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什么?烧个蜂窝煤、液化气也会有辐射?

作者:李金凤(可道|全球理事)

 

提到辐射,吃瓜群众们可能会最先想到核电站。但是你造吗?其实,煤、石油、天然气燃烧也会产生辐射影响。

 

1. 家用燃料:蜂窝煤、液化气

(图片来源:网络)

 

咚咚咚,敲黑板——没时间听解释赶着上车的同学请注意,以下为重点:

1. 自然界中天然存在着很多放射性物质,煤、石油、天然气等化石燃料都是从地下开采出来的,所以这些原料本身就含有各种各样的放射性核素。

2.  所有化石燃料开采、加工和高温燃烧过程中,一些以气态或颗粒物形态存在的放射性物质(比如氡气)就会进入大气中,对周围产生辐射影响。

3. 煤循环对全球公众和工作人员的辐射影响最大其次是核燃料循环、地热能、天然气、石油。

 

吃瓜群众:好像虽然认识每一个字,却又没看懂说的什么……)

不要着急,下面就让我们细细讨论下化石燃料的辐射影响吧。

 

1.天然辐射就像空气一样无处不在!

煤、石油和天然气,明明和辐射八竿子都打不着呀,为什么也会产生辐射呢?

这是因为自然界天然存在着很多放射性物质,它们能够自发放射出αβγ射线。

 

α、β、γ射线及其防护

2. αβγ射线的穿透能力示意图

(图片来源:网络)

 

人类所受到的天然辐射的平均剂量约为一年2.4 毫希沃特(写作2.4 mSv1希沃特等于1/千克),其中氡及其子体的贡献最大约占52%)

(吃瓜群众:那为什么我感觉不到捏?)

当然了,生活在其中的我们是感觉不到这些辐射的,只要不超标,这些辐射也不会影响大家的健康。但是

 

3. 人类一年所受到的天然辐射(mSv

(制图:李金凤)

但是,一些大规模的工业活动可以改变环境中天然放射性物质的分布,使局部地区的天然辐射水平增高,从而导致某些人群和生物受到高于正常本底的辐射照射。

那么,这些工业活动都包括哪些呢?

各个国家的情况有所不同——国际原子能机构根据工人受照剂量需要监管控制的必要性高低,列举了11种主要的工业类型,其中就包括本文提到的石油和天然气的开采、燃煤工业。

 

4. 产生天然辐射影响的主要工业类型

(制图:李金凤)

 

2. 化石燃料产生的辐射又是如何影响我们的呢?

在化石燃料的开采、加工和高温燃烧的过程中,天然放射性物质释放到大气中,沉降到水体里,进入农作物和动物体内,通过空气浸没、吸入、食入等不同途径进入人体,对人体造成伤害。

 

5. 放射性物质释放到环境中的照射途径

(图片来源:参考文献[2],李金凤翻译)

 

煤、石油和天然气的辐射影响主要来自于氡这种放射性物质。

吃瓜群众:氡是个什么东东?)

化学帝:就是元素周期表惰性气体那列中最下面那个。)

 

6. 氡在元素周期表中的位置

(图片来源:网络)

 

那么氡又是如何产生的呢?

氡主要由地壳中的天然放射性核素铀衰变而来,大家都知道铀可以被用来做原子弹铀及其子体在地壳中无所不在,且半衰期很长(成千上亿年),所以氡会源源不断地产生出来!

 

7. 氡的生成

(制图:李金凤)

 

再加上氡是气体且微溶于水,所以迁移能力很强,在各种介质中都跑得很快,因此氡及其子体广泛存在于土壤、岩石、水体和空气中。

 

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8. 氡在土壤、岩石、水体、空气中的迁移

(图片来源:网络)

 

3. 如何评价不同能源发电产生的辐射影响呢?(对方法学不感兴趣的同学们可以略过此部分)

 

吃瓜群众:既然煤、石油、天然气也都可以用来发电,那么它们是不是也和核能发电一样会产生辐射呢?)

答案是肯定的。

2016年联合国原子辐射效应科学委员会(UNSCEAR)向联合国大会提交的研究报告比较了核能、煤、石油和天然气燃烧、地热能、风能和太阳能的辐射影响。因为核能和煤燃这两种发电技术的调查更为详细,数据更全面,因此这篇报告还从生命周期的角度对这两种能源的辐射影响进行了评价。

核能生命周期放射性排放源包括铀矿开采、冶炼和尾矿、核电厂运行和后处理活动。

煤燃烧有关的生命周期的源包括煤开采、燃煤电厂运行、煤灰渣。燃煤电厂按照现代电厂和老式电厂分别进行评价,因为现代电厂的除尘效率更高。

 

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9. 核电厂和火电厂发电过程的比较

(图片来源:网络)

   在这里,不同发电能源对公众造成的辐射影响是用连续常规排放条件夏的个人剂量和集体剂量进行评价的。

   个人剂量是指一个生活在排放点周围区域的人所受的剂量,单位是Sv/a。集体剂量是指在特定时间内群体成员受到的剂量总和,单位是人Sv/a

吃瓜群众:我知道了!个人剂量就是游戏里我自己受到的伤害,集体剂量就是我和队友们受到的伤害总和。)

 此外,还可以比较不同发电技术单位发电量(千兆瓦,GW)产生的个人剂量和集体剂量。

 对不同发电技术导致的职业照射的评价,则主要采用工作人员所受照射的剂量记录数据,比如工作人员在工作期间佩戴的测量剂量的仪表中的数据。

 这篇报告选取的基准年是2010年,全球总发电量为2452 GWa,其中,煤电所占比例最高,达到40%,其次是天然气、水力发电和核能。

 

10. 2010年全球不同技术的发电量所占的比例

(图片来源:参考文献[2],李金凤翻译)

 

那么我们就来看看联合国原子辐射效应科学委员会这个权威机构的评价结果吧——

 

4. 不管是对公众还是工作人员的辐射影响,煤电都是老大哥!

1)对公众的辐射影响

全球发电排放造成的公众集体剂量中,煤循环(现代电厂的排放)的贡献超过一半,而核燃料循环的贡献小于五分之一。

 

11. 2010年不同发电技术的公众集体剂量(人·Sv

(制图:李金凤)

 

吃瓜群众:这个一定是因为世界上燃煤电厂太多吧。)

煤循环造成的剂量来自煤矿开采、燃煤电厂煤燃烧、煤灰渣天然放射性核素的排放(主要是氡及其子体)。

核燃料循环对全球造成的公众照射中有一半左右来自铀矿开采和冶炼活动的天然放射性核素排放。 

需要说明的是,尽管氡及其子体在核燃料循环和煤循环的公众集体剂量中的贡献相对较大,但是相应的个人剂量与公众在家中吸入氡及其子体受到的天然照射相比还是比较小的。

在正常运行的情况下,煤循环单位发电量的集体剂量高于核燃料循环,显著高于除了地热发电以外的其他技术单位发电量的剂量。

 

12. 核电链、煤电链、天然气发电、地热发电的归一化集体剂量比较

(图片来源:参考文献[2],李金凤翻译)

 

基于目前有限的关于地热发电厂氡释放的数据,地热发电单位发电量的集体剂量是很可观的。但是因为地热技术并未广泛使用,对全球公众辐射照射的贡献小于煤循环。

吃瓜群众:这肯定是因为地热能的发电效率没有核能高。)

 

地热能发电.png

13. 地热能发电

(图片来源:网络)

 

这篇报告也评价了严重核事故对全球人口的集体剂量,切尔诺贝利核电站和福岛第一核电站事故比典型发电技术常规运行一年对全球人口造成的集体剂量高几个数量级。与常规运行相比,事故对本地公众造成的剂量更大。

 

14. 严重核事故造成的公众集体剂量

(制图:李金凤)

 

那么与核事故相似,石油和天然气的爆炸事故是否也会产生比正常运行更大的辐射影响呢?答案是肯定的。但是目前这方面的研究还很少,还没有系统的定量分析结果。

 

Figure/2010年7月16日大连新港附近的输油管道爆炸.jpg

15. 2010716日大连新港输油管道爆炸

(图片来源:网络)

 

吃瓜群众甲:我知道了,核电站就像笼子里的老虎,在动物园里的话对周围居民是没有伤害的,但是一旦跑了出来,就还是挺危险的了。)

吃瓜群众乙:按你这么说,燃煤电厂就是家养的大型犬了,算起来每年被狗咬伤的人肯定比被老虎咬的多呀。)

吃瓜群众丙:……)

 

2)对工作人员的辐射影响

发电技术对工作人员造成的最大的归一化集体剂量来自煤矿开采。而且,在所有评价的各类公众和工作人员的集体剂量中,煤矿开采工人受到的照射都是最大的,尽管由于开采条件的改善,近年来剂量已经有所下降。

考虑到发电技术的建造阶段,到现在为止,太阳能循环单位发电量对工作人员造成的集体剂量最大,其次是风能循环。这是因为这些技术都需要使用大量的稀土金属,工作人员在矿产品的开采过程中会受到天然放射性物质的照射。

吃瓜群众:想不到呀,居然最大的是太阳能。)

 

16. 矿物开采和加工的建造阶段所致职业照射归一化集体剂量比较

(制图:李金凤)

 

3)对公众和工作人员造成的总的辐射影响

根据2010年的发电量进行评价,煤循环对全球公众和工作人员的集体剂量最大,远高于核燃料循环,其次是地热能、天然气、石油。

 

17. 不同发电技术的辐射影响

(制图:李金凤)

 

5. 我国煤电对公众造成的辐射影响也超过了核电

我国已系统地开展了核燃料循环的辐射水平评价研究。核燃料循环设施放射性所致公众归一化集体剂量为:

1996-2000年:1.88·Sv/GWa

2001-2005年:1.16·Sv/GWa

此前一些研究对燃煤电厂发电所致的归一化集体剂量评价结果为:

20世纪90年代:54·Sv/GWa

2000年初期:16.5·Sv/GWa,其中石煤电厂的辐射影响可以达到7.0×103·Sv/GWa

从这些数据可以看出,我国煤电对公众的辐射影响也超过了核电

 

最近十多年来,我国核电和燃煤发电技术有了新的发展,排放标准更加严格,燃煤电厂除尘、脱硫、脱硝设施的安装比例和去除效率也大大提高,预计核电和煤电的辐射照射水平会比2000年初期有所降低。 

为了控制矿产资源的辐射影响,我国环境保护部于2013发布了《矿产资源开发利用辐射环境监督管理名录(第一批)》,其中就包括稀土、石煤

 

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18. 我国矿产资源开发辐射环境监督管理名录(第一批)

(图片来源:网络)

 

总体来说,我们国家对电力行业的辐射影响的系统研究还比较少,特别是石油、天然气、地热能、风能、太阳能、生物质能等还有待于开展大量的现场调查和实验研究进行数据支撑。

希望这篇文章能够提供给大家一个对比不同发电技术的新视角。

我想强调的是,辐射无处不在,我们既不能过于畏惧核电站的辐射,也不能忽视其他能源的辐射,对于超标的发电技术都进行严格的监管才能更好地保护大家!

如果你对于辐射还有什么疑问,也欢迎留言与我们讨论。

吃瓜群众:看完了,咦,我的瓜呢?)

 

参考文献:

[1] IAEA. Assessing the need for radiation protection measures in work involving minerals and raw materials, Safety report series No. 49. IAEA, Vienna , 2006.

[2] UNSCEAR. Sources, Effects and Risks of Ionizing Radiation. UNSCEAR 2016 Report to the General Assembly with Scientific Annexes A, B, C and D. United Nations Scientific Committee on the Effects of Atomic Radiation. United Nations Publication Sales No. E.17.IX.1. United Nations, New York , 2017.

[3] 潘自强, 刘森林. 中国辐射水平. 北京: 原子能出版社, 2010.

[4] 潘自强. 燃煤排放物中有害物质的测定与分析. 北京: 原子能出版社, 1993.

[5] 李瑞香, 刘新华, 姜希文, 夏益华. 我国燃煤电厂气载流出物的辐射影响. 辐射防护, 1990. 10(1): 30.

[6] 姜子英, 刘森林, 程建平, 潘自强. 燃煤电厂的气载放射性排放及其辐射影响. 辐射防护, 2008. 28(5): 257-261, 266.

[7] 环境保护部. 关于发布《矿产资源开发利用辐射环境监督管理名录(第一批)》的通知, 环办[2013]12, 2017-02-04, http://www.zhb.gov.cn/gkml/hbb/bgt/201302/t20130207_248038.htm

 

文章仅代表作者个人观点


作者简介:

李金凤:北京大学环境科学博士,现任中国原子能科学研究院副研究员。

责任编辑:常雪羽

 

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