辐射类型

一般我们讲有影响的辐射都是电离辐射。非电离辐射对人类影响很小，要影响人类需要很大功率。电离辐射主要是能穿透并打断人体内化学键，从而导致蛋白质或DNA链断裂，DNA复制出错，引发细胞凋亡（急性）或癌变（慢性）。从原理上就能看出，辐射影响最大的人体细胞是分裂比较剧烈的一些细胞，例如骨髓细胞，上皮细胞（包括皮肤和肠黏膜），生殖细胞。

电离辐射主要类型：

Alpha辐射：两个质子和两个中子组成的原子核。
Beta辐射：高能电子或正电子。
Gamma辐射：高能光子，或者从光子能量来看，高频电磁辐射。
质子辐射：高能质子流。
中子辐射：高能中子流。
其他高能粒子。

其中特别注意中子辐射。中子辐射穿透力强，具有诱导放射能力，因此很难处理。

所谓感生放射性，指物体在放射性射线的辐照下，由不具备放射性转变为具有放射性的过程。理论上所有的电离辐射都可能产生感生放射性，包括Gamma辐射，也可能产生光致蜕变。但是大部分感生放射性主要来自中子活化。中子辐射可能击打原子核使得原子转变为同质子数但中子数不同的同位素，即放射性同位素。

辐射强度

辐射的主要计量单位是Sv，以前也用过rem。这个单位的物理学意义是能量密度等效单位，经常和另一个单位Gy混淆。每千克物体接受1焦耳的辐射，即为1Gy。这是吸收剂量，和辐射位置，辐射类型没有关系。但实际辐射对人体的影响不止和能量有关，和什么部位，辐照类型也有很大关系。Sv计算辐射对人类的影响，公式是H=DQN。Q是品质因素，衡量辐射种类。N是修正因素，衡量不同生物部位。在Q=1，N=1的情况下，1Gy=1Sv。

Beta和Gamma辐射，Q=1。Alpha辐射，中子，质子，Q从5到20不等。

皮肤，N=0.01。肺，骨髓，N=0.12。全身，N=1。

因此很容易想到，那些手里拿个仪器宣称当地辐射是多少Sv的，都不怎么靠谱。因为Sv和被辐射部位有关。他们测的要么是Gy，要么假定全身受辐射，N=1，然后根据不同辐射水平加权计算等效剂量。如果是监测环境辐射的话，确实问题不大。因为全身受辐射。但有很多情况是局部辐射。这时候用仪器测多少Sv就有不是那么严谨。

简单来计算的话，人平均受辐射水平（背景辐射）大约是2.5mSv/yr，职业辐射应小于20mSv/yr。折合到每小时水平，背景辐射大约<0.29uSv/h，职业辐射平均值小于2.28uSv/h。注意职业辐射平均值没有意义，因为职业辐射都是瞬时值比较大。

放射性同位素

其实辐射源不只是同位素。但废水里显然不会有伦琴管。所以废水里的辐射主要来自放射性同位素。此时就涉及到两件事。同位素放射强度和类型。

放射源的活性计量单位是Bq。其定义为1秒有一个原子发生衰变，则放射活性为1Bq。特别注意其计算公式。R=N*ln2/t，其中N是物质的量，单位是mol，t是半衰期。也就是说，半衰期越长的物质，其放射性活性也就越小。相同的物质的量下，三天衰变一半的放射性要远强于三万年衰变一半。这和我们常规说到的放射性同位素污染正好相反。长半衰期物质所带来的放射性污染，主要都来自于其巨大的物质的量。Pu-239的放射系数是I-131的1.1M倍之多。也就是1.1吨的Pu-239和1g的I-131放射性活性一样。但后者过半年就几乎可以忽略不计了，前者要完全失活需要近10万年。

另一个有点冷僻但完全可以理解的事情是，大部分核电站的中间核素，都是短或中半衰期的同位素。反而是原料，大多是长半衰期的同位素。这也很好理解。因为核燃料一定是易裂变材料，否则无法维持链式反应。而如果该材料的半衰期很短，在地球45亿年的时间里早就衰变完了，无法大规模开采使用。目前主流使用的材料有两种，U-235和Pu-239。前者半衰期7亿年，后者半衰期2.4万年。从道理上说，如果一块U-235尚未反应，不包含中间核素，你可以用手去拿，而不需要辐射防护（毒性是另一回事）。

需要注意的是，放射性活性和辐射强度没有直接关系，两者也无法直接换算。

裂变，衰变

核电站采用裂变，而且是有中子撞击的链式裂变。原子核吸收一个中子，分裂成两个原子核，再放出数个中子。只要放出的中子数大于吸收的，反应就能持续下去。由于中子放出后并不一定会击中下一个原子，所以中子有损耗率。材料所放射出的中子越多，辐照材料越多，那么击中下一个原子核的概率就越高，损耗率就低。材料中杂质越多，被其他材料吸收而发生“不放出中子的裂变”的概率越高，损耗率就高。当放出中子数乘以损耗率大于1的时候，反应就可以持续进行。这个“损耗率大于1”的条件，被称为临界质量。从原理上看，临界质量和材料质量，纯度，杂质有直接关系。纯度越高，临界质量越小。

大家有兴趣可以算一下看看，一个各向同性纯材料构成的理想球R，发生中子俘获的概率为a，那么临界物质的量应当是多少。

如果向一个裂变中的核电站反应堆，插入一堆强烈吸收中子的材料。核反应就会迅速停止。

衰变指不稳定同位素的原子核放出自发放出辐射的现象。这一现象的发生不受原子核所处的物理和化学状态的影响。

核电站为什么不能马上停机？因为裂变反应中产生了很多放射性同位素。这些同位素在不停的发生衰变。这个过程无法以化学或者物理方式停止。唯一的办法是不停的冷却，带走衰变产生的热。同时，由于衰变放出的辐射包括了中子，因此用来冷却的介质和容器，也就变成了低放射性污染物。核燃料在燃烧结束后，会在乏燃料池里面浸泡降温一段时间，最后被收集到核废料处置装置里面，深埋地底。

如果这个过程被突然终止了，那么无处宣泄的热量就会烧干介质，最终导致堆芯溶解。这就是为什么核电站不能立刻停机。

福岛核废水的来源

福岛核灾难主要是因为日本311关东震灾破坏了福岛核电站的电机系统。核电站虽然停止工作，但是放射性核素衰变持续进行。最后烧干了核心的纯净水，被迫引入海水进行冷却。由于海水进入核岛，因此携带中间核素成为了放射性污染物。后续包括泄漏到建筑内的污染物，污染的地下水等等，也同样是放射性污染物。这些水被储存在福岛附近的大型储水罐中。

由于核心冷却活动持续进行，核岛放射性始终强劲，而且始终破损开放无法修补。因此进入的自然水体会持续变成放射性核污水。正常乏燃料池会循环使用冷却水，不会持续产生污水。但福岛的核岛显然做不到百分百拒绝外来水，因此污水越来越多。福岛核心的放射性过强，因此也无法搬动到隔绝自然的循环池里，停止外来水体进入。因此储存罐里的水越积越多。

福岛核废水的放射性同位素组成

根据引用[1]，按照日方计划，福岛的处理后核污水排放计划中会移除63种放射性同位素（ALPS，Advanced Liquid Processing System），但是氚和C-14除外。因为氚是氢的放射性同位素，要从水中提取氚（或者氘）的最好办法是同位素浓缩，也就是电解水。这一过程耗能巨大。而正常核电站的废水中也含有氚。既然正常核电站的废水排放也含有氚，那么把福岛视为一个正常核电站去管理就好了。

而在正常核电站里，一般会分为两路循环。中心是高压循环，水在高压循环里不会泄漏进入自然界。第二路用中心循环带出来的热量烧开水，推动蒸汽轮机发电，最后再引入自然水体冷却。水在低压循环里也不会泄漏进入自然界。最后是用于冷却冷却水。一般核电站大量排放的就是冷却水。

由上面的原理我们可知，冷却水一般不会携带放射性同位素。放射性同位素从一级回路基本不向二级回路扩散，何况是冷却水。但中间介质水却可能因为中子活化导致间接携带放射性。因此核电站无论如何，都是要向自然界排放放射性同位素的。这里主要就是氚。

氚的化学和物理性质

氚是氢的同位素，也是唯一的不稳定同位素，半衰期为12.5年。氚没有生物富集效应[2]，不会随着高等海洋生物富集最终被过度。同时，氚的衰变基本为单一的Beta衰变。放射出的电子很难穿透皮肤，因此比Gamma衰变更为安全。不是特别多的氚被排放到自然界后，只会轻微的增加天然本底辐射，不会对公众环境产生特别大的影响——从我个人的观点来看，比汽车对公众寿命的影响更小。

中国的核电厂排放标准

核动力厂环境辐射防护规定[3]，2011年实施。

对于滨海厂址，槽式排放出口处的放射性流出物中除氚和碳 14 外其他放射性核素浓度不应超过 1000Bq/L；对于内陆厂址，槽式排放出口处的放射性流出物中除氚和碳 14 外其他放射性核素浓度不应超过 100Bq/L，并保证排放口下游 1km 处受纳水体中总 β 放射性不超过1Bq/L，氚浓度不超过 100Bq/L。如果浓度超过上述规定，营运单位在排放前必须得到审管部门的批准。

表 1 气载放射性流出物控制值

	轻水堆	重水堆
惰性气体	6×10^14 Bq/a
碘	2×10 10 Bq/a
粒子（半衰期≥8d）	5×10^10 Bq/a
碳 14	7×10^11 Bq/a	1.6×10^12 Bq/a
氚	1.5×10^13 Bq/a	4.5×10^14 Bq/a

表 2 液态放射性流出物控制值

	轻水堆	重水堆
氚	7.5×10^13 Bq/a	3.5×10^14 Bq/a
碳 14	1.5×10^11 Bq/a	2×10^11 Bq/a（除氚外）
其余核素	5.0×10 10 Bq/a	2×10^11 Bq/a（除氚外）

简单结论

如果我们跳过细节只看结论的话，ALPS处理水的年排放量是2.33E13Bq（23.3TBq）。中国对3000Mw轻水堆的要求是7.5E13（75TBq）。所以ALPS的放射性氚排放总量小于中国国家标准的要求。同时，根据引用[4]，秦山的实际排放量为1.25E14（125TBq）（秦山是6000MW级电站，调整后上限为150TBq，是满足要求的），大约是5倍。而且其中秦山三期的氚单独计数。

计算过程：140000Bq/L x 19000L/h x 8760h/a = 2.33E13Bq。数据来源参考引用[5]和引用[6]。

如果Bq这个单位不够直观的话，我们可以换算成一个更古老的单位——Ci，居里。1Ci等于1克Ra-226的放射性，等于3.7E10Bq。ALPS的氚排放量，大约相当于629g镭。秦山的排放量，大约相当于3.378公斤镭。不过请注意。Ra的即时放射性比T要弱的多，原因就是上面说过的，Bq的公式所致。Ra-226的半衰期为1600年，是T的128倍。因此，同物质的量下，T的放射性为Ra-226的128倍。简单换算可知，秦山的T排放量应为26g/每年。

具体数据可以参考引用[8]。

问题

我对日本排放处理水仍有疑虑。日本排放处理水的问题并不在ALPS本身：

日本负责处理污水的机构是东电，而东电的记录不怎么良好。2011年震灾的时候连续出包，硬生生把问题搞大。2013年承认放射性地下水泄漏到了太平洋里。（参考引用[7]）这里漏的可不是只含有氚的废水，而是真正的核污水。
辐射水并不好监测。东电在2013年承认了有污水经地下泄漏，而且泄漏了挺久。那这是监测不到呢？还是监测到了没管？说监测不到吧，怎么保证分离排放活动没有意外泄漏？说监测到了没管吧，对这种机构就完全没信任感了。
ALPS之前发生过漏水，说明发生泄漏的可能性是存在的，且发生过。（参考引用[7]）
反复提及IAEA审查，但是很少提及IAEA“监督”（我的理解是没有）[9]。审查是仅针对方案的。比其审查，外部持续监督可能更加重要，尤其是针对东电这种出过问题的机构。
我同样不大信任NRA，原因同1。13年东电漏了放射性地下水，损伤的不仅是东电的信用。
按照我对大型机构的理解，大型机构自我监督的能力很差。大型机构雇员的职责会相对固定。如果在一个尚未清晰划分的环节发生了不确定的情况，一线责任人未必有胆子追到底。（如果确定有问题反而有可能一线责任人挺身而出一追到底）
从这点来看，监督范围还不仅是福岛ALPS，最好是日本每一座东电管理的核电站。
希望把秦山一起监督了。

对应措施

蓄水池不可能永远只进不出，日本排放废水一事必然发生，只是早晚问题。东电好歹做了大部分元素的过滤，还征集了一把氚的处理方案。只是以目前的技术来看很难有满意方案。
排放既然早晚发生，能做的只有尽量降低影响。氚就没办法了，但最好别漏出Cs-137之类的。
我信不过NRA，对生态环境部更是没有信心。对于监督一事上恐怕没什么可行方案，只能说最好大家同去监督。最好也来秦山监督。
氚在自然水体中的危害无需特别关注。否则秦山附近的宁波海鲜就干脆别吃了。
农产品的放射性监督还是必须有。包括国产海鲜。这种事情还是要亲力亲为。但也不必过虑。我甚至有最近去日本吃海鲜的想法——因为最近监督最严且价格便宜。
真正最大的问题尚不是处理过之后的污水排放，而是关东震灾再来一次怎么办？

顺便一提

日本有很多温泉含有天然氡气，因而有放射性[10]。喜欢这种温泉的人很多。东电不妨把储存的水运到千叶作为温泉水源使用，开一家人工放射泉浴场。看起来能同时满足环保爱好者和（某些）温泉爱好者。

我实在是不能理解这些放射性爱好者的心态。