本期文章

日本輻射外洩,會影響我們嗎?

李名揚    

(照片提供/科學人)
重點提要

■輻射是一種能量,造成污染的是會發出輻射的放射性核種。

■人體短期內吸收高劑量輻射會出現急性症狀,長期累積則有罹患癌症及產生遺傳效應的風險。

■從日本飄到台灣的輻射塵濃度非常低,輻射劑量遠低於台灣的天然背景輻射。

■日本已驗出輻射劑量超標的蔬菜和魚,從日本進口的農漁牧產品必須注意。


今年3月11日日本大地震所引發的海嘯,造成福島第一核電廠發生嚴重事故,大量輻射物質釋放到外界,使得日本政府強制疏散距電廠20公里以內的居民。台灣與日本同處東亞,「輻射物質是否可能飄到台灣」這個問題,迅速取代了對地震、海嘯的恐懼,成為許多人關心的議題。


何謂輻射?

許多人聞「輻射」而色變,嚴格來說,這裡的「輻射」指的是「游離輻射」,是一種強度足以使原子游離為電子及正離子的能量;能量不足以使原子游離的,則為「非游離輻射」。在電磁波中,波長較短的X射線及γ射線為游離輻射,其餘皆為非游離輻射。另外,以超高速前進的高能粒子也是游離輻射。游離輻射會對人體造成傷害,主要是因為其能量有機會打斷遺傳物質DNA分子中的鍵結,而使細胞受到損傷。


日本核災造成污染的不是輻射本身,而是「會發出輻射的物質」,也就是放射性核種。放射性核種是不穩定的原子,會放出游離輻射並衰變成另一種原子。隨著越來越多原子衰變了,剩下的放射性核種數量減少,輻射強度也就越來越弱。放射性核種發出的強度減少到只有剛開始的一半所需要的時間,稱為「半衰期」,每種放射性核種皆有其固定的半衰期,半衰期越短,輻射強度衰減越快,可能造成危害的時間就越短。


放射性核種發出的輻射主要為α、β、γ三種射線,皆可能對人體造成傷害。輻射的單位(活度)為「貝克」,一貝克就是每秒有一個原子發生衰變。


不同核種放出的輻射種類及能量不同,即使活度相同,對物質造成的破壞程度也可能不一樣。因此要計算輻射會對物質造成多大破壞,得看該物質會吸收多少輻射能量,這種吸收劑量的單位為戈雷,一戈雷就是一公斤物質會吸收一焦耳能量。然而輻射有α、β、γ、X射線、高能質子、高能中子等,人體組織吸收不同輻射所受到的傷害不一樣,不同部位對輻射的敏感度也不相同,因此人體承受的輻射劑量以「有效劑量」來表示,單位為西弗。若是β、γ、X射線照射到全身,人體各組織的吸收劑量平均之後,一西弗大約為一戈雷(其他種類輻射造成的有效劑量需經過換算)。


輻射的傷害力

核電廠的發電原理是以中子撞擊鈾235或鈽239等放射性元素,造成核分裂並放出熱能,將水加熱為蒸汽以推動汽機發電。核分裂的過程非常複雜且多元,福島第一核電廠的一、二號機是以中子撞擊鈾235,會產生許多半衰期僅幾分鐘甚至不到一秒鐘的「短命核種」,以及一些非常少量、幾乎測量不到的核種;但是也會產生如碘131、銫134、銫137及鍶90等半衰期較長且產量較大的核種,它們也是這次福島核災主要的外洩物。福島附近也偵測到少量鈽239,可能是福島第一核電廠三號機的燃料,但也可能是其他機組燃料中的鈾238吸收一個中子所形成。


這些外洩的放射性核種會以三種形式存在於環境中:飄浮在空氣中的輻射塵、黏附在地表或牆壁的輻射塵,以及落在土壤或水中、被植物吸收、動物攝食而進入食物鏈的輻射塵。然而它們的傷害力究竟有多強呢?


我們首先應該知道,照射到地球的宇宙射線就是輻射,自然界中有許多物質也會發出輻射:植物中有天然存在的鉀40,很多岩石、土壤及建材會釋放出氡222,菸草中含有釙210?,輻射可說是無所不在。以台灣而言,各地的天然背景輻射劑量通常為每小時0.04~0.1微西弗,原子能委員會訂定各地的輻射劑量只要在每小時0.2微西弗以下,都屬正常範圍,我們一年大約會自然接受到1.6毫西弗的天然背景輻射。世界上有些地區的天然背景輻射值很高,例如中國廣東陽江市為一年6~6.5毫西弗,印度喀拉拉邦高達5~15毫西弗,這些地區居民的罹癌率並沒有比較高。


以人為活動而言,若照一張胸部X光片,大約等於接受了0.02毫西弗的輻射劑量;搭乘飛機因處高空,會接受較強的宇宙射線,從台北到美國西岸一趟大約是0.09毫西弗;而若一天抽一包半香菸,一年相當於接受了13毫西弗。根據國際原子能總署訂定的「游離輻射基本安全標準」,一般民眾一年接受的輻射劑量(不含天然背景輻射)不應超過1毫西弗,核能相關工作人員一年不能超過50毫西弗、五年累積不能超過100毫西弗。


至於輻射對人體健康的影響,長庚大學醫學影像暨放射科學系教授董傳中指出,根據醫學統計,人體在短時間內接受輻射劑量若在500毫西弗以下,並沒有顯著的臨床效應,到了1000毫西弗以上就會出現急性症狀,超過6000毫西弗的話,大多數人短期內便會死亡。


以上是短時間內接受高劑量輻射的結果,若是低劑量但長期照射,當累積到1000毫西弗,會有大約5%的機率發生嚴重癌症,0.2%的機率產生嚴重遺傳效應(生出突變的下一代)。如果以這個數值進行線性推估,則當人體接受的輻射劑量累積到20毫西弗時,大約有0.1%的機率因而發生癌症,0.004%的機率產生遺傳效應。


不過董傳中強調,這些數據是追當年日本受到原子彈轟炸時,接受高劑量輻射的倖存者所得到的結果,再線性推估低劑量輻射的可能效應,只能稱為保守性的「風險評估」。有些科學家並不贊成這種線性推估,認為高估了低劑量輻射所造成的傷害。


從日本到台灣

這次日本核災,福島第一核電廠廠區內的輻射劑量最高曾飆升到每小時400毫西弗,是當地背景值(約為每小時0.05微西弗)的800萬倍。不過日本政府在此之前就已經強制疏散距廠區20公里以內的居民,並設置許多監測點來監測疏散區以外的區域。受到地面風向及降雨影響,各監測點測量到的數值差異甚大,日本政府根據監測結果估計,在疏散區西北方約500平方公里的範圍,在一年內的累積劑量將可能超過20毫西弗,目前考慮這些區域也要強制疏散。


至於台灣,在中國、香港陸續於3月29日偵測到放射性核種碘131之後,原能會也在3月31日測到了,其中北部和南部地區空氣中的碘131濃度分別是每立方公尺0.0002貝克及0.00006貝克,4月1日又在南部測到每立方公尺0.0009貝克。以其中最高的0.0009貝克來換算,南部地區的民眾一年約增加0.045微西弗的有效劑量,相當於照了0.0023張胸部X光片。


來到台灣的輻射塵,也可能沉降到農作物表面而被我們吃下。事實上,原能會也確實在北部地區的植物葉片表面偵測到沉降的碘131,濃度為每公斤1.3~4.88貝克,遠低於我國的限量標準每公斤300貝,也遠低於同一批植物葉片上天然存在的鉀40的量測值(每公斤140貝克),而且這些植物表面的輻射塵只要以水洗即可清除。原能會評估,若正常食用受到這種程度污染的葉菜類一年,將吸收4微西弗有效劑量,相當於照0.2張胸部X光片。


【完整內容請見《科學人》2011年第111期5月號】


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