日本福岛核电站发生氢气爆炸事故之后,很多人对其造成的核泄漏忧心忡忡。正当大家都为灾害的影响焦虑不已的时,互联网上突然出现了一张“核辐射扩散示意图”。在搜索引擎上用“nuclear
fallout
map”可以搜索到许多与这张图片相关的网页。而在中国,也有很多媒体以此图为基础,制作了相应的核扩散示意图。在微博上随机检索,就能看到这些图片有见诸网站者,有见诸报端者,甚至有好事者为其PS了一个央视报道版本。

这个大千世界是由声、光、电、热、力等各种基本现象组成的,它们都是物理世界中的研究对象。但从更深的物理视角来看,它们都是能量的表现形式。光能、电能、热能等各种形式的能量,都是用焦耳这个统一的单位来表示的。这些能量既不会凭空出现,也不会凭空消失,它们只能从一个物体转移到另一个物体上,或者从一种形式转化为另一种形式。一个
1 千克的物体从 1 米高的地方落下,释放的能量就是 9.8 焦耳;让一个 40W
灯泡发光一分钟,需要的电能就是 2400 焦耳;一个苹果所含能量约为 90
卡路里,换算成焦耳就是 300
多千焦耳。同样地,放射性元素放出的射线也是一种传递能量的方式,它的单位也是焦耳。

作者: 按怎阮滴命运会卡衰

不过,谣言粉碎机调查员发现,也有一些人将这张图跟“骗局”联系在一起。这张“日本核污染扩散图”的最原始版本,其左下角有一个特殊的LOGO。这是澳大利亚辐射服务(ARS)的标志。然而,图片见诸网络之后,ARS迅速在自己网站上发布了如下声明:ARS注意到,有关于日本核反应事故释出了放射性污染物的消息,打着ARS标识与名义在流传。我们希望澄清:这些消息并非源自ARS,ARS与此类错误信息无关。[1]

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世纪末,科学界正在为物质放射性的发现欢欣鼓舞,却没有人注意到它可能带来的巨大危害。直到
1896 年,传奇发明家特斯拉(Nikola Tesla)故意把手指放在 X 光下,才发现 X
光竟能产生灼伤。放射性物质对基因的影响,则更是到了 1927 年才被发现。

目前在网上有网友自己购买了X-γ辐射剂量巡检仪,并对所在地的辐射环境进行了监测,首先,让我们表扬一下这种“风吹鸡蛋壳,财去人安乐”的科研精神,但是这台辐射剂量巡检仪真的能测出日本的辐射对我们有没有影响吗?

图片 1

早期人们用“伦琴”(röntgen)这个单位来衡量放射性物质的照射量大小,这个单位通常简记作
R。这是为了纪念发现 X 射线的德国物理学家伦琴(Wilhelm
Röntgen)而设立的单位。1 伦琴就是在一个标准大气压下,在 0 摄氏度 1
立方厘米的空气中造成 1 静电单位的正负离子所需要的照射量。

图片 2

目前,谣言粉碎机调查员也未能确认这张图片的实际作者。不过,从网络信息来看,这张图最早出现和传播于美国。由于图上显示日本泄露的辐射物十天内就会抵达美洲西海岸。加拿大和美国人都颇为惊恐。根据图上的标注,届时美加西海岸的放射性可达到750
rads,而日本本土的放射性更高达3000rads。

不过,伦琴这个单位只能表示辐射量的大小,并不能反映生物组织吸收辐射的情况。为了更准确地量化人体遭受有害辐射的严重程度,人们提出了“吸收剂量”(absorbed
dose)的概念,即每千克人体组织吸收辐射的能量大小。

【网友发布的监测数据的图片,图中可以看出,这次监测的数值为0.25μSv/h,使用的仪器为DH8000智能化X-γ辐射仪。】

那么,rad(拉德)是什么呢?这是个吸收剂量的单位,描述的是物体吸收了多少辐射能量。我们最近常常在新闻看到的单位Sv(希伏),则是剂量当量的单位,用以描述辐射对人体的伤害。1rad相当于1千克物质吸收0.01焦耳的辐射能量;1Sv则相当于1千克物质受到1焦耳辐射能量的伤害。简单转换一下,1Sv就相当于100rad。不过,实际上吸收的辐射能量不等于造成伤害的能量,所以rad转换成Sv时,需要乘上辐射权重因数。这个因数会因辐射种类的变化而变化,一般在1到20之间。即使将这个因数设置为最小的1,那么图中所示的3000rads也相当于30Sv,也就是30000
mSv。

但是,不同的辐射源对人体的伤害效果是不一样的。对于每一千克的人体组织来说,吸收
1 焦耳的 α 射线,其杀伤力远远高于吸收 1 焦耳的 X
光辐射。为此,科学家们又专门定义了一种叫做“当量剂量”(equivalent
dose)的物理量,让不同类辐射的杀伤力之间可以进行公平的比较。

DH8000智能化X-γ辐射仪制造商为上海仁机仪器仪表有限公司,是一家专门做辐射类监测仪器的企业。图中监测所用到的这台仪器,根据厂家提供的资料,使用的是Ф30
mm×25 mm的NaI(TL)探测器,剂量率的测量范围为 0.01~500.00
µSv/h,所响应的能量范围为40 kev~3 Mev。

按照图上所示,假设日本本土这30000mSv是这三天中积累的剂量当量,那么简单计算可知,每小时的剂量当量平均是30000÷3÷24=416.7mSv/hr。

和吸收剂量一样,当量剂量的单位也是焦耳每千克,区别在于当量剂量要在吸收剂量的基础上乘上辐射权重因数。不同性质的辐射,辐射权重因数是不一样的。X
射线、伽马射线的辐射权重因数都是 1;对人体破坏力极强的 α
射线,辐射权重因数则高达
20。核泄漏将会引发多种类型的辐射,没有一个确定的辐射权重因数,我们通常也就取
1 了。

NaI(TL)是一般的γ谱仪分析仪器所采用的,计数效率高,但是能量分辨率较差,一般这样的仪器会用于监测已知能量的射线,比如,医院的加速器机房外的辐射,工业用的X射线探伤室外的辐射剂量。

问题是,根据报道可知,福岛1号机组爆炸时,附近侦测到的数据是1.015mSv/hr,仅仅是这个数值的零头,而且这个1.015mSv/hr的辐射迅速消减。事实上,在过去的几天中,根据日本原子能安全院(NISA)提供的资料,侦测到的数值绝大多数时候是远远低于这个数值的。

为了区别吸收剂量和当量剂量两种单位相同但意义不同的物理量,科学界给这两种单位安上了不同的名字。为了纪念英国物理学家戈瑞(Louis
Harold Gray),我们把吸收剂量的单位记作“戈瑞”(gray),简称“戈”,用符号
Gy 来表示。每小时 1
戈瑞的辐射,就表示暴露在此辐射下每千克人体组织每小时吸收 1
焦耳的能量。为了纪念瑞典物理学家西弗(Rolf
Sievert),我们把当量剂量的单位记作“西弗”(sievert,也译作“希伏”、“希沃特”),用符号
Sv
来表示。两位物理学家都曾系统研究过辐射对生物的影响,对放射生物学都作出了杰出的贡献。

而这台设备的检测下限为0.01
µSv/h,这个下限和我们日常生活中的环境辐射相较又如何呢?

国际原子能机构《核或放射紧急情况的应急准备与响应》中提及,0.1mSv在某些国家就被认为是应该进行临时撤离的水平,在0.5mSv的可防止剂量下撤离属于“完全合理”。[4]可以想象,假如美加西岸在10天内会达到7500mSv的辐射剂量,现在美加政府的第一件事,就是撤离沿岸居民。

下面这些事实或许可以直观地告诉你,西弗到底是一个什么概念:吸收 1
西弗的辐射会让人感到恶心欲吐,2 到 5 西弗会引起脱发、出血,超过 6
西弗的剂量就很难存活了,超过 8 西弗后死亡率就达到 100%
了。可见,西弗是一个很大的单位,因此在实际使用时,我们通常用“毫西弗”这个单位,用
mSv 表示。两者的换算关系是,1 毫西弗等于 0.001
西弗。有时“毫西弗”也太大了,接受一次 X
光检查也才零点几个毫西弗。因此,我们偶尔也会用到“微西弗”这个单位,用 μSv
来表示。1 微西弗等于 0.001
毫西弗。正常人一年里接受的电视辐射大约就是几个微西弗。

天然环境的辐射本底值约多少

这几天新闻中大家估计已经多次听说希沃特(Sv)、毫希沃特(mSv)、微希沃特(µSv)等一堆辐射当量剂量单位,它们的具体含义和换算请看这里。
辐射环境监测站发布的数据的单位通常会用另一个单位:戈瑞(Gy)。

Gy和Sv的关系如何呢?简单来说,如果不考虑人体对剂量的吸收需要考虑的权重因子,Gy(比释动能)到Sv(当量剂量)可以简化考虑成:

1 Gy = 1 Sv

而要讨论平常环境中的辐射本底,它又有一个更小的常用单位——纳戈瑞(nGy),即10-9
Gy。所以,1“微希”相当于:

1 µSv = 1 µGy = 1000 nGy

回到原题,对这个网友测出的数据,我们撇开数据的有效性准确性不说,单说这个数据,0.25
μGy/h,它相当于250 nGy/h,这个数值是个什么水平呢?

我找了一些有出处的数据作为例子,供大家对比:

江苏省放射性环境γ本底水平: (单位:nGy/h)

  原野 道路 建筑物内
范围 33.1~ 72.6 18.1~ 102.3 50.7~ 129.4
均值 50.4 47.1 89.2

广东省放射性环境γ本底水平: (单位:nGy/h)

地区

原野

道路

建筑物内

范围

均值

范围

均值

范围

均值

韶关市

49.4~184.6

101.0

48.5~241.7

96.5

77.4~338.3

145.9

广东省

17.7~193.1

85.3

26.9~178.8

91.0

35.3~338.3

133.9

【数据来源:原国家环保总局《中国环境天然放射性水平》(1995年8月)】

网友所用的那台仪器,并不适合进行辐射本底的测量,它能较好的响应较高能量的X射线和γ射线。但对于较小的本底辐射,它并不能准确的测量,图中所示的监测数据与实际情况相比应该是偏高的。不过就算真的测到250
nGy/h,也是属于正常的数值。

而现在美加的反应又如何呢?美国俄勒冈州(位于美国西海岸)政府已经对民众宣布,日本核泄漏目前并无污染美国本土之虞。美国能源部的新闻秘书Stephanie
Mueller则说:“并无任何迹象显示日本事故中泄露的任何物质有潜在可能对美国本土造成任何有意义的影响。”俄勒冈州研究反应堆安全的核能教授Brian
Woods也认为,周六的爆炸与切尔诺贝利事故状况完全不同,他认为即使有放射性物质能抵达3000英里(约4800千米)之外的美国,届时放射性也将是微不足道的。[5]

戈瑞和西弗都是国际单位制的导出单位,属于国际标准单位。吸收剂量和当量剂量还有一些非国际标准的单位。吸收剂量有时也用“拉德”(rad)这一单位,1
拉德表示每千克人体组织吸收 0.01 焦耳的能量,也就是说 1 拉德等于 0.01
戈瑞。在数值上,1 伦琴大致就等于 1
拉德。在拉德的基础上乘以辐射权重因数,就能得到一个对应的当量剂量单位,通常被称作“人体伦琴当量”(Röntgen
equivalent man),英文里简称“雷姆”(rem)。自然地,1 雷姆也就等于 0.01
西弗了。

有些地方确实辐射本底偏高

人生活在地球上,无时无刻不在接受辐射的照射,宇宙射线、宇生放射性核素、原生放射性核素等等天然辐射对人类每一年的平均的年有效剂量是2.4
mSv/年,主要以吸入建筑物内常见的放射性气体氡222Rn为主(1.6
mSv/年),这个数值是联合国原子辐射效应科学委员会(UNSCEAR)统计出来的平均数值。此外坐飞机也会受到辐射照射,一般北京飞广州,2个半小时,受到的剂量约在7
μSv/次。如果是烟瘾大的人,一天抽一包烟,一年下来受到的剂量在0.5~1
mSv/a。

在世界上有很多高本底地区,根据UNSCEAR数据,巴西沿海地区的海滩的本底水平在90~90000
nGy/h之间,法国西南产铀矿,本底水平在10~10000
nGy/h之间,中国阳江产独居石矿,平均本底水平在370
nGy/h,埃及产独居石矿的地区的本底水平最高可达到20400
nGy/h,意大利有个地方叫奥维多,平均本底在560
nGy/h。还有福建的山区,某些地方本底也很高。四川有个降扎温泉,室外本底最高能测到6900
nGy/h。

芬兰、瑞士、瑞典等也是高本底地区,这些地区的人收到的辐射的年有效剂量就比2.4
mSv/年高很多,比如芬兰,接近8
mSv/年(全部都以氡引起的辐射为主),还有印度,因为也产独居石矿,某些地区的年受照剂量会达到28
mSv/年。

加拿大的媒体同样进行了辟谣。他们报导了美国华盛顿州卫生局的类似声明,加拿大英属哥伦比亚大学的核物理学家David
Measday也表示,即使大规模的核心熔毁发生,放射性随着距离也消散得极快,对千里之外的温哥华不可能造成严重威胁。[6]

 

日本环境辐射监测数据知多少

图片 3

【日本昨天公布的监测数据值,大家注意单位是μGy/h(1 μGy/h=1000
nGy/h)。】

东京、崎玉不是高本底地区,这个监测值明显偏高,这是由于福岛核电事故影响造成的。目前在网上盛传的一个福岛核电400
mSv的监测值,IAEA(国际原子能机构)指出,这个值的监测点位于福岛第一核电3、4号机组之间,是一个“特定时间特定点”的值,准确的说,这个值应该表述为400
mGy/h,这是一个瞬间值,并不是说一直都是这个剂量,也不是说所有的人都会受到这个辐射的影响,就算不考虑建筑物的屏蔽,这个值要算成人的受照剂量(就是人吸收多少剂量,对人影响多少量),是要乘以人在这个剂量下暴露的时间,还要除以距离的平方。

至于中国的情况。考虑到日本方面为核电站周边地区的人员疏散半径设置为20千米,虽然3号机组也发生了氢气爆炸,但总体上仍处于控制之中。因此,我们认为该事件在目前的情况下不会对中国本土造成实质性影响。公众也不必因为担心核辐射而感到恐慌。

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可靠的辐射监测数据从哪里来

日本核电事故之后,中国环保厅、各地环保局均有公布空气吸收剂量率、气溶胶等等的本底监测数据,在国家环保部的网站上都可以查询到,如果大家对环保部门公布出来的数据存疑,觉得要自己测才放心,可以去购买专门用于测量本底空气吸收剂量率的仪器(一般的检测下限会在0.1
nGy/h,但是价钱会贵不少,进口的要二十来万,德国做的蛮好的;气溶胶和悬浮物等的监测个人要做的话代价太大,采样很麻烦,设备也很贵)来进行监测,然后再和官方公布出来的数据对比一下。

目前在日本原子能安全院、国际原子能机构的网站上会及时更新关于日本福岛核电的现状,请大家以这些资讯为主,不要随意的相信一些没有根据的谣言,当然也不能放松警惕。

最后希望日本能妥善处理这次事故,今天上午福岛第一核电的乏燃料贮存池也烧起来了,不过这会已经灭了,希望能把影响控制在最小。希望世界和平,家国平安。

图片来源: DH8000智能化X-γ辐射仪 孙进 / 新浪微博;昨日下午日本环境辐射监测数据 yoyo横滨 / 新浪微博

 

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(本文的另一版本发表于科学松鼠会)

结论:谣言破解。
这幅图冒用了澳大利亚辐射服务的名义,但其真正制图者不明。图上的数据被夸大到了骇人听闻的程度。美国加拿大等地的官方消息都认为日本的核泄漏不可能对远距离处造成很大影响。

附新浪微博上流传的新闻图片

图片 4

 

图片 5

 

图片 6

 

图片 7

 

特别鸣谢:
铁公鸡zq、landlord、李牧、E_占楼党死一户口本、按怎阮滴命运会卡衰
、卑劣的下岗君

参考资料:

[1] ARS

[2] Global Radiation
Patterns

[4]
国际原子能机构-《核或放射紧急情况的应急准备与响应》

[3]
《辐射伤害知多少(上)》沐右

[5] Oregon officials say no public health risk to state from Japan
nuclear
emergency

[6] CBCnews-West Coast not at risk of
fallout

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