轉(zhuǎn)載。

1. 核電廠的放射性

一般來說，元素從不穩(wěn)定的原子核自發(fā)地衰變，在衰變過程中會(huì)放出一定能量的射線，這種現(xiàn)象稱為輻射或者放射性。而核裂變過程中釋放的射線主要有：（1）α 射線：氦原子核流；（2）β 射線：電子流；（3）γ 射線：能量流（光子）；（4）中子。

圖1 不同射線的穿透能力

從圖1中可以看出，γ 射線的穿透力最強(qiáng)，只有混凝土才可以屏蔽掉γ 射線；其次是β 射線，鋁板可以實(shí)現(xiàn)對(duì)它的屏蔽；最后是α 射線，其穿透力最弱，一張紙就可以對(duì)其屏蔽。

2. 核輻射的后果

核裂變過程中釋放的射線與人體間的作用包括：（1） 造成組成細(xì)胞的生物大分子損傷（變化/殺死）；（2）造成脫氧核糖核酸（ DNA）變化（變異）；（3）染色體的變化。

圖2 核輻射的危害

嚴(yán)謹(jǐn)來說，核輻射對(duì)人體會(huì)造成兩種直接效應(yīng)，分別是：確定性效應(yīng)與隨機(jī)性效應(yīng)。

確定性效應(yīng)：當(dāng)人體受到的輻射量在閾劑量以上，受損傷的細(xì)胞較多。當(dāng)有大量細(xì)胞被殺死時(shí)，效應(yīng)的發(fā)生就是必然的，因此這種效應(yīng)被稱為確定性效應(yīng)，其特點(diǎn)是人體受損的嚴(yán)重程度在閾劑量以上隨劑量的增加而增加，如圖3所示。其中，人體吸收劑量常采用的衡量單位為戈瑞（Gy），1Gy=1J/Kg。以前習(xí)慣使用的單位是拉德(rad)，1rad=0.01Gy。

圖3 不同核輻射劑量對(duì)應(yīng)的人體損傷程度

由于某一吸收劑量所產(chǎn)生的生物學(xué)效應(yīng)與輻射（射線）的類型、照射條件、吸收劑量大小、生物種類和個(gè)體差異等相關(guān)，因此相同的吸收劑量未必會(huì)產(chǎn)生同樣程度的生物學(xué)效應(yīng)。為表達(dá)一個(gè)放射源對(duì)人體的可能損傷，我們用劑量當(dāng)量來表示。也就是說：不同組織或器官吸收相同的輻射能量產(chǎn)生的效果組織或器官中劑量當(dāng)量H是此組織或器官的平均吸收劑量D與品質(zhì)因數(shù)Q(或稱線質(zhì)系數(shù)）及N(其他修正因子）的乘積。 H=D × Q × N，單位是希沃特(Sv)， 1 Sv =1 J/Kg = 1000 mSv。

圖4 不同短時(shí)劑量對(duì)應(yīng)的醫(yī)療反應(yīng)

隨機(jī)性效應(yīng)：當(dāng)機(jī)體受到電離輻射照射后，一些細(xì)胞受損而死亡；另一些細(xì)胞發(fā)生了變異而不死亡，有可能形成了一個(gè)變異的子細(xì)胞克隆，隨機(jī)性效應(yīng)包括軀體效應(yīng)（ 輻射誘發(fā)癌）和遺傳效應(yīng)（損傷發(fā)生在后代）。此外，核輻射致癌發(fā)生概率（不是嚴(yán)重程度）隨照射劑量的增加而增大，而嚴(yán)重程度與照射劑量無關(guān)， 上述不存在閾劑量的效應(yīng)稱之為隨機(jī)性效應(yīng)。輻射致癌就是典型的隨機(jī)性效應(yīng)，如果這種變異發(fā)生在生殖細(xì)胞（精子或卵子），其基因突變的信息會(huì)傳給后代，而產(chǎn)生的損傷效應(yīng)則稱為遺傳效應(yīng)。

在這部分的結(jié)尾，我再普及三個(gè)重要概念：

（1）放射性活度：放射源本身的強(qiáng)度，其單位為貝克（ Bq）或居里（ Ci），1Ci=3.7 × 1010 Bq（ 370億），比如飲用水的放射性活度通常限制在1Bq/L以內(nèi);

（2）吸收劑量：放射源施加到物體上的能量，其單位為戈瑞(Gy)或拉德（ rad），1 Gy = 1J/Kg, 1 rad = 0.01 Gy, 比如核電廠鑒定輻射老化的吸收劑量通常限制在 40000 Gy以內(nèi)；

（3）劑量當(dāng)量：根據(jù)物體損傷程度折算的能量，其單位為希沃特（ Sv） 或雷姆（ rem），1 Sv =1 J/Kg = 1000 mSv，1 rem = 0.01 Sv = 10mSv，比如核電廠正常運(yùn)行期間對(duì)公眾個(gè)人年劑量限制在 0.25 mSv以內(nèi)，而核電廠基準(zhǔn)事故期間，公眾30天個(gè)人劑量限制在 250 mSv以內(nèi)，80公里范圍內(nèi)公眾集體劑量限制在20000 Sv以內(nèi)。

3. 核輻射防護(hù)

在這里首先強(qiáng)調(diào)一句，目前沒有任何技術(shù)能夠去除核裂變的放射性（降低其活度），活度降低的唯一路徑是自然衰變！但是，小伙伴們不要怕，核電廠還是有辦法將核輻射的個(gè)人劑量水平控制在安全范圍的，其手段主要有三種：

（1）時(shí)間防護(hù)：縮短與放射性物質(zhì)接觸的時(shí)間；

（2）距離防護(hù)：距離放射性物體（放射源）盡可能遠(yuǎn)；

（3）屏蔽防護(hù)：用其他物體進(jìn)行屏蔽。

關(guān)于時(shí)間與距離防護(hù)，核電廠通常會(huì)采取一定的輻射防護(hù)管理：（1）輻射分區(qū)：按照各區(qū)域放射性劑量率不同，劃分不同區(qū)域，限制人員進(jìn)入和停留時(shí)間；（2）輻射防護(hù)大綱：規(guī)定輻射裝備的配備情況以及核電廠廠址的選擇等。一般來說，核電廠址通常會(huì)選擇人口密度相對(duì)較低，離大城市較遠(yuǎn)的地點(diǎn)。半徑5KM范圍內(nèi)不宜有1萬人以上鄉(xiāng)鎮(zhèn)，10KM范圍內(nèi)不宜有10萬人以上城鎮(zhèn)，40KM范圍內(nèi)不宜有100萬人以上的大城市。

圖5 核電廠輻射分區(qū)詳情

關(guān)于屏蔽防護(hù)，核電廠通常在反應(yīng)堆內(nèi)設(shè)置有三道放射性屏障：（1）燃料包殼：將裂變物質(zhì)制成熔點(diǎn)很高（小于2400℃）的陶瓷芯塊，稱之為燃料芯塊， 確保絕大部分裂變產(chǎn)物都被密封于燃料芯塊中，燃料芯塊和氣態(tài)裂變產(chǎn)物再用燃料包殼進(jìn)行包容；（2）一回路壓力邊界：考慮燃料包殼可能破損、裂變產(chǎn)物可能從破損處泄露出來，用密閉的一回路系統(tǒng)將裂變產(chǎn)物再次包容；（3）安全殼：考慮到密閉一回路系統(tǒng)可能破損、裂變產(chǎn)物可能從破損處泄露出來裂， 用安全殼將裂變產(chǎn)物再次包容(因一回路系統(tǒng)損壞的地點(diǎn)無法確定， 用安全殼將一回路系統(tǒng)全部包容)。以當(dāng)今主流的壓水式反應(yīng)堆為例，安全殼的直徑約40～50米，高約60米，混凝土墻的厚度可達(dá)1米，還有6毫米厚的不銹鋼內(nèi)襯確保整體密封性，活脫一個(gè)大號(hào)水泥罐。這樣的“體格”和防御能力是常規(guī)建筑物比不了的。這也是核電站中最與眾不同的建筑物。

圖6 安全殼實(shí)物圖

除了上述總結(jié)的時(shí)間、距離與屏蔽防護(hù)手段外，核電廠的設(shè)計(jì)與運(yùn)行等諸多方面也是完全遵循ALARA準(zhǔn)則（As Low AS Reasonable Achievable），如設(shè)備材料、設(shè)備布置、設(shè)備可靠性、自動(dòng)化程度、屏蔽厚度、通風(fēng)系統(tǒng)設(shè)計(jì)、氣/液廢物處理方法、日常管理、檢修工具自動(dòng)化、檢修和操作流程安排、人員培訓(xùn)等等等。

相關(guān)統(tǒng)計(jì)數(shù)據(jù)表明，通過核電廠上述措施防護(hù)，其內(nèi)部職業(yè)人員的5年平均個(gè)人劑量基本可以控制在 20 mSv/a以內(nèi)，而年最大個(gè)人劑量也可以控制在 50 mSv/a以內(nèi)。對(duì)比一下圖4，可以發(fā)現(xiàn)在此輻射劑量下，對(duì)人體是完全無危害的，更別提距離核電站遙遠(yuǎn)的小伙伴們呢！

另外，對(duì)核電廠輻射防護(hù)感興趣的小伙伴們，如果覺得我這篇文章講的還不夠細(xì)致透徹，可以自行查閱核電廠的一些重要標(biāo)準(zhǔn)規(guī)范，主要有：GB6249-核動(dòng)力廠環(huán)境輻射防護(hù)規(guī)定和GB18871-電離輻射防護(hù)與輻射源安全基本標(biāo)準(zhǔn)等。