輻射生態學

輻射生態學（radiation ecology）又稱“放射生態學”是研究電離輻射或放射性物質與環境之間相互關係的科學。研究放射性核素在環境中稀釋、擴散、濃集、轉移規律及採用—系列參數，通過數學模式來估算其在環境中經過各種渠道抵達人體內、外照射劑量，以期制定更合理的防護措施。放射生態學是一門包含基礎物理學、生物學、化學、地質學、生理學、動植物生態學、分類學、輻射生物學、輻射劑學等若干學科的基本原理的邊緣科學。

基本介紹

• 中文名：輻射生態學
• 外文名：radiation ecology
• 研究：電離輻射對生物個體的效應
• 屬性：生態學
• 又稱：放射生態學

輻射生態學簡述

輻射生態學是一門研究放射性物質在生態環境中的行為、歸宿和對生態系統影響的學科。隨著人類對環境質量的普遍關心，輻射生態學在各種廢棄物放射劑量和背景監測，核電站廢物管理與處理，放射性物質對生物系統作用劑量與後果，放射性物質的環境歸宿等方面取得了大量成果。

輻射生態學研究的內容

1.研究自然界放射性環境。有機體及其群落之間的相互關係；放射性核素在態系統內的遷移和積累規律以及在特殊生態系統中通過生物鏈或食物鏈最後進入人體的各環節的蓄積速度（如土壤、空氣、水和生物群中）、機制、途徑、危害及防護措施；

2.研究環境中放射性核素的長期行為和生態效應；由於有機體活動而引起的放射性核素的轉移和濃集；

3.研究放射性給養的生態鏈和儲有豐富的放射性礦物的礦藏或放射性污染的指示種；

4.研究由於放射性物質遷移的結果。對人類健康和遺傳造成的危害以及為制定有關的標準或法規提供科學依據；

5.研究有關重元素如鈾和鈽以及難以控制的物質如氚和氪對環境的影響；

6.研究環境（尤以農業環境）放射性本底調查以及污染水平評價和質量控制；

7.研究從核裝置流到較大河流的放射生態學；

8.研究有關放射生態學數學模型。

環境中放射性核素的行為是由一些非常複雜的自然過程和環境條件所支配的，自然過程可以在生物組織中把放射性核素濃集到比空氣和水環境介質高几個數量級的水平；當放射性核素濃集到足夠大的濃度時，它必將對所有的生命體系產生有害的影響。放射生態學是一門重要、複雜和多變性的科學，因而必須套用涉及多種學科的處理方法才能達到解決實際問題的目的。

國內外關於輻射生態學的研究簡況

國外

1923年前蘇聯報導了X射線對生態的影響，1944年在美國華盛頓州的漢福特地區首次發生大量放射性核素棑入環境事件；1946年在太平洋核爆炸前後進行了環境監測，顯然這屬於放射生態學領域。核試驗的不斷進行與核工業的迅速發展已帶來生物圈中人工放射性物質全球散布和區域污染；大氣圈中的人工放射性核素已進入地球表面化學元素的生物地球化學遷移循環。因此，一切生物有機體除接受天然輻射的輻照外，還接受人工放射性核素的外照射以及結合在動植物及人體組織中的內照射。因而對生物圈中人工放射性核素的轉移及其對動植物和人的照射後果的研究和評價己成為放射生態學的迫切任務。

國際放射生態學家聯合會1985年在比利時布魯塞爾召開了會議，對放射生態學的現狀、任務和未來進行了研討，並相應成立了八個專業研究組進行國際協作研究：

從核裝置流到較大河流的放射生態研究組；

從土壤到植物轉移因子研究組；

從植物到動物轉移因了研究組；

核廢物處理研究組；

數學模型研究組；

放射生態學未來目標研究組；

開發中國家特殊需要研究組；

海洋環境研究組；

當前世界上許多國家和地區都開展了放射生態環境的調査研究工作；研究放射性廢氣、廢水、廢物對周圍環境的污染以及從土壤、水源到植物、從植物到動物、最後到人體的生物鏈（包括阻斷生物鏈）的研究。主要解決放射性核素在生態系中的遷移及對生物有機體的輻射效應。國際科聯環境問題委員會組織的國際研究項目之一“人工放射性核素的生物地球化學途徑”，通過大氣圈過程和陸生生態系過程收集、分析人工放射性核素的壞境通道；研究以核反應堆為核心的核燃料循環過程中（含正常與事故條件下）與核試驗中釋放至環境的源項（人工放射性核素）在大氣、陸地、水系（海汴）以及人與生物體中輸運、擴散、積累、遷移與分布規律（包括食物鏈過程），及其對人類健康與生態環境影響的評價，從而為保護環境與人類健康作出貢獻。放射生態學研究結果的重大實踐意義在於，它為評價進入人類環境的放射生物學後果提供了科學依據。保護環境免受污染（包括放射性污染）像人口、糧食、能源問題一樣，成為當今世界上急需解決的重大問題之一；加強放射性生態環境的研究，已成為世界各先進國家進行研究的主要課題。放射生態學研究的特點是模型化、規範化，非常重視對環境放射生態的考察，這是國際放射生態學研究和發展的總趨向。

國內

1958年，配合在我國建立的第一個重水反應堆，首次開展了放射生態學調查，它標誌著我國放射生態學工作的開始，其後在建立一整套核工業體系過程中，在鈾礦山和各種核工廠周圍廣泛地進行了放射生態學調査。50年代末和60年代，中國科學院、中國農業科學院分別建立了45個環境放射性本底監測站，圍繞著各種核反應堆、核燃料工廠、核試驗對我國生態環境的影響以及核電站的建立、模擬核事故對農業生態環境的影響，開展了大規模的研究和環境監測、環境保護等工作；獲得了核工業、核農學、核醫學等多方面的研究資料；為估價核試驗對我國的污染狀況、對居民造成的照射劑量和衛生學評價，為進一步研究環境放射性與人體健康的關係，制定飲水、食品、農畜產品、水產品等放射性核素限制標準等提供了重要的科學資料和依據；綜合起來反映在如下兩個方面：

現場調査、評價、制定有關標準：

調査了我國沿海海域及海產品的放射性含量水平；長江水系放射性水平調查及評價；我國天然輻射水平分布與居民所致照射劑量評價；我國核試驗下風向酒泉地區水和土壤放射性污染和居民內、外照射劑量評價；制定了我國食品中放射性含量標準；新疆核試驗現場周圍居民區放射性水平和居民健康調查；我國磷礦、磷肥中天然放射性核素含量調查；前蘇聯車諾比核電站亊故後對我國的放射性污染調査；中國核工業30年輻射環境質量評價；我國秦山核電站和大亞灣核電站運行前、後半徑50公里範圍內農業生態環境本底及放射性水平調査等。

核爆炸現場效應試驗與核事故或模擬核亊故對環境影響的研究：

研究了大氣層核爆炸的四種殺傷因索（光輻射、衝擊波、早期核輻射和放射性污染）對農作物、種子、化肥、土壤、蔭種、畜禽等的破壞範圍、特點和規律；核爆炸後儘快恢復農業生產的可能性及減輕損毀、損傷等防護措施。模擬核事故情況下。研究了農作物、蔬菜、牧苹、魚、雞等對放射性核素從土壤到作物（糧、棉、油、菜、牧草等）、從水到水生生物、從飼料到家禽等各環節的吸收、積累、轉移規律，提出了處置污染的措施，為應急處理提供了理論依據。研究結果所獲得的轉移係數在我國是首次提出，開始改變了引用國外資料的狀況。這些參數對制定放射性“三廢”排放標準、評價核事故後果和計算人體內照射劑當量是必不可少的。預報核事故對公眾的受照劑量的計算模式國際上可以通用，但放射性核素在環境中的轉移參數必須用符合自己國家情況的研究。結果才更符合實際。

除研究人工放射性核素對環境影響外，還研究了天然放射性核素U、Ra等（磷肥中）通過田間施肥向農作物中的積累、轉移規律。得出了轉移係數，為減少土壤污染、合理施用磷肥起到一定指導作用。

環境輻射的類別

天然輻射

1.宇宙射線

宇宙射線的作用約在1910年被發現。在海拔高度低於2300英尺的高空中，電離輻射率隨海拔高度上升時減小，超過這一高度以後，隨著高度上升，電離輻射率迅速增加宙射線可能起源於無限的星球空間，當太陽發生耀斑時，地球上的宇宙射線強度明顯增強，但太陽並不是宇宙射線總通量的主要貢獻者，因為宇宙射線通量在晝夜間很少有變化。

宇宙射線有“初級宇宙射線”和“次級宇宙射線”之分，那些尚未與地球大氣圈、岩石圈和水圈中物質發生過相互作用的宇宙射線是初級宇宙射線，這些宇宙射線的主要成分包括85%的質子、約14%的α粒子以及少於1%的重核。次級宇宙射線是由初級宇宙射線與物質相互作用形成的，主要由亞原子粒子組成，諸如π介子、μ介子和電子。在20000公尺高度以下的宇宙射線幾乎都是次級宇宙射線，其中約有70%是介子，30%是電子。在海平面，宇宙射線通量中，約有少於1%的成分是質子。

2.宇生放射性核素

宇宙射線與大氣圈中的物質相互作用，不斷產生大量放射性核素，大部分是以散裂形式產生的碎片，也有一些墾穩定原子與中子或μ介子相互作用產生的活化產物。在散裂作用產生的放射性核素中，約有70%出現 在平流層，30%產生於對流層；除了³H和¹⁴C外，其它放射性核素如¹⁰Be、³⁶Cl、³²Si、²²Na、³⁵S、³²P等，濃度都很低，要用很靈敏的方法才能探測到。氚與地球上的水和氫相互混合，得到稀釋；而¹⁴C與氧結合而生成¹⁴CO₂，與大氣圈中的CO₂混合。¹⁴C通過光合作用而進入植物體內，每克碳中每分鐘約有15個¹⁴C放射性核素衰變。套用測量含碳材料中¹⁴C活性的方法，可以確定非常古老生物樣品的年齡。某些宇生放射性核素如³H也可在核曝炸中產生。因此在研究上述核素的地球化學行為時，核爆試驗產生的核素必須予以考慮。

3.原生放射性核素

在地球形成期間出現的放射性核素稱為“原生放射性核素”，與地球同時形成的放射性核素有很多，但半衰期較長、一直存在至 今而且仍可探測到的原生放射性核素中間，意義最重要的是E、U和Th。U和Th都能產生放射性子代系列，儘管有許多子體放射性核索的壽命是短的。由於它們能不斷地從長壽命的母核中產生出來。因此，它們仍廣泛分布於環境之中。

4.環境介質中的天然放射性核素

遠在地球上產生生命的時刻。放射性在生物學過程中就起了重大作用。1975年以來，在非洲發現了所謂“O一KLA”滅然反應堆，被稱為“奧克勞”現象，指在加蓮發現的史前時代“天然反應堆”。

天然放射性核素在然界分布廣泛，岩右、水、土塽、大氣、各種建築村料及動植物組織中都含有一定數量。只不過由於地區不同而有較大波動。岩石中花崗岩中最多，火山岩次之，沉積岩屮的石灰岩最少。

1.磷酸鹽中的天然放射性核素

2.煤和飛灰中的天然放射性核素

3.建築材料中的天然放射性核素

4.海洋中的天然放射性核素

人工輻射

世界上主要人工輻射源包括：核爆炸、核能生產中產生的人工輻射源或加工過的天然輻射源以及醫療照射和消費品中套用的輻射源等；它們在一定的時間和地點不同程度地通過各自的途徑：遷入生物圈或局部生態系。

核爆炸：1945至1993年。5個核大國共進行2018次核爆炸，引起生物圈污染的頂峰時期發生在50年代末60年代初；造成的全球性放射性沉降至 今還在威脅著人們。核爆炸裂變產物混合物中，總的放射性核素種類可達200種左右。但能存活幾小時以上的只占很小一部分，因為許多放射性核素都是短壽命的；土壤、空氣、水以及核裝置周圍材料中的各種元素與中子活化作用是核裝置產生放射性的另一個來源。在大型裂變-聚變核裝置中，活化產物提供的放射性品種繁多，數量巨大，在地面或地下爆炸時尤其如此。根據USAEC的保健與安全實驗室對全球性採樣網路的分析，截止1973年，生物圈中積聚的⁹⁰Sr已達4.44X10¹⁷Bq左右，核爆炸產生的放射性沉降物，全部或部分隨煙雲消散於大氣層中。核裝置的類型和組成對產生的放射性種類有顯著影響；而核爆炸當量大小和地理位置對於排入生物圈放射性的數量有決定性作用。核戰爭倖存者們接受的劑量（500萬噸核裂變）比人的平均壽命所受的自然本底照射劑量少1/3，明顯小於高本底地區所受的輻射劑量。

核能生產

核能生產包括鈾礦開採、礦石加工、鈾燃料生產、反應推動力生產、燃料後處理、各生產部門之間的放射性物質的運輸和廢物處置等一系列工業流程核燃料除用於製造核武器外，主要用作核電站、船艦、潛艇等核動力。IAEA動力堆情報系統（PRIC）的統計，至1989年底全世界共有核發電堆435座，累計運行經驗達5454堆年。核電站在設計工藝先進、正常管理的情況下是安全的，但在核能生產過程的各個環節難免會有少量放射性物質排放到環境中。釋放出的放射性物質半衰期大部分較短，分散到較遠距離時已衰變掉很多，所以大部分放射性物質僅能造成局部壞境污染。但長壽命核素則能擴散到很遠的地方，如¹⁴C 、¹²⁹I 、³H 等。

輻射源和放射性同位素的套用

放射性同位素在理、工、農、醫、科學研究、教育等方面的套用和潛在的用途有幾千種。放射性物質的生產、運輸、套用和處置的各個環節都有機會把放射性排入環境，存常規的，也有偶然性的。放射性核素可用來測定許多物質的運動和行為，包栝原了、分子、細胞、流體、粒子和氣體等。用作輻射源，可測量材料的數量和質量，同時可使有機或無機材料產生各種變化。封閉性輻射源用途諸如消滅昆蟲、醫學診斷和治療、食品消毒、煙霧檢測、材料和厚度的測量，一般情況封閉輻射源不會對環境產生明顯的污染。但有時容器破損、輻射源丟失或放錯地方等均會發生意外污染。