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4 日本放射性廢棄物處置現況 5 福島的環境放射性汙染――過去、現在及未來 6 什麼是放射性和輻射?(三)
福島的環境放射性汙染――過去、現在及未來

5 福島的環境放射性汙染――過去、現在及未來

文‧ 鈴木 元 譯‧ 朱鐵吉


福島事故與環境放射性汙染的始末

2011 年3 月11 日東日本發生大震災,東京電力公司福島一廠的1-3 號機因失去外來的交流電源,導致核反應爐的爐水冷卻機能完全喪失,爐心開始熔融,圍阻體亦劣化龜裂,3 月12 日1 號機、3 月14 日3 號機爐心內大量增生的氫氣產生高壓,導致爆炸。3 月15日早上2 號機開始大量洩漏放射性物質。釋入大氣中的放射性物質,至3 月23 日開始才大幅地降低;但是,此時直接洩漏入海水中的放射性物質尚未完全被控制。根據聯合國輻射科學效應委員會(UNSCEAR)2013 年報告書, 指出1-3號機釋出的放射性物質總量— 氙133(133Xe)為7.0×1018 貝克,碘131(131I)為1.0×1017 ∼ 5.0×1017 貝克,銫137(137Cs)6 ∼ 20×1015 貝克,銫134(134Cs)的放出量和銫137 的比值約為1。

國際原子能總署(IAEA)2015 年出版的報告書也有相同的評估,即氙133、碘131、銫137 的排放量分別為6.0 ⅹ 1018 ∼ 1.2×1019貝克、1.0×1017 ∼ 4.0×1017 貝克、7.0×1015 ∼ 2.0×1016 貝克。事故發生時,季風從西往東吹,釋放出來的放射性物質大多往太平洋沉積,以大氣擴散模型模擬實驗結果,釋出的銫137 總量僅有23%在日本陸地上沉積(UNSCEAR 2016 白皮書)。為了輻射防護和環境修復而採取各種必要的因應措施,但是,由於環境污染的空間太大,難以掌握。2011 年4 月4 日日本學術會議緊急提議,日本原子力研究開發機構(以下簡稱原子力機構)先進行研究,後來很多研究者參與協助,開始著手製作汙染分布地圖,並且加入已測量的空間劑量率數據,以及簽註已固定的偵測地點的空間劑量率。為了顯示廣大範圍的空間劑量率,使用航空機、直升機以及汽車等偵測空間劑量率,又在偵測點的原來位置(in situ)實施核種分析。2011 年6 月開始,在福島一廠周圍80 公里內採取2,200 個地點的土壤樣品,實施核種分析。原子力機構估計,80 公里內放射性落塵沉積於森林中約70%、農耕地20%、市街地5%。

事故後1-2 個月環境汙染的轉變

核子事故後初期,除了氙133、銫134及銫137 以外,環境中尚含有碲132(132Te),放射性碘(碘132、碘133、碘135)等短半衰期散射性核種,由於半衰期短很快因衰變而從環境中消失。2011 年3 月12 日除了含有放射性的煙羽(Plume)曝露外,這些短半衰期核種對體內曝露影響很小。從體內曝露的觀點來說,放射性核種的物理半衰期達8 天的碘131 比較重要。碘131汙染空氣後被吸入體內,被污染的水和食物則從飲食進入體內。進入體內的10-30%會在甲狀腺累積濃縮,甲狀腺體積小,尤其是兒童體積更小,導致受到碘131 的照射而劑量增高,有誘發癌症的疑慮。至於物理半衰期短的放射性核種,在環境測量中很難測定,因此對汙染環境的情形很難掌握。

土壤樣品中碘131 測定的結果,以及長半衰期碘129 的測定數據,綜合推估碘131在環境中的分布。由測定數據評估,核子事故的汙染是從核電廠西北方和南方廣泛分布。碘131 的物理半衰期為8 天,30 天後衰減剩下1/13,60 天後剩下1/180。沉積在淨水場和水源地的部分碘131,會遷移到自來水中。根據日本自來水源的偵測結果,4 月份後自來水中碘131 含量已無法測出,均在偵測極限值(detection limit)以下。



環境污染的轉變―事故後至今5 年

含有短半衰期的放射性碘核種,它的影響不大,事故後1-2 個月內,造成體內外曝露的射源是以放射性銫為主。從核子事故周圍80 公里內,用航空機在事故1 個月至64 個月偵測空間劑量率後的推測值,加上居民居住地的除汙作業,使得廣大區域的空間劑量率降低,且風化作用(weathering)的效應以及銫134(半衰期2 年)的物理衰減效果,導致森林中放射性銫的分布產生變化。

銫134 和銫137 的物理半衰期分別為2年和30 年,事故後5.3 年時,銫134 的濃度衰減至16%,銫137 的濃度則衰減至88%。兩者若是同樣的放射性濃度,銫134 放射出較高能量的加馬射線,因此銫134 對空間劑量率貢獻較大。IAEA 採用TECDO-95 模式,用CF3 係數,推算事故後5.3 年由於物理學的衰減效應,空間劑量率減少36%。實際上,觀察空間劑量率減低,除了銫134 和銫137的物理衰減外,風化作用的效應也有重要的貢獻。風化作用效應,使沉積在土壤的放射性物質受到風的吹襲而移動,下雨使放射性物質隨著土壤流動,在土壤中滲透,使得放射性物質在水平方向、垂直方向的空間分布產生變動。

大雨後,河水混濁,放射性銫在土壤中受到黏土粒子吸附。大雨時一般道路受雨水沖洗,含放射性銫的黏土粒子隨著流入排水溝渠,轉至下水道而流入河川。森林和耕地的表層因大雨而流失,含放射性銫的土砂也流入河川,最後轉移至海中。大雨時河川底泥沉積著放射性銫,瞬間河底的空間劑量率升高,接著大雨從上游流下的土砂覆蓋在河底上,產生屏蔽效應,輻射劑量率便下降。

至於河川排放至太平洋的銫137,UNSCEAR 2016 年的報告指出,每年排放的放射性約在5 ∼ 10×1012 貝克,這個數值約占事故後銫137 在河水中沉積量的1 ∼ 2%。之後,森林因風化作用效應使放射性銫釋出的量越來越少。排放至太平洋的放射性銫大部分來自市街地、農耕地流入河川而轉至太平洋中。日本原子力機構的報告指出,過去5 年空間劑量率的變化受到土地利用型態的影響。都市部分衰減最大,其次是農耕地,而森林的衰減最小。森林部分的衰減和物理衰減大致相同,都市部分除汙是重點,道路的鋪裝及耕作活動影響較大。風化作用的另一面即土壤的滲透作用,放射性銫放射加馬射線受到土壤本身的屏蔽,而使空間劑量率下降。土壤的性質影響滲透的速度各有不同,以福島縣實測的數據顯示,未除汙的土地如旱田,地面至6 公分深的土壤放射性濃度直線下降;另一方面除汙及耕作的土壤,在深部的位置出現放射性銫的分布。

環境中放射性銫的存在型態會發生變化。土壤中含有的放射性銫,因土壤浸泡在水中(如水田),可分成離子化水溶解(溶存態)和黏土吸附兩種成分。事故後,溶存態的放射性銫漸漸減少,結合在黏土中的銫濃度相對的越來越多,植物的根部能吸收的溶存態濃度減少後,從根部吸收的放射性銫就越來越少,因此,從土壤中轉移到植物體內的銫濃度也隨之減少。核武試爆盛行的1960 年代至今,日本國內稻田土壤中銫137 的轉移係數約0.001。福島事故後白米受到放射性汙染,從土壤到白米的轉移係數上升到0.01 左右,目前已下降。

森林的特徵

森林內風化作用的效應有不同的機制,放射性銫的空間分布產生變化。發生事故時含有放射性銫的粉塵隨著雨滴落下,雨水中部分放射性銫附著在樹葉和樹皮上,因風化作用由雨水從樹木沖洗下流至地面,其中一部分由樹葉和樹皮吸收。因此,森林中的放射性銫不只分布在土壤中,在土壤上10-20 公分的樹幹上也廣泛分布,產生的加馬射線會橫向照射。事故後3 個月針葉樹林茂盛,事故後2-3年開始落葉,伴隨著垂直方向的空間劑量率已證明會產生變化。也就是說,樹頂的放射源大幅減少,地面的放射源反而增加。事故後,樹葉和樹皮所吸收的放射性銫,比從根部吸收的放射性銫為多。所以由樹木發射出來的加馬射線隨著時間經過而越來越少,樹木之間的遮蔽效應使從森林中發出的加馬射線也越來越降低。

森林、水田、旱田和都市地區,風化作用的效應迥異。腐質土多的森林,菇類等菌類能吸收放射性銫,儲存在菌類植物中,特別是菇類的傘帽含有較多銫核種,這類森林的土壤中銫核種的垂直方向滲透甚慢。從森林中流入河川,再流出來的放射性銫的測定,由(日本JAEA)Niizato 等人的調查指出,從森林中每年流出量約為沉積總量的0.1%,隨著時間經過,從根部吸收的部分下降,轉移至植物中的遷移率也下降,但是高汙染的森林中,菇類、菌類以及根部較淺的植物,尚含有較多的放射性銫。

福島的環境汙染─現在、未來

食品: 2014 年食品檢驗以測定放射性銫在食品中的含量為主,取樣對象為野生菇類、野草、馴鹿肉、鹿肉等。在市場流通食品取樣檢驗方式,設定日本人一般生活的食品,推估其放射性銫的含量,進而評估其造成的體內劑量,檢驗結果評估體內放射性銫與放射性鉀(鉀40)造成的劑量,銫137 只有鉀40 的1/10,因此食品中的放射性銫汙染,對健康的影響很小,可以放心。空間劑量率:日本JAEA 所開發的評估模式,依過去5 年空間劑量率的衰減數據評估,因核事故而設定的返家困難區、避難準備區等高汙染地區,評估結果,事故10 年後空間劑量率會遞減至每小時數微西弗以下。除了森林地區以外,由於已完成除汙工作,以及水田、旱田開始種植利用,降低空間劑量率的速度因此加快。已解除避難地區,則以步行方式測量空間劑量率,製成空間劑量率的地圖,評估劑量後公諸於世,以消除居民的不安疑慮。

有關低劑量被曝露

放射線生物學與放射線疫學專門研究者指出,每年接受未滿10 毫西弗低劑量的曝露,對身體幾乎沒有影響,在動物實驗和疫學調查的結果,均未發現有任何症狀。低劑量率、低劑量的輻射曝露對健康的影響,比起抽菸,喝酒,攝取蔬菜不足和導致肥胖的生活習慣等,對健康影響的風險更小。在福島縣養育小孩,其「安全」與「健康」其實不用擔心,不會比其他地方風險大。至於解除劑量風險可以返鄉的地區,其「就業場所」和「醫療服務」以及「教育環境」等,是否能獲得多數人的認同,迄今未能完全解決。福島地區拆廠除役事業、新的技術開發伴隨著相關的新興產業,也會因「就業場所」和「醫療服務」和「教育環境」等機能的欠缺,而使多數人不願返鄉生活。所以生活環境的再創造,努力促進綜合再生的環境是相當重要的課題。(本文作者為清華大學原子科學系榮譽退休教授)

資料來源:
鈴木 元,〞福島の環境污染――過去、現在、そして未來〞,Energy Review, Feb.2017, vol.37, No.2 p.38-41
4 日本放射性廢棄物處置現況 5 福島的環境放射性汙染――過去、現在及未來 6 什麼是放射性和輻射?(三)
Last modified:2017-10-20 16:03:27 by nicenter Powered by TadBook2
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