（应用化学专业论文）植物对气态14C的吸收和积累动态.pdf

浙江理l ：人学硕十学位论文 摘要 核电在正常运行条件下是一种比较安全、清洁、经济的能源。作为解决能源问题的重 要途径，核电产业在我国具有十分巨大的发展空间。在核电站环境监测与评价中，1 4 c 是 核电站的主要放射性气态流出物，核电站的运行可能会引起地域性的大气1 4 c 的增加，m c 进入食物链后则会危及公众的健康和安全。因此需要对m c 在环境、动植物中的行为有一 较为系统的研究。本文采用同位素示踪技术研究了1 4 c 在不同生态系及不同植物体内的迁 移与积累动态，为阐明1 4 c 的环境行为提供了基础资料。主要研究内容如下： 1 采用同位素示踪技术研究了小麦对m c 0 2 的吸收和积累动态。结果显示：通过光合 作用从空气中吸收的1 4 c 0 2 会向小麦其他部位组织输送并形成积累趋势。各部位组织的1 4 c 比活度在c 0 2 引入期间随时间呈线性增长，积累特征明显，增长速率介于5 0 3b q ( g d ) 与8 4 6b q ( g d ) 范围内，大小次序为：根 茎 叶。尽管各组织1 4 c 比活度随时间的增长速 率不同，但各组织中m c 的比活度有趋向于平衡的趋势。小麦对1 4 c 0 2 ( 1 4 c ) 具有强烈的富 集作用，富集系数( c f 值) 最大值介于2 3 1 2 5 8 之间，平均值为2 4 5 + 1 3 。小麦对空气中1 4 c 0 2 的较高富集特性可用来作为监测大气1 4 c 0 2 污染的指示作物。 2 采用同位素示踪技术研究了青菜对m c 0 2 的吸收和积累动态。结果显示：通过叶片 光合作用从空气中吸收的1 4 c 0 2 会向青菜其他部位组织输送并形成积累趋势，各部位组织 中h c 比活度随时间呈线性增长，增长速率介于9 5 3b q ( g - d ) 与2 7 0 2b q ( g d ) 范围内，大小 次序为：菜心 叶 叶柄 茎盘 根，其中菜心中1 4 c 比活度的增长速率最大，达2 7 0 2 b q ( g d ) ，是根中的增长速率的2 8 4 倍。青菜对1 4 c 0 2 ( 1 4 c ) 具有强烈的富集作用，各部位的 富集系数随时间呈快速增加，积累效应十分明显，其中菜心中的富集系数最大( 4 8 d 时高达 1 5 6 4 ) ，叶片次之( 4 8 d 时为1 3 5 6 ) 。青菜各部位1 4 c 比活度均随m c 0 2 引入次数的增加而递 增，回归分析表明：各部位组织中1 4 c 比活度c 的变化与引入次数间呈线性正相关。青菜 对空气中m c 0 2 的高富集特性可用来作为监测大气1 4 c 0 2 污染的指示作物。 3 研究了1 4 c 在樟树树叶中的消长与动态。结果表明：通过叶片光合作用从空气中吸 收的1 4 c 0 2 会在樟树叶片中积累。在1 4 c 0 2 污染前期主要被新叶组织中吸收，后期主要积 累在老叶中。通过检测樟树叶片的1 4 c 比活度可监测大气m c 0 2 的污染。 4 研究了1 4 c 在金鱼藻中的分和和积累。结果表明：空气中的1 4 c 0 2 进入水体形成游 i v 浙江理一r 火学硕+ 学1 i ) = 论文 离1 4 c 0 2 和h 1 4 c 0 3 。，金鱼藻通过光合作用从水体中吸收游离1 4 c 0 2 和h 4 c 0 3 - 并在组织中 积累。在1 4 c 0 2 污染前期呈快速吸收，而后随时间下降，吸收积累速度较慢，通过检测金 鱼藻的比活度亦可监测大气1 4 c 0 2 的污染。 关键词：分布；积累；富集系数；放射生态学 a bs t r a c t n u c l e a rp o w e rp l a n ti ss a f e ，c l e a na n de c o n o m i c a lw h e ni tr u n si nn a t u r a lc o n d i t i o n a sa n i m p o r t a n ta p p r o a c ht or e s o l v i n ge n e r g ys o u r c e sp r o b l e m s ，n u c l e a rp o w e ri n d u s t r yh a si n l m e n s e d e v e l o p m e n ts p a c ei no u rc o u n t r y 1 4 ci so n eo f t h em a i nr a d i o a c t i v eg a s e o u se f f i u xt h a ti tw i l l i n f l u e l l c et h ee n v i r o n m e n ta r o u n dt h en u c l e a rp o w e rs t a t i o n t h ea m o u n to f1 4 cc o u l db e i n c r e a s i n gr e g i o n a l l ya r o u s e db yn u c l e a rp o w e r s t a t i o n sr u n n i n g ，a n di tw i l ld oh a r mt op e o p l e s h e a l t ha f t e ri tt r a n s f e r si n t of o o dc h a i n s s oi tn e e d st oh a v eas y s t e m i cs t u d yo nt h eb e h a v i o r so f 1 4 ci ne n v i r o n m e n ta n dp r o p a g a t i o n s t h et r a n s f e ra n da c c u m u l a t i o nd y n a m i co f1 4 ci nd i f f e r e n t e c o s y s t e m sa n dp r o p a g a t i o n sh a v eb e e ns t u d i e db yu s i n gi s o t o p e t r a c e rt e c h n o l o g ya n dt h a t o f f e r e ds o m eb a s i ci n f o r m a t i o nf o ri l l u m i n a t i n gt h eb e h a v i o r so f1 4 ci ne n v i r o n m e n t t h e p r i m a r yc o n t e n t so ft h es t u d ya r ea sf o l l o w s ： 1 u p t a k e1 4 c 0 2f r o ma i ra n da c c u m u l a t i o no f1 4 ci nt h ew h e a ta r es t u d i e db yu s i n gt h e i s o t o p e t r a c e rt e c h n i q u e si no r d e r t og e tab e t t e ru n d e r s t a n d i n go ft h ee n v i r o n m e n t a lb e h a v i o r so f 1 4 c 0 2 t h er e s u l t ss h o wt h a t ：t h e1 4 c 0 2 ，w h i c hi sa b s o r b e df r o mt h ea i rb yt h el e a f p h o t o s y n t h e s i s ，w i l lb es e n tt ot h eo t h e rp a r t so ft h ew h e a ta n df o r maa c c u m u l a t i n gt r e n d d u r i n gt h ei n t r o d u c i n gp e r i o dt h es p e c i f i ca c t i v i t yo f 14 ci n e v e r yt i s s u ei n c r e a s el i n e a r l yw i t h t i m e a n dt h ei n c r e a s i n gr a t ei sa tt h er a n g eo f5 0 3b q ( g d ) t o8 4 6b q ( g 。d ) a n dt h er a t e so r d e r i sa sb e l o w ：r o o t s t e m i e a f t h ew h e a th a sa ni n t e n s i v ec o n c e n t r a t i o no f1 4 c 0 2 a n dt h e m a x i m u mv a l u e so fc o n c e n t r a t i o nf a c t o ra r eb e t w e e n2 3 1a n d2 5 8 ，a n da v e r a g ea t2 4 5 + 1 3 o w i n gt oi t sh i g hc o n c e n t r a t i o no f1 4 c 0 2 ，w h e a tc a nb eu s e da st h ei n d i c a t o rp l a n ti n t h e s u p e r v i s o ro fm c 0 2a i rp o l l u t i o n 2 u p t a k e1 4 c 0 2f r o ma i ra n da c c u m u l a t i o no f 14 ci n t h ec h i n e s ec a b b a g ea r es t u d i e db y u s i n gt h ei s o t o p e t r a c e rt e c h n i q u e si no r d e rt og e tab e t t e ru n d e r s t a n d i n go ft h ee n v i r o n m e n t a l v 浙江理一r 火学硕+ 学1 i ) = 论文 离1 4 c 0 2 和h m c 0 3 一，金鱼藻通过光合作用从水体中吸收游离c 0 2 和h 1 4 c 0 3 - 并在组织中 积累。在1 4 c 0 2 污染前期呈快速吸收，而后随时间下降，吸收积累速度较慢，通过检测金 鱼藻的比活度亦可监测大气1 4 c 0 2 的污染。 关键词：分布；积累；富集系数；放射生态学 a bs t r a c t n u c l e a rp o w e rp l a n ti ss a f e ，c l e a na n de c o n o m i c a lw h e ni tr u n si nn a t u r a lc o n d i t i o n a sa n i m p o r t a n ta p p r o a c ht or e s o l v i n ge n e r g ys o u r c e sp r o b l e m s ，n u c l e a rp o w e ri n d u s t r yh a si m m e n s e d e v e l o p m e n ts p a c ei no u rc o u n t r y 1 4 ci so n eo ft h em a i nr a d i o a c t i v eg a s e o u se f f i u xt h a ti tw i l l i n f l u e n c et h ee n v i r o n m e n ta r o u n dt h en u c l e a rp o w e rs t a t i o n t h ea m o u n to f1 4 cc o u l db e i n c r e a s i n gr e g i o n a l l ya r o u s e db yn u c l e a rp o w e r s t a t i o n sr u n n i n g ，a n di tw i l ld oh a r mt op e o p l e s h e a l t ha f t e ri tt r a n s f e r si n t of o o dc h a i n s s oi tn e e d st oh a v eas y s t e m i cs t u d yo nt h eb e h a v i o r so f 1 4 ci ne n v i r o n m e n ta n dp r o p a g a t i o n s t h et r a n s f e ra n da c c u m u l a t i o nd y n a m i co f1 4 ci nd i f f e r e n t e c o s y s t e m sa n dp r o p a g a t i o n sh a v eb e e ns t u d i e db yu s i n gi s o t o p e t r a c e rt e c h n o l o g ya n dt h a t o f f e r e ds o m eb a s i ci n f o r m a t i o nf o ri l l u m i n a t i n gt h eb e h a v i o r so f1 4 ci ne n v i r o n m e n t t h e p r i m a r yc o n t e n t so ft h es t u d ya r ea sf o l l o w s ： 1 u p t a k e1 4 c 0 2f r o ma i ra n da c c u m u l a t i o no f1 4 ci nt h ew h e a ta r es t u d i e db yu s i n gt h e i s o t o p e t r a c e rt e c h n i q u e si no r d e rt og e tab e t t e ru n d e r s t a n d i n go ft h ee n v i r o n m e n t a lb e h a v i o r so f “c 0 2 t h er e s u l t ss h o wt h a t ：t h e1 4 c 0 2 ，w h i c hi sa b s o r b e df r o mt h ea i rb yt h el e a f p h o t o s y n t h e s i s ，w i l lb es e n tt ot h eo t h e rp a r t so ft h ew h e a ta n df o r maa c c u m u l a t i n gt r e n d d u r i n gt h ei n t r o d u c i n gp e r i o dt h es p e c i f i ca c t i v i t yo f 14 ci n e v e r yt i s s u ei n c r e a s el i n e a r l yw i t h t i m e a n dt h ei n c r e a s i n gr a t ei sa tt h er a n g eo f5 0 3b q ( g d ) t o8 4 6b q ( g d ) a n dt h er a t e so r d e r i sa sb e l o w ：r o o t s t e m l e a f t h ew h e a th a sa ni n t e n s i v ec o n c e n t r a t i o no f1 4 c 0 2 a n dt h e m a x i m u mv a l u e so fc o n c e n t r a t i o nf a c t o ra r eb e t w e e n2 3 1a n d2 5 8 ，a n da v e r a g ea t2 4 5 + 1 3 o w i n gt oi t sh i g hc o n c e n t r a t i o no f1 4 c 0 2 ，w h e a tc a nb eu s e da st h ei n d i c a t o rp l a n ti nt h e s u p e r v i s o ro fm c 0 2a i rp o l l u t i o n 2 u p t a k e1 4 c 0 2f r o ma i ra n da c c u m u l a t i o no f 14 ci nt h ec h i n e s e c a b b a g ea r es t u d i e db y u s i n gt h ei s o t o p e t r a c e rt e c h n i q u e si no r d e rt og e tab e t t e ru n d e r s t a n d i n go ft h ee n v i r o n m e n t a l v 浙江理一i j 大学硕七学位论文 b e h a v i o ro fm c 0 2 t h er e s u l t ss h o wt h a t ：t h e1 4 c 0 2 ，w h i c hi sa b s o r b e df r o mt h ea i rb yt h el e a f p h o t o s y n t h e s i s ，w i l lb es e n tt ot h eo t h e rp a r to ft h ec h i n e s ec a b b a g ea n df o r maa c c u m u l a t i n g t r e n d t h es p e c i f i ca c t i v i t yo f1 4 ci ne v e r yt i s s u ei n c r e a s el i n e a r l ya st i m eg o e sb y a n dt h e i n c r e a s i n gr a t ei sa tt h er a n g eo f9 5 3b q ( g d ) t o2 7 0 2b q ( g 。d ) t h eo r d e ro fr a t ei nt i s s u e si sa s b e l o w ：c a b b a g eh e a r t l e a fb l a d e l e a fs t a l k b a s a lp l a t e r o o t t h ec h i n e s ec a b b a g eh a sa l l i n t e n s i v ea c c u m u l a t i o no f1 4 c 0 2 a n dt h ea c c u m u l a t i o nc o e f f i c i e n t si n c r e a s er a p i d l yw i t ht i m e t h ec o e f f i c i e n ti nt h ec a b b a g eh e a r tr e a c h e st h eh i g h e s tl e v e l ( 15 6 4i n4 8d a y s ) a n df o l l o w sw i t h t h el e a fb l a d e ( 135 6i n4 8d a y s ) t h es p e c i f i ca c t i v i t yi ne a c hp a r to ft h ec h i n e s ec a b b a g ea l s o i n c r e a s e sw i t ht h ei n t r o d u c t i o nt i m e so ft h e1 4 c 0 2 r e g r e s s i o na n a l y s i sh a sp r o v e dt h a t ：t h e s p e c i f i ca c t i v i t y ( c ) o fe v e r yp a r ti sp o s i t i v e l yc o r r e l a t e dt ot h ei n t r o d u c i n gt i m e s ( n ) o w i n gt oi t s k 曲a c c u m u l a t i o no f1 4 c 0 2 ，c h i n e s ec a b b a g ec a nb eu s e da st h ei n d i c a t o rp l a n ti nt h es u p e r v i s o r o f1 4 c 0 2a i rp o l l u t i o n 3 u p t a k e1 4 c 0 2f r o ma i ra n da c c u m u l a t i o no f1 4 ci nt h ec a m p h o ra r es t u d i e db yu s i n gt h e i s o t o p e - t r a c e rt e c h n i q u e si no r d e rt og e tab e t t e ru n d e r s t a n d i n go ft h ee n v i r o n m e n t a lb e h a v i o ro f 1 4 c 0 2 t h er e s u l t ss h o wt h a t ：t h e1 4 c 0 2 ，w h i c hi sa b s o r b e df r o mt h ea i rb yt h el e a f p h o t o s y n t h e s i s ，w il la c c u m u l a t ei nt h el e a v e s + t h e1 4 c 0 2i sa b s o r b e db yt h en e wl e a v e si nt h e p r o p h a s ea n db yt h e o l dl e a v e si nt h ea n a p h a s e 4 u p t a k e1 4 c 0 2f r o ma i ra n da c c u m u l a t i o no f1 4 ci nt h eh o m w o r ta r es t u d i e db yu s i n gt h e i s o t o p e t r a c e rt e c h n i q u e si no r d e rt og e tab e t t e ru n d e r s t a n d i n go ft h ee n v i r o n m e n t a lb e h a v i o ro f 1 4 c 0 2 t h er e s u l t ss h o wt h a t ：t h e1 4 c 0 2a n dh 1 4 c 0 3 + ，w h i c hi sa b s o r b e df r o mt h ew a t e rb yt h e l e a f p h o t o s y n t h e s i s ，w i l la c c u m u l a t ei nt h el e a v e s t h e1 4 c 0 2i sa b s o r b e db yt h el e a v e sf a s ti nt h e f i r s tp e r i o do f p o l l u t i o na n dt h e nt h ea c c u m u l a t i n gs p e e ds l o wd o w n t h ea i r1 4 c 0 2p o l l u t i o nc a n b es u p e r v i s e db yd e t e c t i n gt h e1 4 cs p e c i f i ca c t i v i t yo fh o m w o r t k e yw o r d s ：d i s t r i b u t i o n ；a c c u m u l a t i o n ；c o n c e n t r a t i o nf a c t o r ；r a d i oe c o l o g y v i 浙江理工大学学位论文原创性声明 本人郑重声明：我恪守学术道德，崇尚严谨学风。所呈交的学位论文，是本人在导师 的指导下，独立进行研究工作所取得的成果。除文中已明确注明和引用的内容外，本论文 不包含任何其他个人或集体已经发表或撰写过的作品及成果的内容。论文为本人亲自撰 写，我对所写的内容负责，并完全意识到本声明的法律结果由本人承担。 学位论文作者签名：南p d 日f 日期：一g 年7 月日 浙江理工大学学位论文版权使用授权书 学位论文作者完全了解学校有关保留、使用学位论文的规定，同意学校保留并向国家 有关部门或机构送交论文的复印件和电子版，允许论文被查阅或借阅。本人授权浙江理工 大学可以将本学位论文的全部或部分内容编入有关数据库进行检索，可以采用影印、缩印 或扫描等复制手段保存和汇编本学位论文。 本学位论文属于 保密i q，在 不保密商 。 学位论文作者签名：隶私唷q f 【 同期：工i 溉年7 月，同 年解密后使用本版权书。 指剥巾躲史瓠 同肌上p d 7 年7 月同 浙江理i ：人学硕十学位论文 第一章前言 1 1世界核电的发展及我国核电现状 1 1 1世界核电的发展 核技术是本世纪4 0 年代最先在美国发展起来的，当时主要用于军事。1 9 5 1 年，美国 首次用实验证明原子反应能够发电。1 9 5 4 年6 月前苏联建成装机容量5 0 0 0 k w 的核电站 并入电网运行。1 9 5 6 年英国建成由四座反应堆组成的发电、产钚两用的第一座核电站， 发电能力2 5 万k w 。6 0 年代，几个发达国家在5 0 年代试验性核电站的基础上，相继建 造了若干原型核电站。最近2 0 年来，由于核发电不仅在技术上趋于成熟，而且在经济上 显示出竞争能力，所以获得迅速发展，目前已进入工业上大规模推广应用阶段。根据国际 原子能机构统计，1 9 9 7 年全世界共有4 3 7 座核反应堆在工作，发电总量达2 2 7 6 4 9 万亿 w h ，占总发电量的比例约为1 7 。截至到2 0 0 1 年底，世界核电装机容量达3 5 4 9 g w ， 预计到2 0 1 0 年将增长到3 6 4 6 g w ( 1 1 。 核电产业已经过了几十年的发展，装机容量和发电量稳步提高。截止到2 0 0 4 年底， 全世界有3 1 个国家已经建成或正在建造核电机组，其中正在运行的核电机组4 4 0 台，在 建机组2 6 台。2 0 0 4 年世界核发电量2 6 1 8 6 亿千瓦时，占世界总发电量的1 6 。各国由于 情况不同，核发电量占各自总发电量的比重相差较大：其中法国最大为7 8 1 ，美国1 9 9 ， 英国1 9 4 ，日本2 9 3 ，韩国3 8 ，印度2 8 。 1 1 2 我国核电现状 与火电相比，核电站只需消耗很少的核燃料，就可以产生大量的电能，每千瓦时电能 的成本比火电站要低2 0 以上。核电站还可以大大减少燃料的运输量。例如，一座1 0 0 万千瓦的火电站每年耗煤三四百万吨，而相同功率的核电站每年仅需铀燃料三四十吨。核 电的另一个优势是干净、无污染，几乎是零排放，对于发展迅速环境压力较大的中国来说， 再合适不过。中国对于核电的发展已经开始放宽政策，长期以来，我国政府一直强调要“有 限”发展核电产业。而在2 0 0 3 年以来，中国出现了全面性能源紧张。在这种情况下，国内 关于大力发展核电产业的呼声日益强烈。 2 0 0 4 年1 1 2 月，中国核电发电量累计为5 , 0 7 2 ，3 2 1 6 7 万千瓦时，比上年同期增长了 1 4 1 8 。2 0 0 5 年l 一1 2 月，中国核电发电量累计为5 , 3 0 3 ，6 0 4 0 0 万千瓦时，比上年同期增 长了5 1 9 。2 0 0 6 年1 1 2 月，中国核电发电量累计为5 , 3 4 3 ，9 5 7 3 8 万千瓦时，比上年同 期增长了0 6 6 。中国目前建成和在建的核电站总装机容量为8 7 0 万千瓦，预计到2 0 1 0 年中国核电装机容量约为2 0 0 0 力千瓦，2 0 2 0 年约为4 0 0 0 力千瓦。到2 0 5 0 年，根据不同 l 浙江理l - 人学硕十学位论文 部门的估算，中国核电装机容量可以分为高中低三种方案：高方案为3 6 亿千瓦( 约占中 国电力总装机容量的3 0 ) ，中方案为2 4 万千瓦( 约占中国电力总装机容量的2 0 ) ，低 方案为1 2 亿千瓦( 约占中国电力总装机容量的l o ) 。中国国家发展改革委员会正在制 定中国核电民用工业规划，准备到2 0 2 0 年中国电力总装机容量预计为9 亿千瓦时，核电 的比重将占电力总容量的4 ，即是中国核电在2 0 2 0 年时将为3 6 0 0 。4 0 0 0 万千瓦。也就是 说，到2 0 2 0 年中国将建成4 0 座相当于大亚湾那样的百万千瓦级的核电站【2 】。 从核电发展总趋势来看，中国核电发展的技术路线和战略路线早已明确并正在执行， 当前发展压水堆，中期发展快中子堆，远期发展聚变堆。具体地说就是，近期发展热中子 反应堆核电站；为了充分利用铀资源，采用铀钚循环的技术路线，中期发展快中子增殖反 应堆核电站；远期发展聚变堆核电站，从而基本上“永远”解决能源需求的矛盾。 1 2 核电对生态环境的影响 核电在正常运行条件下是一种比较安全、清洁、和经济的能源，但因其“三废”中含有 放射性核素，人们对核电站的安全及对环境的影响问题一直非常关注。从核电的发展初期， 科研人员就对核电的安全防护问题进行了深入研究，各国也相应制定了法律、法规，以保 障工作人员与居民的健康和安全。然而由于突发事件造成的核泄露等事故对生态环境造成 的危害是深重和久远的。迄今共发生了八起核电站事故，其中最严重的是1 9 7 9 年3 月美 国三里岛核电站和1 9 8 6 年4 月前苏联切尔诺贝利核电站的严重事故，特别是切尔诺贝利 核电站爆炸事故，造成大量放射性核素进入环境，其污染物已遍布北半球的广大地区，欧 洲部分地区受到严重污染，我国北京也曾检测到污染物( 1 3 1 i ) 的存在，许多人和动、植 物在事故中受到辐射损伤，甚至死亡p 诺j 。 1 2 1 放射性核素的来源 裂变产物和中子活化产物是核反应堆内两类主要的放射性核利9 1 。 核电站反应堆燃料在燃烧期间有大量裂变产物积累，这就相当于一个巨大的放射源， 从而对环境构成隐患。由于裂变中产生大约8 0 种放射性同位素，而每一种平均又是其他 两种的先躯元素，因此，在裂变后的短时间内，裂变产物中将存在2 0 0 种以上的放射性同 位素。在放射性裂变产物中，大部分不会对环境构成危害，因为它们有的量很小，有的寿 命很短，很快就衰变成无害的物质。少数放射性产物，由于寿命长、产率高以及其化学性 质的缘故，如果不慎排放到环境中，会对公众构成威胁。 由于反应堆核燃料裂变放出热量和大量中子，使反应堆堆芯成为一个强中子源。当冷 却剂反复流经堆芯带走热量的同时，要受到中子辐射而被活化，生成放射性同位素。同样， 浙江理工大学硕十学位论文 冷却剂所携带的杂质、腐蚀产物也会受到中子辐照而产生一系列放射性物质，通常称为活 化产物。 核电站在正常运行时对人的辐射影响，主要是通过气态与液态的形式把放射性核素排 放到环境中。气态中放射性核素主要有1 3 1 i 、1 3 4 c s 、1 3 7 c s 、5 8 c o 、6 0 c o 、9 0 s r 、1 4 c 、1 4 4 c e 、 氮与氦的放射性同位素；液态中放射性核素主要有3 h 、1 3 1 i 、1 3 4 c s 、1 ”c s 、5 8 c o 、6 0 c o 与 9 0 s r 等。碳一1 4 半衰期很长，它在环境中积累所造成的放射性照射比起那些稀有气体和氚 要大得多。另外还有几中放射性核素如碘一1 3 1 ，对现场附近区域内的作用是相当显著的。 除此之外就世界范围所产生的影响来看，碘1 2 9 也是举足轻重的【。0 】。 在核爆炸以及其它重大事故导致的核泄露过程中可以产生几百种放射性核素，但其中 多数不是产量很少就是在很短时间内已全部衰变，对世界居民的有效剂量当量贡献大于1 的只有7 种。按对人体照射水平的递减顺序，它们是1 4 c 、1 3 7 c s 、9 5 z r 、9 9 s r 、1 0 5 r u 、1 4 4 c e 和3 h 。对居民的照射水平，因居民地所处的纬度而异，一般南半球居民受到的照射要比 北半球低【m 】。 1 2 2 放射性核素对人体的照射途径与危害 尽管核电在正常运行情况下排放到环境中去的放射性核素保持在最低限度，但总有微 量的放射性核素进入到环境中，在核爆炸及其它重大核泄露事故发生时，则有大量的放射 性核素进入环境。进入环境中的放射性核素将通过各种途径最终对人体造成辐射危害( 图 1 1 和图1 2 ) 【1 0 】。 在这些途径中放射性物质并非是单纯地在各生物中转移，而是在某些生物中表现出明 显的浓集作用。例如，碘在空气- 草_ 牛- 奶- 人的食物链过程中，以及铯在水一鱼一人 的食物链中，都具有极其明显的浓集作用。它们最终将对人造成颇大的影响。 各种放射性核素由环境进入生物循环过程和经食物链进入人体的剂量，受到多方面因 素的影响。例如，放射性核素的物理、化学状态，动、植物体内的代谢情况，地质、水文 与气象条件，以及人们的膳食习惯等。显然，对那些从不同的路径进入人体后的放射性核 素，因物理、化学特性不同，吸收、蓄积与排出的特点也不同。即使同一种放射性核素的 吸收率也不是恒定的，也受到多种因素的影响，如通过消化道进入时，要受到肠道酸碱度、 蠕动情况、内分泌情况等影响。放射性核素在生物体内的分布也不相同，有些放射性同位 素有选择地定位在某个或某几个器官或组织内，这种器官称之为“紧要器官”f 9 】，也就是蓄 积该种放射性同位素最多的器官，即受伤害最大的器官。 人体受到强剂量放射性照射早期效应的临床表现有白血球减少、食欲衰退、呕吐、恶 心、发烧、腹泻、出血、脱发、感染、惊厥、震颤、嗜睡，直到死亡。d , n 量放射性超过 3 浙江理l ：大学硕十学位论文 一定水平，就能杀死生物体的细胞，妨碍正常细胞分裂和再生，引起细胞内遗传信息的突 变。研究表明，母亲在怀孕初期腹部受过x 光照射，她们生下的孩子与母亲不受x 光照 射的孩子相比，死于白血病的概率要大于5 0 t 1 1 1 。 磨气 、 沉l 直 吸一土壤l 接 入 ，土上、 r 辐 、 昭 ，、 l植l。l动i l物l 盲 7 i 叨1 食 曩l ， 入 照 | ， ， 、 ，、 ，、， 山 r 人 图1 1 放射性核素通过大气转移至人体的各种途径 f i g 1 1 d i f f e r e n tr o u t e so fr a d i o n u c l i d e st r a n s f e r r e df r o ma t m o s p h e r ei n t oh u m a nb o d i e s 废水 j 牢与渭醉 废物水体 一 i l u i l 什 淤h 水 土 饮 泥l 广j 生 壤 水 il 1 r 附的 1r1rr 着表 在面 鱼 植动 渔污 物 物 网染 等物 外外 外 照照 昭 射射射 r1 r1 r1 r1r 1 r1r 1r 1r 人 图1 2 放射性核素通过水体转移至人体的各种途径 饮 水 f i g 1 2 d i f f e r e n tr o u t e so f r a d i o n u c l i d e st r a n s f e r r e df r o mw a t e ri n t oh u m a nb o d i e s 4 浙江理i ：大学硕十学位论文 1 3 几种重要放射性核素的基本性质及其生态特性的研究进展 鉴于核废物存在着潜在的环境危害，必须了解核素进入土壤、水等环境的量以及由此 进入动植物体内的量及其动态行为，并在此基础上寻找净化放射性污染物及降低放射性核 素进入动植物体内的合理、有效的途径。 放射性污染物在环境中的行为和对环境影响的研究始于二十世纪五十年代，随着研究 的深入和取得的成果，逐渐形成了- - f j 综合性多学科交叉的新兴学科放射生态学。美 国、俄罗斯、日本等过均开展了1 3 7 c s 12 1 、1 3 4 c s 13 1 、9 0 s 一1 4 】等放射性污染物的生态环境行 为研究，且一些研究建立了应用数学模型；目前国外有关核电站放射性污染生态学研究最 集中的特点是模型化、规范化及由此提出核事故的应急措施、减少核事故危害的实验资料； 在核电站对环境影响的评价中，氚( 3 h ) 、铯1 3 7 ( 1 3 7 c s ) 、锶一9 0 ( 9 0 s r ) 、钴6 0 ( 6 0 c o ) 、锆9 5 ( 9 5 z r ) 与碘一1 3 1 ( 1 3 1 d 等是具有较大影响的几种放射性核素【10 1 ，其中对1 3 7 c s 生态行为的研究最为 深入，其次是9 0 s r 等，对于9 5 z r 的报道较少。而1 4 c 因其半衰期长( 5 7 3 0 a ) ，弥散范围广， 也已成为最受关注的核素之一。国际原子能机构( l 垣a ) 正是依据这方面的研究成果制 定了有关辐射安全法规、标准。我国现行的有关辐射安全标准和法规基本沿用国外的，这 些法规和准则在我国难以达到合理和完全适用的程度，这就要求我国的科学工作者通过自 一一已豹劳动去获取实验资料，以期制定出符合我国国情的法规、准则或标准。中国科学院南 海海洋研究所、国家海洋局第三海洋研究所、中国农科院原子能利用研究所及浙江大学原 子核农业科学研究所等曾先后开展了1 3 7 c s t l5 1 、1 3 4 c s t l6 1 、9 0 s x a l 7 1 、9 5 z r t l8 1 、6 0 c o t l 9 1 等的放射 生态学研究，并取得了可喜的成果，有很好的积累，但是近年来有所滑坡，这现象与我 国日益发展的核能事业不相符。 1 3 1 铯1 3 7 ( 1 3 7 c 8 ) 铯一1 3 7 是所有放射性核素中作了最详细研究的一个核素。它是一个含量非常丰富的 裂变产物，对2 3 屯它的裂变产额为5 9 ，半衰期约为3 0 年。1 3 7 c s 属于中毒性核素。在 核武器爆炸过程中产生的铯一1 3 7 已经广泛分布在整个生物圈，而且由于它的迁移性和生 理性使得它在几乎所有生物中都达到可检测的浓度。1 3 7 c s 发射高能光子，因而它测量简 单，它也是在人体和其他物种中造成遗传剂量的一个潜在的重要核素，它在人体内的有效 半衰期为5 0 1 5 0 天，分布在全身肌肉和肝中，不易排出体外f 2 们。由于它的含量丰富、半 衰期长和生物迁移性，因此， 7 c s 是核裂变废物中的一个重要核素。 铯和许多其他放射性核素长期有效性主要取决于生态系的选择性，特别是土壤的性 浙江理l ：人学硕十学位论文 质。1 37 c s 经沉降到达地表后就迅速被粘土矿物和有机质紧密吸附，且不易向下淋溶、迁 移。乃7 c s 的地表空间运移主要是由土壤侵蚀、土壤颗粒的迁移和土壤沉积颗粒的淀积等 过程造成。b7 c s 在土壤中的这_ 特性已被国内外学者广泛用作土壤侵蚀示踪剂估算土壤 的侵蚀速率和沉积状况等【2 1 2 6 1 。1 3 7 c s 在土壤中主要是被蛭石、伊利石和蒙脱石等矿物吸 附或固定，土壤有机质通过阳离子交换或络合等作用强烈吸附或固定1 3 7 c s ，同时存在不 同程度的解吸。”7 c s 被土壤中的粘土矿物和有机质吸附或固定后，则很难被各种提取剂 所解吸f 2 1 2 2 ，2 3 , 2 4 , 2 7 】，因此，在粘土矿物和有机质含量丰富的土壤系统里，土壤就像是c s 的一个储蓄库，由土壤进入生物体的1 3 7 c s 的量是极少的。但其他具有低阳离子交换容量 的砂性土壤系统，则有比较大量的c s 通过生物在这系统中长期的进行循环。姜让荣等对 放射性核素在不同土壤层中的分布研究表明，1 37 c s 主要分布于4 1 2 c m 深度的土壤层中 1 2 8 1 。其它文献则较多认为，1 3 7 c s 在非耕作土壤中主要集中在0 - 5 c m 的土层中，而在耕作 土壤中则分布较均一，受到翻耕和土壤颗粒组成等多种因素影响【2 1 , 2 9 1 。 同大多数其他放射性核一样，铯可通过大气沉积或表面吸附和根部吸收进入植物内 部，也可通过呼吸、消化以及表面吸收或吸附而进入动物体内。t o p c u o g l u ，s 等人对切尔 诺贝利事故后的1 9 8 7 1 9 9 4 年间b 7 c s 在茶树中的转移与净化进行了研究，结果表明茶树 可由根部从土壤中吸收1 3 7 c s 并转移；同时，由叶