人工放射性核素分布-环境样品放射性监测与分析

现在，自然环境中的大部分人工放射性核素，均为核试验生成的裂变产物，并被称为放射性沉降物，广泛分布于自然界中。近年来，随着世界原子能发电及核燃料再处理工厂的不断增加，由设施中产生的人工核素，作为废物排放到外环境中。当前，这些核素与沉降物相比还是非常少的，但将来有增加的趋势。

1.大气中的放射性沉降物

1945年7月，自美国进行首次核试验以来，截止1978年6月，各核国家共进行了大气层、地下、水下、高空四种类型的核爆905次。累计当量约为33 600万吨。由历次核爆释放到大气层中的裂变产物，分三种过程沉降，蓄积于地表：

（1）局部沉降物、降落在核试验场区附近。核爆后约一天沉降到地面。

（2）核裂变产物随气流扩散，逐渐沉降到地面。

（3）部分裂变产物，由爆炸进入平流层，并向对流层迁移，然后再沉降到地面。

其中，造成全球性长期污染的是（2）、（3）过程中的沉降物。

扩散到大气层中的裂变产物，根据爆后经过的时间，核素的存在比是不同的。核爆后一月以内的沉降物，主要是半衰期为几天至十天且裂变产额较大的核素，主要有131I、140Ba-140La、141Ce-141pr、103Ru-103Rh、89Sr、95Zr-95Nb等。长半衰期核素主要有90Sr、108Ru-106Rh、137Cs、239Pu等。

2.放射性沉降物在地面的蓄积

大气中的裂变产物，随降雨及飘尘沉降并蓄积于地面。全球性沉降物的沉降量，以北半球北纬30°～60°地带为最大，这是由于核试验场多数都集中于北半球中纬度地区的缘故。

蓄积于地面的沉降物，受雨水的影响而流失，并散集于浮度为20cm内的地表浅部，日本90Sr、137Cs在土壤中的蓄积量，90Sr约为80mci/km2，137Cs约为100mci/km2，但沉降物的蓄积量因地区而异，有的约差10倍。

图5-2　世界90Sr蓄积量

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图5-3　不同纬度土壤中的90Sr蓄积量

3.放射性沉降物向海洋的迁移

沉降物经三种途径进入海洋：①由对流层、同平流层向海洋中的沉降。②在太平洋岛屿上进行的核爆，局部性的沉降物，大部分沉降至海洋中。③陆地蓄积的部分沉降物经河流迁移至海洋。其中起支配作用的是前两种过程，陆地上沉降物的蓄积量比海洋多1.5倍，沉降于海洋表面沉降物在100m深处快速混合。日本沿岸表层海水中的90Sr和137Cs的平均浓度，90Sr为0.2pci/L，137Cs为0.3pci/L。

核试验生成的3H的浓度，太平洋沿岸水中约为10TR（Tiritum Radio）。

关于湖水、河水中90Sr、137Cs估计世界平均浓度90Sr、137Cs经河水迁移至海洋的比例。90Sr为年蓄积量的1%～10%，137Cs是2%～6%。

4.食物和人体中的放射性核素

地面和海洋中蓄积的放射性核素，随食物摄入人体，并在体内蓄积，形成长期性内照射。90Sr是半衰期相当长（27.7年）的核素，其子体90Y、β能量较高，Eβ为2.27MeV。同时，Sr与Ca均属碱土族金属，二者在生物界中行径也很相似。

自然界中Sr的含量比Ca少得多。然而生物界中Sr的行径决定于Ca的存在。90Sr在生物界的含量一般采用90Sr与Ca的比，即用Pci90Sr/g Ca来表示。特别是Ca为人骨的主要成分。90Sr也蓄积于骨组织，因此，利用90Sr与Ca含量的比，可以有效地来定量评价90Sr在食物链中的迁移过程。

植物中的90Sr，植物根部能吸收土壤中的90Sr，植物叶面上蓄积的大气中的90Sr也可直接进入植物体内。

5.原子能设施排放出的核素

1970年全世界运转的反应堆数，研究用反应堆361座，发电用反应堆127座，电容量为20GWe（十亿瓦特电工率），截至2016年1月1日全球在运核电反应堆共439堆。到2014年年底，全球核电的发电量为24117Wh（24117亿千瓦时），占全球发电量的11.5%。

核电站及核燃料再处理工厂的运转，将低水平放射性废气、废液排放至环境中，其中所含核素，依设施种类及反应堆型式而异。一般进入大气中的多为Kr、Xe等稀有气体，废液中含有裂变产物、诱导放射性核素和3H。