HCSSA分享 | 文章：日本核电站排水困局的解决之道

作者：陆兴岐

2023年9月22日

日本政府在2021年四月，根据污染水处理委员会报告（ALPS报告）^【注1】决定将处理过的福岛第一核电站污水排入海洋，周围国家和人民出于对安全的关心，深表忧虑，反对匆忙执行，但日方基于国际原子能组织（IAEA）^【注2】 在今年作出的报告，认为此举符合由国际放射防护委员会（ICRP）^【注2】制定的安全标准，坚持己见，已在最近（2023/8/24）启动了这个排水程序。目前各方针对这个问题，各执一词，有陷入不断升温的长期困局之虞。

    本文基于国际组织的大量报告，回顾展望福岛事故的全过程，从国际公认的放射性防护原则及现有的科学认知出发，认为： 1)，自2011年以来，福岛电站发生了一系列严重的放射性泄漏事件，史无前例的巨量放射性物质流入了海洋。目前的排海，只是这一系列问题中的一个；且由于污染源还在，不可控的事件在未来很长时间内仍可能继续发生。但ALPS和IAEA的有关报告，以及目前的讨论，都局限于排海事件， 似乎这是一个孤立的问题，因而陷入了严重的误区。正确的做法应该将这一系列事件及未来的发展进行全盘的评估。具体地说，对这种长时期、低剂量、涉及数以亿计人口的放射事故，应采用剂量累积的概念进行评估。2)，放射性防护的基本三原则是，“正当性”,  “最优化”“和 “剂量限制”。此为世界各国所公认， 理应得到尊重和严格执行。但是，在排海方案的决策过程中，关键之处均有悖于此基本原则。 

    因此，日本的排海决定缺乏科学和道德的正当性，势必给其国家声誉带来长期的负面影响。作为一个成熟负责任的国家，明智的做法是采取断然措施，改变现有的决定，停止排海，研究并实施“注入地层”方案，以解决这个问题。这样做，才能赢得各国人民的尊重和赞扬，是对日本，也是对世界最为有利的解决之道。

    如何安置这些“处理水”,  是目前各界讨论的重点。但这只是 一系列问题中的一个。 实际上，除了初期的大规模泄漏，  此后还发生过多起“不可控”事件， 譬如，周围被高度污染了的表层泥土，被采掘起来以后，装在塑料口袋里，然而2019年的一次超大台风（Hagibis）就将几百个口袋卷入海中。 根本的问题还在于，厂房里至今仍留着数百吨情况不明的核燃料，也就是污染源，在最后解决这个源头， 使核电站退役之前，各种“不可控”事件都还可能发生。

    这些“处理水”,  是一个亟待解决的问题。这些含有放射性氚的大量积累，被认为对该地区特别是工作人员的安全造成重大的隐患；同时清理这些水，也是将核电站退役，并最后清场的必要一步。为此，日本分别于2013 和2017年，成立了两个由政府之外的专家构成的组织 ，即氚化水工作组 和 污染水处理（ALPS）委员会，负责解决这个问题。  自2013年以来，IAEA 一直担任评审的工作（Review Mission），并提供指导意见（advisory comments）。

    污染水处理委员会与氚化水工作组于2020年2月提交了他们的报告 (本文中简称ALPS报告)。结论是:   ALPS液体处理系统，能够把被污染水中除氚以外的62种放射性同位素有效清除^【注5】。 这些“处理水”，虽然含有氚 ，但在经过稀释以后能够符合国际的排海标准，建议日本政府批准排海。

    2023 年，IAEA提交了自己的报告（请查阅文末的参考文献）。 该报告说，审阅了ALPS大量的文件，日方规定“处理水”必须稀释到氚低于1500 Bq/L, 才能排放，每年氚的总的排放量不超过22 TBq^【注4】；对人的剂量的标志目标值为每年0.05 mSv ， 而且东电的估计是，将来的结果会远低于此。 关于此项决定是否经过“最优化” （Optimization）的问题，日本核管理局（NRA, Japan）的回答是：每年0.05 mSv的标准低于IAEA 所设定每年0.1 - 1 mSv 的要求，因而最优化了。 IAEA从而认为，日本的做法符合国际的安全标准，所计划采取的措施，将使产生的放射性对人群和环境的影响，达到可以“忽视”的程度。但同时又强调 放水是日本政府的国家决定，他们既不建议也不认可。

    值得注意的是，无论在ALPS报告还是AIEA的报告中， 都只限于“处理水”， 而没有任何关于已经泄漏了的放射性物质的规模数量及其可能造成的危害的讨论。无视剂量累积这一概念 （详见第二，三节）， 似乎排海是一个孤立事件，因而得出其效应可以“忽视”的结论。 至少在一定程度上，这种做法误导了日本政府和公众，以及世界舆论。 

现在我们来看，福岛事故中到底已经泄漏了多少放射性物质。 这在上述ALPS和 IAEA两份报告中无从得知，但作为负责放射性安全的主要的国际组织， 联合国放射效应科学委员会 (UNSCEAR) ^【注2】，在他们的2013和2021-2022年两次报告中， 详尽地收集分析了所有可能得到的资料数据（请查阅文末参考文献）， 当然由于客观原因，测量数据很不完整， 很多地方得用模型来弥补。

    事故虽然由天灾而起， 且六个反应堆都属于有安全隐患的第二代设计（致命的缺陷是没有被动冷却系统），但是根据“核子与 粒子物理年鉴” 2020年关于福岛事件教训的报告（请查阅文末参考文献），当时的日本从上到下对可能的核电事故没有任何心理准备，技术上的预防和应急准备更是令人绝望的不足（“hopelessly insufficient”），这大大加剧了事故的严重性。譬如电站没有可靠的后备电源，否则核电灾难或可避免；同时，又失去了许多记录放射性物质泄露的原始数据的机会，事故发生后，所有的放射测量装置，除了一台以外其他全部失效；同时也没有任何手段能预测接着可能发生的情况。

    从3月12日爆炸开始的第1周内，向空气排放的放射性中的大部分已经被释放了，由于测量资料的严重缺乏，排放数据在很大程度上是根据模型来填补的。本文只关注銫137（¹³⁷Cs），碘131（¹³¹I），和氚(³H) 三种同位素^【注5】，前二者构成了最大的辐射量。据估计銫137和碘131的排放总量分别达到6~20 PBq，和100 ~ 500 PBq^【注4】，（而这只占燃料容噐中銫137总量的1~3% 和 碘131总量的2~8%， 意味着绝大部分至今还留在破损了的容器中）。大约20%进入大气层的銫137最后沉积在日本土地上，大部分沉降到太平洋中。

    另一方面， 从反应堆容器里流出的被高度核污染的水，则不受控地直接流入太平洋，至少持续了一年以上，直到2015年10月以后才完全停止。据UNSCEAR 2020/2021  报告，估计总数达到3 - 6 PBq 的銫137 和10 - 20 PBq 的碘131 直接流入了太平洋。 通过大气层及其他途径 间接进入海洋的，分别达到了 5-11 PBq和 60-100 PBq。 长远来看，还会有60  TBq  銫137从地下渗透入海洋。另外，每年 5-10 TBq 銫137从河流进入海洋， 这些通常发生在很短促的时段内，比如台风或者河流的汛期。至于其他放射性同位素流入海洋的情况，几乎一无所知。 总之，这是巨量的放射性物质流入海洋！

    让我们相比一下历史上其他核灾难对海洋的污染。 1986年发生的契尔诺比利事故中，銫137 在巴尔的克海和黑海中的高峰浓度达到2400 Bq/m³ 。福岛事故在海中引起的高峰数值与之相比，高出了3~4个数量级 （即一千 ~ 一万倍左右）;  轰动一时的1979年美国的三里岛事故对海洋的影响， 则微乎其微，可以忽略不计。 这是一个令人震惊的事实。很不幸，因为福岛电站紧靠海边，使这次事故对海洋的污染，规模空前！

    因为辐射对人的影响，是一个积累的过程中， 所以对长时期、低剂量、郡体性的放射事故，应采用剂量累积的概念，就是要将“累积有效剂量”（Collective Effective Dose）作为评估的依据。UNSCEAR 2020/2021 报告 (Table 10) 对日本不同地区， 不同年龄段的人因为这一事故而受到的这个剂量范围做了一个大致的估计，这应该是指来自外部辐射以及从空气中吸入的同位素产生的内部辐射^【注3】 ，来自海洋食物的辐射没有包括在内。见下表：

    在此基础上，本文做一个对日本国民健康可能影响的非常粗略估计，按照ICRP 92，在低放射情况下，对一个群体而言，每 Sv可能产生0.061 起肿瘤和遗传疾病。 这样，对照表中44 K man-Sv 集体有效剂量这一项，来自外部辐射及从空气中吸入的同位素将在日本国民中产生2684起这样的病变。 

    对邻近国家的影响如何？UNSCEAR非常慎重， 报告仅仅指出，对于居住在日本以外的人群，在第一年里其甲状腺素收到的有效剂量低于0.01 mSv。

    至于这些放射性物质如何在全球海洋里扩散，如何在海床中积累，如何进入陆地和海洋的生物链， 最后进入食物，以至影响到全人类的健康，这是一个极其复杂的问题，UNSCEAR 报告未作评论。但是，报告指出了一个可以用于参考对照的事实：在1950 年代到 1960 年代早期的一系列大气层核武器试验，这些核试验放出的銫 137 在北太平洋中产生的背 景浓度为 1 ~ 2 Bq/m³。 研究报告指出，在试验 结束50年以后， 依然能够直接或间接地找到对人类健康带来负面影响的证据 （请查阅文末的参考文献）。

    对于“处理水”， UNSCEAR 2021-2022报告没有提及，没作任何分析。 估计是因为没有确切的资料，且相比于在“不可控情况下”排出了的巨量放射性同位素，以及还留在反应堆容器里的放射源造成的潜在危险， 这是一个次要的问题。确实，假定“处理水” 能够全部达到ALPS的标准， 其中只剩下了氚，而且能保证三十年内整个过程不发生任何意外，那么人们不必如此担心。 由于氚产生的是低能量的电子，穿透力甚低，区区一张薄纸就能轻松将其阻断！因而危害性低，同时氚的半衰期相对短（12.3年）。这与能产生高能量（高穿透性，高危险性）光子，而且寿命更长的同位素銫137 （半衰期30年）， 不可相提并论^【注5】。

    当然即使是符合标准的“处理水”，也不意味着排海可能造成的影响，可以完全忽略不计。“勿以恶小而为之，勿以善小而不为”。我们在下一节将对此作进一步分析。

    更大的问题来自，鉴于福岛事故中已经发生过的许多“不可控事件“以及仍然存在的严重隐患，人们对未来长达三十年的不确定性，不可控性，有着正当、深刻的担忧。

如上所述，福岛电站发生的不幸灾难性事故，是由自从 2011年以来十几年中发生的一系列事件所组成的，并且还可能在未来数十年中以某种形式继续。 另一方面，辐射对人的影响，是几十年过程中的积累， 特别对数以亿计人口的长期辐照事件，哪怕是很低的强度， 也可能会产生危险的后果。 事实上，科学界 在这方面拥有的数据和认识十分有限， 其中相当一部分的数据还来自78年前在日本原子弹爆炸的结果。公认的一个理论是，放射性会随机地（即按照一定的几率发生，但何时何地，则完全偶然）造成人体DNA的损坏，其长期后果是引起各种癌症及遗传疾病， 发生的几率与所受剂量成严格正比例， 而且这种有害剂量是没有下限的，也就是说，哪怕最小的剂量都有可能产生变异，引起疾病。

    国际放射防护委员会 （ ICRP） 在其近一百年的实践中，总结和完善了三个防护基本原则， 即： “正当性” （Justification）,  “最优化”(Optimization) 和 “剂量限制” (Limitation)， 当然在此背后的核心是人类的道德（请查阅文末的参考文献）。

    “正当性”原则，可以理解成， 除非是不可控的因素，“任何放射性的实际使用，都应该是在权衡其利弊后，总体上对个人和社会带来利益” （ICRP：“A practice involving exposure to radiation should produce sufficient benefit to the exposed individual or to society to offset the radiation detriment it caused”）。 譬如， 医生给某肿瘤患者施以剂量高达50 Sv 的放射性治疗，虽然给病人带来了许多问题，但因为能减轻，甚至有治愈癌症的可能性， 那么这样的放射性治疗就是正当的。另一方面，过度治疗中一次没有必要的X-光检查，尽管放射量极小, 只有0.05 mSv，仅为上例中50 Sv 的百万分之一，也是不正当的。

    回到第二节中的问题，IAEA认为，“受控的排海……为日本和全世界的核电站和核燃料处理系统所通用”。 核电站正常操作中将处理过的废水排入海洋， 是否与福岛事故中的“处理水”排放一回事呢？ 前者是正常操作，后者因自然灾害及处置不当，水直接浸泡核燃料而起，且不可控性将继续存在，常识上，人们就会觉得这是性质不同的两码事；但更加重要的是，核电站排放处理过的带有少量氚的水，以保证正常的操作，其结果是产生了人类所需要的电能，给社会 带来好处，利远远大于弊。所以这种排放是正当的，而福岛“处理水” 排海却缺乏这种“正当性”。两者不能混为一谈！

    在符合“正当性”的条件下，应集中注意于“最优化”。 “最优化”更普遍地被称为ALARA（As Low As reasonably Achievable）原则,  即在合理可能的条件下越低越好。 当然什么叫“合理”这是一个复杂的问题， 不仅有关科学，也牵涉到社会价值取向，经济技术能力和民众的心理。 在下一节中，我们将看到在解决排海的决策过程中，“最优化”原则没有得到贯彻。

    关于“剂量限制”原则，第二节中已经对此作了讨论。UNSCEAR 2020/2021 报告对日本 国民在福岛事故中受到的“累积有效剂量”( 来自外部辐射 以及从空气中吸入的同位素产生的内部辐射，没有包括来自海洋食物的辐射) 作 了估算， 这是对长时期、低剂量的群体性辐射事故作出评估的正确办法。对于事 故中排入海洋的巨量放射物质产生出的累积效果会是什么? 这是一个极其复杂 的问题， 必须慎而又慎 。但要进一步排海，就必须将其列入讨论和考量，不能避 开这个问题。

    另外，ALPS报告中只对人的剂量的标志目标值定为每年0.05 mSv 。ICRP和各国政府作为安全标准，对公众（或专业人士）设制个人的剂量限制。但在牵扯到大量人口的事故中，因为放射性产生的恶性随机事件随着人口的增加而增加，即使是极小的剂量也有可能产生相当严重的后果，因此剂量标准应该更加严格，更加低。但是可以合理地低到什么程度 （即： de minimis dose），才可以忽略不计呢？ 美国放射防护委员会 （NCRP）曾建议为每人每年 0.01 mSv， 在此可作为参考。

    综上所述，作出排海的决定过程，有悖于放射防护基本三原则，因为它缺乏“正当性”、 “最优化”原则没有得到贯彻 （详见下节）、而“剂量限制”的制定值得质疑。

下面让我们具体看一下在解决“处理水”问题上，“最优化”原则的执行情况。

    ALPS研究了五种解决“处理水“的办法 ，分别为，1），注入地层，2），排放入海, 3），蒸气排放，4），氢气排放， 5），埋入地下。其中方法2）, 3）, 4） 都会将 残余的放射性元素排入大气或海洋，都会造成某种国际影响； 方法1）和5）则将”处理水“ 注入合适的地层中， 或者埋在水泥浇铸的地下。

    如果确实如ALPS所言，“处理水”中已经没有其他放射性元素，只剩下低浓度氚，其发射的电子穿透力很弱 （见第二节），那么 按照基本的科学推断，在低居民密度地区， 实施方法1）或5）， 尤其是方法1) ，应该是最佳选择。它对地质及施工的要求不高，譬如可以选用废弃的矿井。对局部环境产生的影响可以忽略不计， 更不会造成任何负面的国际舆论，相反，可以树立一个日本负责任国家的形象。这对官方文件中一直把维护声誉放在特出位置的日本，应该是一个极具吸引力的考量。

    令人费解的是这个办法没有受到ALPS认真的考虑， 反而因为没有现成的“监管标准” (regulatory standard)，以及比较高昂的费用等 —— 相对来讲不难解决的次要问题 —— 放弃了进一步的研究和努力。 使人非常困惑的是关于“技术可行性分析”的两点结论，其一是“假如一个合适的地层不能找到，处理就不能开始 “(“If a suitable geosphere layer cannot be found, the treatment cannot be initiated”),  其二是“没有已经建立起来的监测方法”(“There is no monitoring method established”)。

    有理由认为，被IAEA关于“受控的排海……为日本和全世界的核电站和核燃料处理系统所通用”的错误理念所指导（见第三节），ALPS并没有对“注入地层”的可能性作过认真的研究。

    大量的心理学研究报告指出，核电站事 故不仅造成物质财产和生命的损失，  还恶化公众的情绪和心理健康 （请查阅文末参考文献）。 鉴于福岛事故中已经发生过的许多“不可控事件“以及继续存在着的严重隐患，对未来三十年时间内“排海”中的不确定性，不可控性的担忧， 是完全真实，完全合理的。没有一个谦虚谨慎，明智负责任的政府，会对此视而不见，置若罔闻。在没有详尽研究所有可供选项的情况下作出的这个排海决定，不仅引起部分本国民众的反对， 重创海洋水产业，也损害了和其它国家人民的关系。 特别是排水期长达30年，日本的国际形象将长期受损。 “排海”这一选择看似相对快捷经济， 实则最为昂贵痛苦，真是不智之举!

    日本政府在2021年作出排海的决定时就认识到“这是一个严重的决定，非常担心名誉受损。决心不因ALPS处理水排海的决定遭受进一步的名誉损失，为此，政府将采取一切措施”。笔者理解并尊重日本政府的这种决心。如果日本政府能仔细研究本文的客观分析，认识到排海决定缺乏科学和道德的正当性，那么就应该考虑长远，痛下决心，暂停排海，研究并实施“注入地层”的方法。

2.）鉴于数据的缺乏，人类认知的局限性， 以及不可控因素的存在，对此长时期、低剂量、牵扯到数以亿计人口的放射性泄漏事故，决策部门应采取慎而又慎的态度。辐射防护三基本原则必须得充分尊重和严格执行， 而排海决策上的关键之处有悖于此。因此日本政府目前的决定缺乏科学和道德的正当性。

3.）福岛事故是发生在日本的一个灾难，也是全人类的不幸， 各国人民感同身受，盼望一个妥善合理的解决方法。为了人类的福祉， 为了日本的长远声誉，日本政府应采取断然措施，改变现有的决定，停止排海，研究并实施“注入地层”方案，以解决这个问题。这样做，才能赢得各国人民的尊重和赞扬，是对日本，也是对世界最为有利的解决之道。