,还必须重视研究、开发与利用核能。

   1954年,前苏联建成了世界上第一座核电站,人类开发利用原子动力的梦想终于成了现实。随着核电站的发展,人们对核电站安全的担心不是没有根据的。1979年3月美国三哩岛核电站二号堆发生了一次严重的失水事故,幸好由于堆的事故冷却紧急注水装置和安全壳等设施发挥了作用,使排放到环境中的放射物质含量极小。尽管在经济上造成10.5~18.6亿美元的损失,并没有造成大的人身伤亡。

   1984年4月,前苏联基辅附近的切尔诺贝利核电站发生事故,放射性131i释放量3.7*1016Bq(106Ci),30km范围内的居民被迫撤离,欧洲不少国家也受到轻微的核污染,引起了强烈的国际反响。据报道,有31人死亡,203人受伤,135000人被疏散。事故后果尚在进一步观测中。应该说,某些偶然事故不能改变核能发展的必要性。核能是一种新的能源,在发展中技术将会更趋完善。当前世界正在运行的核电站已达381座。据国际原子能机构报道,在1985年,全世界电力的六分之一是由核反应堆提供的。在不少国家和地区,核电已经居电力生产的主要地位;法国电力的2/3来自核电,比利时为57.8%,我国台湾省为59%。因此,从长远看,世界经济的未来,开发利用核能是增加能源的一个途径。

   美国一项耗资几百万美元,花了三年时间于1975年发表的《反应堆安全研究》一文中有这样的结论:在美国建100座压水堆和沸水堆核电站,对美国人每年造成的个人死亡风险只有汽车事故的十万分之一,飞机事故的三千分之一。因此可以说,核电站是一种比较安全的能源。我国人均能源并不丰富,有计划地建设核电站是国民经济发展的需要,我们要不失时机地把核能事业健康地发展起来。


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——摘自科学出版社·蔡晓明编著·《生态系统生态学》·第二篇 生态系统功能·第九章 第五节

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