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氚生态暴露的辐射剂量风险评估

【摘要】氚是氢的放射性同位素之一，其具备在环境介质中充分参与整体循环和

局部循环的能力，因此进行氚对关键生态要素（植物、陆生动物、水生动物和人

等）的辐射影响评估十分必要。考虑到未来氚排放量的增加以及氚在环境中极强

的迁移能力，氚对生态环境以及人类的健康影响值得关注。笔者从辐射剂量评估

角度，较系统地梳理了环境中的氚所致非人类物种以及通过食物摄入氚所致人类

的辐射剂量估算的相关方法和参数。

【关键词】氚；风险评估；生态环境；辐射剂量

环境中的氚来源于天然氚和人工氚，并以氚气、氚水和有机结合氚（organ

icallyboundtritium，OBT）3种化学形态存在，主要以氚水形式存在[1-2]。

人工氚对环境中的氚来源贡献比例更大，一般认为，核电厂的氚排放是环境中最

大的人工氚来源，核电厂产生的氚通过氚气和氚水形式释放进入环境[3-4]。环

境中的氚能直接与氢进行同位素交换反应，以及与物质发生化学反应，并随着氢

的循环在不同环境介质和生物体内迁移转化[5]，有研究结果表明，环境中的氚

很容易分布在非生物环境中，且具有极强的迁移能力[6-7]。在空气中，由于氚

衰变提供了能量，有氚参与的氢同位素交换反应的速率比无氚反应要快得多，氚

与氧气发生反应，迅速以氚水形式进入生物圈[8]。在土壤中，地表土层可吸收

氚气，通过地表土层无生命转化酶、有生命微生物好气菌以及氚气与水进行同位

素交换反应等3种途径，将氚气转化为氚水[9-10]。在植物中，植物叶片可以吸

收空气中的氚气，将氚气转化为氚水；植物根系可以从土壤中摄取氚水，通过光

合作用将氚水转化为OBT[11]。在生物体中，氚以3种形式存在：组织游离水氚

（tissuefreewatertritium，TFWT）、可交换OBT和不可交换OBT[12]。环

境中的氚可以与水中的氢原子发生交换，参与水的大气循环[13]，并通过水循环

进入生物圈。因此，氚的这些性质使其具备在环境介质中充分参与整体循环和局

部循环的能力。

氚的理化性质与其同位素氢相仿，这使得氚具有可以完整进入不同生物体系

并造成内照射的能力。因此，评估氚对关键生态要素（包括植物、陆生动物、水

生动物和人等）的辐射影响（即风险评估），对生态环境保护而言至关重要。氚

生态风险评估历经长期发展，在当前具备了以下特点：在评估的目标上，从单种

生物逐渐发展到以综合性复杂体系为目标；在评估的技术上，从粗略估计发展到

基于几何和影像技术进行较为精细地模拟建模；在评估的应用层面上，从单纯的

后果预测逐步发展到对排放源头进行更科学的规划。

鉴于辐射效应与辐射剂量的密切关系，本文从辐射剂量评估角度，对环境中

的氚所致非人类物种、食物摄入氚所致人类的辐射剂量估算的相关方法和参数进

行综述。

1环境中的氚致非人类物种的辐射剂量估算

氚是氢的放射性同位素之一，又称超重氢，质量数为3，原子核中含有1个

质子和2个中子。氚的物理半衰期为12.33年，在发射低能β粒子后衰变为稳定

性元素氦（3He）[14]。氚的β粒子平均能量为5.7keV，最大能量为18.6keV，

在空气中最大射程为5mm，在水或软组织中的最大射程为5μm[15]。由于氚发射

的β粒子射程短，在其辐射影响评价中，通常只考虑氚内照射造成的影响。有研

−11

究结果表明，氚水的有效剂量系数为1.8×10Sv/Bq，OBT的有效剂量系数为4.

−11

8×10Sv/Bq；与氚水相比，OBT对生物体造成的危害更为严重[16]。

氚释放到环境中后，经氧化反应和同位素交换反应转化为氚水，并进入自然

界水循环[2]。环境中的氚可通过物理、化学交换和生物转化等方法在自然界中

循环。因此，大气、江河、湖海、土壤、植物和动物体内都存在着氚。

非人类物种的辐射防护是保护生物多样性的关键环节，其中针对非人类物种

的辐射剂量估算是其防护体系中十分重要的环节。目前已有对人体暴露后的辐射

剂量进行量化的明确定义，但对环境中非人类物种所受辐射剂量的量化仍处于发

展阶段。2003年，国际辐射防护委员会（InternationalCommissionofRadio

logicalProtection，ICRP）第91号出版物《评价非人类物种电离辐射影响的

框架》[17]中指出，保证核辐射对非人类物种的危害在安全限值之内是社会对辐

射防护与核安全领域提