碳-14環境暴露

不論天然生成的或人為因素造成的，凡是進入環境中的碳-14（核素符號¹⁴C）都能在大氣層或臭氧層中被氧化成¹⁴CO₂，¹⁴CO₂在大氣中經乾沉降和濕沉降遷移到土壤和植物中。¹⁴C衰變釋放的是弱β射線，沒有γ照射，只有當¹⁴C進入人體才會對人體健康造成危害。

環境中的遷移

不論天然生成的或人為因素造成的，凡是進入環境中的¹⁴C都能在大氣層或臭氧層中被氧化成¹⁴CO₂，¹⁴CO₂在大氣中經乾沉降和濕沉降遷移到土壤和植物中。¹⁴CO₂在空氣和土壤間以及空氣和植物間的濃度梯度引起乾沉降。當滿足植物的生長條件時，大氣中的¹⁴CO₂很快通過新陳代謝固定到植物中。在光合作用過程中生成的有機物通過呼吸作用產生能量，並把¹⁴C排入大氣。¹⁴C主要通過食入污染的植物和動物產品進入動物和人的體內。動物和植物死亡分解後¹⁴C返回土壤，並最終通過擴散回到大氣。土壤中¹⁴C的量由於長期的濕沉降和有機物死亡分解而增加。

大氣層中的¹⁴C向陸生植物的轉移係數是1，陸生植物和海生植物（主要是浮游植物）對¹⁴C的富集比例是1∶9。

IAEA（2004）推薦的碳元素在海洋生物中的濃集係數分別是：大型藻類為1×10⁴、浮游植物9×10³，浮遊動物、甲殼動物、軟體動物及魚類均為2×10⁴。

環境水平及人體照射途徑

環境水平

（1）¹⁴C在大氣層中的濃度。¹⁴C在大氣層中的濃度見下表。

表 ¹⁴C在大氣層中的濃度

全球盤存量/PBq	在對流層中的份額	在對流層中的濃度/mBqm^−3
1 2750	0.016	56.3

（2）大氣層核試驗。據計算，20世紀50年代全球¹⁴C的平均產率是2.5原子（/cm²·s），按質量計22.5g/d，按活度計4×10²Bq/d。當生物圈內的¹⁴C處於平衡狀態時，其含量1.295×10¹⁹Bq。大氣層核試驗改變了¹⁴C在各種介質中的濃度，到1967年年末，對流層¹⁴C含量已在北半球的天然水平之上增加了約60%，人體組織和食品中¹⁴C含量也隨之增加。由沉降灰中¹⁴C產生的劑量當量估計在1965年已達0.96mrem/a（9.6E-3mSv/a）的峰值，到1984年已減少為0.37mrem/a（3.7E-3mSv/a）。每百萬噸級氫彈能夠產生3.2×10²⁶個¹⁴C原子，質量為7.5kg。地爆為空爆產額的50%。

（3）後處理廠釋放量。UNSCEAR2000報導，1970—1997年後處理廠燃料後處理量共為419GWa，由其釋放的全球擴散性放射性核素¹⁴C的歸一化釋放量在氣態流出物中為13.6TBq（GWa）⁻¹，在液態流出物中為2.7TBq（GWa）⁻¹。另有研究表明目前由煤和石油中天然生成的¹⁴C幾乎完全衰變盡，由這些燃料燃燒向大氣中引入的碳相對來講趨向於減小大氣CO₂中¹⁴C的比活度。

人體照射途徑

¹⁴C向人體內轉移的途徑有兩條：一是人直接吸入環境中的¹⁴CO₂；二是經口攝入含有¹⁴C的動、植物食品。根據加拿大的經驗，99%的¹⁴C劑量主要來自食入途徑。在1964—1965年所作的屍檢資料分析表明，人體內的¹⁴C濃度比天然本底高50%。UNSCEAR2000報導，大氣層核試驗產生的¹⁴C，其全球年平均有效劑量在1964年達最大值7.7µSv，到2000年已下降到原來的1/4。UNSCEAR2000報導，1970—1997年燃料後處理廠的燃料處理總量為419GWa，所釋放的¹⁴C所致集體有效劑量在氣態流出物為155人·Sv，在液態流出物為235.4人·Sv。其單位釋放量的集體劑量在氣態流出物為0.27人·Sv/TBq，在液態流出物為1.0人·Sv/TBq。

人體健康風險

體內代謝

（1）吸收與分布。據估計，每天隨穩定性碳進入人體內的¹⁴C為100Bq，人體內的¹⁴C總活度為（34～36）×10²Bq，相當於人體內40K總活度的50%，居第二位。ICRP第71號出版物指出，吸入放射性CO的40%被立即吸收入血，其餘60%被呼出。吸收入血的放射性CO與血紅蛋白結合，均勻地分布於全身，其生物半排期為200min。吸入放射性CO₂和有機碳蒸汽，全部立即被吸收入血，均勻地分布於全身，其18%的碳的生物半排期為5min，81%的半排期為60min，1%的生物半排期與年齡有關，成年人為40d。吸入F類、M類、S類碳的放射性氣溶膠粒子，將按不同分數（取決於AMAD）沉積在肺中，其後分別按F類、M類、S類轉移和吸收，吸收的碳將均勻地分布於全身，其生物半排期依賴年齡，對成年人為40d。

（2）排除。¹⁴C的無機化合物，如碳酸鹽和碳酸氫鹽，主要是以¹⁴CO₂的形式由呼吸道呼出體外，其特點是，不但排除速度快，而且數量多；¹⁴C的有機化合物，如¹⁴C-葡萄糖、¹⁴C-十八碳烯酸或¹⁴C-奶油，在體內大部分被氧化生成¹⁴CO₂後隨呼氣排出體外，但排除速度較緩慢，數量也比較少；¹⁴C亦可經乳汁排除少部分。需要指出的是，直接吸入人體內的¹⁴CO₂，其危險性較小，因為它在血液中與碳酸氫鹽生成穩定性極差的NaH¹⁴CO₃，在體內的滯留量很少。但是，經口攝入¹⁴C的化合物時，在體內的滯留量將大大增加，與吸入時比較，乃至近百倍。因此，其構成的危險性值得重視。

損傷效應

¹⁴C衰變釋放的是弱β射線，沒有γ照射，只有當¹⁴C進入人體才會對人體健康造成危害。基於¹⁴C有機化合物在體內的滯留量比無機化合物多，帶來的危險性也較大。另外，在估計¹⁴C對機體的危害時，還必須考慮到它是參與機體碳代謝的一個長壽命放射性核素。在¹⁴C化合物的生物轉化過程中，¹⁴C可摻入DNA和RNA分子中。摻入DNA分子內的¹⁴C，對DNA的損傷作用來自兩個方面，一是¹⁴C衰變時釋放的β粒子產生的電離作用，二是¹⁴C衰變後轉變為¹⁴N的轉換突變效應，後者可使DNA分子中含有¹⁴C的化學鍵發生斷裂，造成基因點突變。這種突變僅僅與密碼子的化學結構改變有關，並且一旦發生改變很難進行修復，或者根本不可能進行修復。放射性衰變發出的電離輻射引起細胞損傷有可能導致癌症，吸入和食入¹⁴C的終身致癌死亡係數分別是6.5×10⁻¹²pCⁱ⁻¹即1.76×10⁻¹¹Bq⁻¹、1.4×10⁻¹²pCi⁻¹即3.78×10⁻¹¹Bq⁻¹。