论核污染与粮食质量安全

◎路子显

论核污染与粮食质量安全

◎路子显

本文介绍了世界核电发展简史，以及我国核电发展的现状；回顾了世界核电发展过程中遭遇的三次严重核事故；论述了核事故释放的不同放射性核素向粮食中的转移；阐明了核污染粮食或食物对生态系统，特别是对人类可能造成的危害；提出了加强核污染与粮食安全研究，确保粮油食品安全和促进核电正常发展的设想。

核能 核污染 放射性核素 粮油食品安全

一、世界核电发展状况

1942年，美国建成了世界上第一座核反应堆，首次实现了可控制裂变连锁反应。1954年6月前苏联奥布宁斯克核电站0.5万千瓦核电机组并网发电，人类首次实现了核能的和平利用，此后核电站得到长足发展。核电是一种资金密集型、技术密集型的清洁能源。目前，全世界有30个国家拥有核电站，主要分布在欧美发达国家。截至2016年4月，全球在运核电机组共计444台，总装机容量38627.6万千瓦。根据世界核协会统计数据显示，2015年全世界核能发电总计24413亿千瓦时。全球发电总量中，核能发电比例超过10%。其中，法国核能发电比例最高，核电发电占法国全部发电量的76.3%;拥有核电站数量最多的是美国，目前拥有104座反应堆，核电发电量占美国总发电量的19.5%。

1991年12月15日,中国大陆第一座核电站——秦山核电站并网发电。二十多年来，我国核电事业一直稳步发展，建成了浙江秦山、广东大亚湾、江苏连云港、辽宁红沿河、福建福清等几个重要核电基地。截至2016年3月，我国大陆运行核电机组共有30台，总装机容量为2846.5万千瓦;共有24台在建核电机组，总装机容量2672.9万千瓦。2015年，核电累计发电量为1690亿千瓦时，约占全国总发电量的 3.01%。与世界平均水平相比，我国核电发电比例偏小，具有较大的发展空间。2014年11月，《国家能源发展战略行动计划(2014-2020年)》正式发布。根据行动计划，到2020年，我国大陆核电运行机组总装机容量为5800万千瓦，在建核电机组总装机容量为3000万千瓦。

作为一种能源，核电的确有着不可比拟的魅力——它是目前最新式、最干净，且单位成本最低的一种电力资源；它稳定性高、寿期长、低污染，在解决资源紧缺，改善环境质量方面具备明显优势；它可以促进经济发展并协调经济发展与环境建设的关系，是可持续发展的重要能源。但是不可回避的是，在过去的近半个世纪中，核能也曾给人类带来过巨大的伤害， “核泄漏”这一“隐患”就如一颗定时炸弹埋在了人们心里。历史上曾发生过的核泄漏事故，都造成了相当的危害。

二、核能利用历史上的核事故

5级以上的事故需要实施场外应急计划，这种事故世界上共发生过三次，美国三里岛事故和前苏联切尔诺贝利事故，以及由于9级地震引发的日本福岛事故，分别简要介绍如下：

（一）美国三里岛事故

1979年3月28日凌晨4时,美国宾夕法尼亚州的三里岛核电站第2组反应堆的堆心压力和温度骤然升高,2小时后,大量放射性物质溢出。6天以后,堆心温度才开始下降,蒸气泡消失——引起氢爆炸的威胁免除了。100吨铀燃料虽然没有熔化,但有60%的铀棒受到损坏,反应堆最终陷于瘫痪。放射性裂变物质泄漏，使周围50英里以内约200万人口处在极度不安之中，人们停工停课，纷纷撤离，一片混乱。这次核事故导致美国31年不再建核电站。

（二）前苏联切尔诺贝利事故

1986年4月26日当地时间1点24分，前苏联的乌克兰共和国切尔诺贝利 （Чорнобиль，Chernobyl）核能发电厂 （原本以列宁的名字来命名）发生严重泄漏及爆炸事故。事故导致31人当场死亡，上万人由于放射性物质远期影响而致命或重病，8吨多强辐射物质倾泻而出,污染遍及居住着694.5万人的15万平方公里地区,320多万人直接遭受核辐射侵害。至今仍有被放射线影响而导致畸形胎儿的出生。这是有史以来最严重的核事故。外泄的辐射尘随著大气飘散到前苏联的西部地区、东欧地区、北欧的斯堪地维亚半岛。乌克兰、白俄罗斯、俄罗斯受污最为严重，由于风向的关系，据估计约有60%的放射性物质落在白俄罗斯的土地。此事故引起大众对于前苏联的核电厂安全性的关注，事故也间接导致了苏联的瓦解。苏联瓦解后独立的国家包括俄罗斯、白俄罗斯及乌克兰等每年仍然投入经费与人力在事故的善后以及居民的健康保健方面。因事故而直接或间接死亡的人数难以估计，且事故后的长期影响到目前为止仍是个未知数。2005年一份国际原子能机构的报告认为当时有56人丧生，47名核电站工人及9名儿童患上甲状腺癌，并估计大约4000人最终将会因这次意外所带来的疾病而死亡。

（三）日本福岛事故

福岛第一核电站位于东京东北部170英里 (约合270公里)，是世界上规模最大的核电站之一，共建有6座核反应堆，负责为东京和日本电网供电。2011年3月11日，日本发生9级大地震，仙台未能幸免遇难。地震引起的断电导致反应堆冷却剂泵停止工作。由于1号反应堆所在建筑内的发电机无法启动，反应堆芯温度不断升高，安全壳建筑内的氢气不断积聚，达到危险水平。发电机产生的火花可能导致氢气爆炸，安全壳的屋顶被掀翻。第二天，3号反应堆所在建筑内的氢气发生强度更大的爆炸。14日，2号反应堆所在建筑也发生爆炸。由于贮水池内的水蒸发殆尽，4号反应堆所在建筑内存储的燃料可能起火燃烧。2016年9月，深圳市市场和质量监督管理委员会市场稽查局的执法人员发现一些跨境电商平台上都在销售来自日本的食品，有奶粉、麦片、大米、 酒类等。这些食品均来自日本核污染区，若不是及时制止，将会给我国人民的身体健康埋下重大隐患。

三、核事故释放的放射性核素向粮食中的转移

根据理化性质，放射性核素分为两类，非金属放射性核素 （3氢、14碳、85氪、127碘、131碘、129碲和133氙等） 和金属放射性核素 （23钠、45钙、89鍶、90鍶、106铑、106钌、134铯、137铯、140镧、144铈、147Pm、210钋和239钚等）。按放射性核素来源，它们分为天然放射性核素 （即钍系、铀系、锕系、3氢、14碳、40钾、138镧和176镥等）和人工放射性核素 （即18氟、60钴、125碘、131碘和137铯等）。 放射性3氢、131碘、90鍶和137铯是核反应堆发生事故以后释放的主要放射性核素，它们可以污染空气、水源和土壤，通过生态系统转入农作物，到达农作物籽实，最终进入人体，危害人体健康。

放射性核通过沉降物、雨水和污水将放射性核素带到植物表面，并渗透入植物组织即直接污染；植物根系也可从土壤中吸收放射性核素即间接污染。放射性核素在植物表面聚集和向内转移的量与气象条件、核素理化性质、植物种类和农业生产技术等因素有关。雨水冲刷可降低植物表面污染量，叶类植物表面积大易聚集较多的放射性核素；带纤毛的籽实和带壳的产品污染量较低。放射性核素中131碘易被植物吸收，137铯，90锶易从叶部向内部组织转移，有些易从根系吸收，其吸收速度顺次为89锶，90锶＞=131碘＞140钡＞137铯＞106钌＞144铈，90钇＞238钚。土壤中的钙和钾影响89锶和137铯向植物转移。90锶在含钙低的砂土中比含钙高的粘土中更易进入植株，在土壤中加石灰，硫酸钙和钾肥可使90锶和137铯进入植株的量降低。土壤中加腐植质，或当土壤中放射性核素的稳定性同位素含量增加时，均可减低植株从土壤的吸收量。放射性核素在土壤表层吸附较多，深耕可将大部分放射性核素埋入深层，使根须短的植物如水稻吸收量减低。

阀板式进水口优点：相比传统转盘水阀，阀板式进水口通过打磨平顺沉箱进水口位置，在沉箱下潜时由于沉箱内外水头差，外水压通过橡胶垫板压紧沉箱进水口，密封性能好。在沉箱出驳安装施工时，以往传统水阀进水控制全靠潜水员进行控制，需要配备数个潜水员下水拧紧或拧松转盘进行开关控制进水，程序较为复杂，且容易导致每个格仓水量不一致。而阀板式进水口，只需要在进水口相应的位置沉箱顶上安排人员进行拉绳或松绳操作，在技术人员的控制口令下，立即能进行沉箱进水量控制，操作简单便捷，控制压载水速度快，沉箱格仓压载水量平衡，沉箱调平效果好，且不需要潜水员进行潜水作业。

137铯是核爆炸过程中产生的一种重要的放射性核素，飘浮在大气中，随着雨水降落到地面，严重地污染农业环境，并通过食物链进入人体，危害人们的健康。作者本人研究表明：利用我国秦山和大亚湾两个核电厂周围7个地区土壤对137铯吸附作为研究对象，在实验条件下，137铯污染主要积累在土壤表层，0-2厘米土壤吸收达99%，土壤上层5厘米滞留量达100%。水稻对137铯吸收主要集中在根、茎、叶和谷壳中，籽粒含量仅占总含量的10-19%。在相同137铯污染水平下，大亚湾地区水稻将吸收更多的137铯，比秦山地区水稻食用价值低；在水稻生育后期发生137铯污染情况下，较前期和中期影响更大，稻米食用价值更低，经济损失更大。

范仲学研究表明：在水稻不同生育期，以137铯污染主茎单个叶片，137铯向植株未污染部位的转移率与污染叶的叶位有关，137铯主要分布在茎叶中。受污染的水稻各部位，137铯积累量与污染量呈线性正相关，植株非污染部位137铯比活度大小顺序为叶〉茎〉根〉穗。

四、核污染对粮食或食物的危害

(一)放射性鍶污染的危害

90鍶属于高毒性核素，半衰期28.8年；89鍶属于中毒性核素，半衰期50.5天。在核爆炸或反应堆过程中产额很高，是典型亲骨性核素，取代钙的位置，容易积累在骨骼中。90鍶主要沉降在农作物或蔬菜叶片上，进入人或动物体内。

(二)放射性铯污染的危害

137铯是最主要的核裂变产物，属于中等毒性核素，半衰期 30.17年；134铯是也属于中等毒性核素，半衰期2.06年。137铯是造成核污染的重要放射性核素，进入人体或动物体以后均匀分布。进入淡水或海水的137铯能够在生态系统中快速转移和富集。

碘有26种放射性同位素，131碘、129碘、125碘和123碘比较重要。131碘属于高毒性核素，主要通过空气——蔬菜或牧草——牛奶等途径进入人体，并在甲状腺中积累。129碘属于低毒性核素，但半衰期很长，随着核能的开发和大气层核试验的开展，环境中的129碘比1945年以前增加了 1万倍以上，其危害已引起人们的重视。

(四)放射性氚污染的危害

氚 (3氢)属于低毒性核素，以氚水的形式进入人体，与细胞中核酸 （DNA和RNA）结合，直接产生辐射作用，引起染色体畸变。人对氚水的吸收比对氚气大4个数量级，氚中毒可造成中枢神经和造血系统改变，甚至诱发恶性肿瘤。

结语

核电发展是核科学和核技术发展的必然，科学技术是一把双刃剑，有利也有弊。在未来的核电厂建设中，审慎稳健发展，安全有效运转，严防事故发生，才能保证核能和平利用。特别是在内陆大江大河的中上游地区，一旦发生核泄漏，可能核电厂周围地区以及中下游地区人民的生态安全与粮油食品安全。若是发生了核污染事故，也不要惊慌失措，铲除核污染表土层，种植富集能力强的植物，把核污染降到最低限度。

由于粮食与食品核污染方向的研究工作相对薄弱，今后还要加强对核污染粮食、油料及其食品的基础研究，特别是核污染对主要粮食 （水稻、小麦、大豆、玉米和花生等）的影响，确保粮油食品安全，促进核电正常发展。

1．陆地.高风险放射性核素简介.检验检疫科学,2007,17(4):52-55．

2．范仲学.Cs叶面污染在水稻中的转移、积累与分布.核农学报1998,12(04).

3．路子显，徐世明.137Cs在水稻体内及土壤中动移,累积和分布.1992,原子能出版社,中国核情报中心.

4．路子显，徐世明.秦山和大亚湾核电厂周围土壤对137Cs吸附的研究. 1992,原子能出版社,中国核情报中心.

（作者为国家粮食局科学研究院研究员）