1、放射性污染介紹 放射性污染是放射性物質(zhì)發(fā)生衰變，產(chǎn)生高能射線，它們對(duì)人和生物的健康和生存帶來(lái)了危害，因而是一種污染。常見(jiàn)的放射線物質(zhì)是鈾、钚、釷等。放射性物質(zhì)放出的射線一般有三種，它們分別是α射線、β射線和γ射線。
α射線是不帶核外電子的氦原子核組成的，單個(gè)α粒子能量一般在4～8兆電子伏（MeV）范圍，初速度大約（1～2）×10^8厘米/秒。在通常情況下，一般能量的α射線的射程僅在毫米量級(jí)，都能被人體的皮膚所阻擋，而不會(huì)進(jìn)入人體。因此，α射線外照射對(duì)人體的損害是可以不考慮的。其主要損害是進(jìn)入人體內(nèi)部的放射線物質(zhì)放出的α粒子，由于局部轉(zhuǎn)移的能量密度高，危害大。
β粒子實(shí)際上是高速運(yùn)動(dòng)的電子，帶一個(gè)單位負(fù)電荷，質(zhì)量很小，為α粒子的1/7360。β粒子通過(guò)物質(zhì)會(huì)與物質(zhì)發(fā)生電離、激發(fā)等作用。天然放射系列的核素放出的β粒子的能量從0～4（MeV）。但鑒于β粒子的性質(zhì)，一般情況β射線的穿透能力比α射線大約大100倍左右。
γ射線是一種波長(zhǎng)極短的電磁輻射，具有波粒兩重性。天然放射性核素系列輻射的γ射線能量一般約1MeV左右。當(dāng)γ射線與物質(zhì)相互發(fā)生作用時(shí)，會(huì)發(fā)生電離、激發(fā)作用，對(duì)人體會(huì)造成極大危害。γ射線的穿透能力很強(qiáng)，如54Mn放射的γ射線能量為0.83483（MeV），經(jīng)過(guò)7.5cm厚的鉛，γ射線強(qiáng)度還剩0.1%，這使得人們很難防范γ射線的危害。
衰變產(chǎn)生高能射線的能量來(lái)自質(zhì)能轉(zhuǎn)換。通常衰變后的所有粒子的靜止質(zhì)量小于衰變前放射性原子核的質(zhì)量，所損失的質(zhì)量都轉(zhuǎn)換成能量，可根據(jù)愛(ài)因斯坦的質(zhì)能方程E＝ΔmC2計(jì)算。
目前人類已經(jīng)發(fā)現(xiàn)1千多種放射性原子核。常見(jiàn)的放射線物質(zhì)是鈾。天然鈾主要由三種同位素組成；
238u：自然豐度99.275%，原子量238.0508，半衰期45.1億年
235U：自然豐度0.720%，原子量235.0439，半衰期7.0億年
234U：自然豐度0.005%，原子量234.0409，半衰期24.7萬(wàn)年。
鈾的2種主要放射線同位素的半衰期長(zhǎng)，從而成為地殼中存在的主要放射線物質(zhì)。鈾衰變有多種途徑，在一定環(huán)境下，會(huì)以固定比率，產(chǎn)生很多不同的短壽命放射性原子核和放射性粒子，最終都會(huì)衰變成穩(wěn)定的原子核。自然界中存在的放射性物質(zhì)可分為鈾放射系、錒放射系和釷放射系三大天然放射性元素系。
衡量物質(zhì)放射性強(qiáng)弱的是放射性活度，單位是Bq，1Bq代表1秒鐘發(fā)生一次原子核衰變。衡量放射線對(duì)人體危害性大小的是有效劑量或劑量當(dāng)量，它是單位重量生物體對(duì)放射線的吸收劑量、及放射線品質(zhì)因素和其它一切修正因數(shù)的乘積，單位是Sv，1Sv＝1J/kg。放射線品質(zhì)因素與放射線與生物組織作用效果有關(guān)，β射線和γ射線為1，而α射線可大至10。筆者曾提出并通過(guò)實(shí)驗(yàn)和理論計(jì)算論證，粒子與生物分子中的原子核發(fā)生彈性碰撞，產(chǎn)生的損傷大，突變多，指出幾十kev左右的碳，氮和氧等重離子的損傷效果最好，有多篇學(xué)術(shù)文章發(fā)表[1]。其他修正因素主要是考慮不同生物體，不同組織和器官對(duì)射線的響應(yīng)。
土壤中鈾的典型濃度為2ppm。土壤中普遍存在多種放射性物質(zhì)，宇宙空間中普遍存在各種高能射線，它們共同構(gòu)成了地球表面環(huán)境的放射性本底。天然輻射源對(duì)成年人造成的平均有效劑量約為2.4 mSv，其中內(nèi)照射所致的有效劑量比外照射高。外照射主要來(lái)自宇宙射線和土壤中所含放射線物質(zhì)釋放的γ射線，內(nèi)照射的吸入，主要是U238和Th232等長(zhǎng)壽命放射線元素衰變中產(chǎn)生的放射性Rn，而人們吃的食品中含有一定量的U等放射性物質(zhì)，從而通過(guò)食入體內(nèi)產(chǎn)生內(nèi)照射[2-3]。
2、 煤炭放射性 一般認(rèn)為，煤炭來(lái)自古代植物，而植物生長(zhǎng)過(guò)程中會(huì)吸收富集重金屬，包括具有放射性的重金屬，從而使煤炭中的放射性物質(zhì)含量大于土壤本底濃度，煤炭燃燒后，這些放射性物質(zhì)都遺留在不多的煤灰中，使放射性物質(zhì)又富集3－5倍以上，從而成為含高放射性物質(zhì)的廢棄物。
另一方面，輻射總是有害的，沒(méi)有危害的低劑量輻射是不存在的。照射劑量低帶來(lái)的損傷幾率??；照射劑量大，帶來(lái)的損傷幾率大。防護(hù)輻射的基本原則是盡量減少放射線照射的機(jī)會(huì)和照射量。國(guó)際社會(huì)制定并實(shí)施的輻射防護(hù)標(biāo)準(zhǔn)之一，就是普通人連續(xù)5年，平均每年照射的額外有效劑量不超過(guò)1mSv/a，在本底劑量的基礎(chǔ)上增加的額外劑量比本底劑量2.4 mSv/a還低得多。我國(guó)和歐美[4] 都執(zhí)行的該標(biāo)準(zhǔn)。
2012年我國(guó)共生產(chǎn)煤炭36.5億噸，凈進(jìn)口煤炭2.8億噸，總共消耗煤炭39.3億噸。人均消費(fèi)近3噸，是除水外，消耗的最多的資源，超過(guò)所有其他資源質(zhì)量的總和。由于煤炭含有放射性物質(zhì)，大量使用，對(duì)環(huán)境的影響不可忽視。
2.1 原煤的放射性
測(cè)量物質(zhì)的放射性含量，是測(cè)量物質(zhì)中238U，232Th和40K活度，也有用226Ra代替238U，因?yàn)樗鼈円话阈纬闪似胶?。以下是文獻(xiàn)中報(bào)道的一些典型數(shù)據(jù)：
單位是Bq/ kg，中國(guó)原子能科學(xué)研究院收集了我國(guó)2043個(gè)煤、煤矸石及相關(guān)樣品中放射線核素活度數(shù)據(jù)[13]，臨滄大寨坑煤礦褐煤238 U 2170. 0， 最高值9 799. 0 Bq/ kg，已達(dá)鈾礦工業(yè)品位，屬典型的鈾（鍺） 煤伴生礦。
2.2 煤渣、煤渣制品和電廠周圍土壤
3、煤炭放射線污染的危害評(píng)估 對(duì)煤炭放射線污染的危害的評(píng)估，是模擬計(jì)算放射線被人體吸收的劑量當(dāng)量，主要包括放射性物質(zhì)產(chǎn)生的γ射線外照射劑量當(dāng)量，吸入Rn引起的內(nèi)照射和吃的食品中含放射性物質(zhì)引起的內(nèi)照射，一般不計(jì)算吃進(jìn)食品增加的內(nèi)照射劑量，原因是因?yàn)橥寥辣镜鬃兓淮?，?duì)應(yīng)食品中輻射物質(zhì)含量變化不大。也不計(jì)算吸入Rn引起的劑量增加，因?yàn)榇髿庵蠷n來(lái)自土壤，也沒(méi)有多大變化。由于外照射劑量較小，在本底中僅占30%，即使土壤中各種放射性物質(zhì)都增加1倍，也僅使額外劑量相當(dāng)本底劑量0.3倍，因而計(jì)算出來(lái)的結(jié)果一般都比較小，不超過(guò)標(biāo)準(zhǔn)。
計(jì)算本底輻射時(shí)，通常假設(shè)一個(gè)人每天5小時(shí)室外，19小時(shí)在室內(nèi)，室外Rn較低，約4Bq/m3;室內(nèi)則為15，但對(duì)湘西金礦煤渣磚建筑來(lái)說(shuō)，由于使用的煤渣磚中含量高，見(jiàn)表3，實(shí)際測(cè)量得到的房間內(nèi)Rn大幅度攀升[10]。
CF是本底，作者采用當(dāng)?shù)財(cái)?shù)據(jù)，為37 Bq.m-3，此外，又考慮在室內(nèi)時(shí)間占一天時(shí)間的比例，乘以0.75因子。問(wèn)題是按這種算法計(jì)算，就無(wú)法與計(jì)算世界本底的結(jié)果一致了。按照世界本底輻射劑量當(dāng)量計(jì)算，是直接相乘的，例如，溫帶地區(qū)室內(nèi)為15 Bq.m-3，對(duì)應(yīng)的輻射劑量當(dāng)量是0.92mSv/a[3]。
云南臨滄使用當(dāng)?shù)馗咻椛湫悦禾?，致使城區(qū)15平方公里土壤放射性含量是世界本底和當(dāng)?shù)乇镜?倍?？梢源致怨烙?jì)，當(dāng)?shù)厝绻褂妹涸拼u建房，其輻射劑量當(dāng)量也必將是世界本底4倍以上，增加輻射劑量7mSv/a以上。即使使用一般的粉煤灰制磚建房，增加的輻射劑量也將達(dá)到5mSv/a，超標(biāo)仍然非常嚴(yán)重。
4 總結(jié)
本底輻射中U是主要的放射線來(lái)源，約占60%。我國(guó)煤炭中普遍含U較高，平均超本底一倍以上，近年來(lái)開(kāi)采的一些煤炭含量更高，例如云南臨滄11礦褐煤，平均高達(dá)624Bq/kg，是世界輻射本底的25倍。而世界煤炭平均值與本底相近，說(shuō)明我國(guó)好的煤炭資源逐漸減少，只能大量開(kāi)采含較高輻射性物質(zhì)的煤炭。 煤炭燃燒后，輻射性物質(zhì)倍富集3－10倍，達(dá)到124 Bq/kg（＝10ppm），我國(guó)去年排放的粉煤灰達(dá)到約8億噸，等于向地表環(huán)境中排放了8000噸鈾。
由于大量使用這種煤炭，我國(guó)土壤中淀積了輻射性物質(zhì)含量富集了3－10倍以上的粉煤灰，使土壤輻射含量成倍增加，例如臨滄城區(qū)15平方公里范圍內(nèi)的U含量是世界本底5倍。 使用粉煤灰制磚等，帶來(lái)的污染更嚴(yán)重。我們估算，湘西金礦煤渣磚建筑的額外劑量當(dāng)量最大一種達(dá)到16.8mSv/a，超過(guò)標(biāo)準(zhǔn)15.8倍。我們估算云南臨滄使用煤渣磚建房，劑量當(dāng)量將超標(biāo)6倍以上。即使使用國(guó)內(nèi)一般粉煤灰制磚建房，增加的輻射劑量當(dāng)量也將平均超標(biāo)4倍以上。建議禁止使用粉煤灰制磚做民用建筑。
為了減少輻射污染影響，個(gè)人住家辦公等應(yīng)注意通風(fēng)換氣。美國(guó)室內(nèi)平均Rn濃度為15 Bq/kg，是室外5倍，給個(gè)人帶來(lái)的劑量當(dāng)量是0.92mSv/a。缺少通風(fēng)，很容易使室內(nèi)Rn濃度加倍，因?yàn)榈匕搴蛪Ρ诓粩鄬?duì)外釋放Rn。室內(nèi)濃度增加16Bq/kg，就使個(gè)人附加輻射劑量超標(biāo)。對(duì)使用煤渣磚的建筑來(lái)說(shuō)，更是需要通風(fēng)。
國(guó)家應(yīng)嚴(yán)格控制高輻射的媒體開(kāi)采和使用，制定相關(guān)法律法規(guī)。對(duì)不符合標(biāo)準(zhǔn)的超標(biāo)煤炭，禁止開(kāi)采使用。發(fā)展洗煤技術(shù)，降低煤炭中放射性物質(zhì)含量。根本的解決方式是發(fā)展可再生能源，例如太陽(yáng)能和水電等。
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