饮用水是人类生活和整个生命世界中最重要的和必不可少的物质。对饮用水的安全性考虑要优于公共健康和环境保护, 获得可持续的安全饮用水成为联合国千年发展目标^[1]。由于天然放射性核素的存在, 饮用水放射性水平一直是饮用水质量的重要衡量标准, 根据联合国原子辐射效应科学委员会2000年的报告^[2-3], 从饮用水和食品消费的辐射暴露贡献了大约8%人类的全天然辐射照射。通过饮用水摄入的放射性核素在体内滞留时, 按衰变规律不断释放射线, 形成持续性照射源, 照射源在体内长时间持续作用, 新旧反应或损伤与修复同时并存, 造成靶器官损伤明显, 如骨髓、网状内皮系统、肝、肾、甲状腺等。为确保饮水安全, 控制人体放射性暴露低于0.1 mSv/y, 世界卫生组织(WHO)推荐饮用水放射性水平指导值总α为0.5 Bq/L, 总β为1.0B q/L, 我国也采用此指导值作为生活饮用水卫生标准^[4]。

本文对发现的一处总α超标井水所致居民的年有效剂量进行了估算和卫生学评价。

1 长期摄入某放射性核素所致器官接受剂量当量的推导

假设居民长期摄入某器官中的放射性核素为(μCi/d), 从初始摄入起, 至时刻t, 器官内每天积存量的增加为:

(1)

式中:q_ε(t)-初始沉积后第t天放射性核素在器官中的积存量, μCi;

λ-衰变常数, ;

利用初始条件t=0, q_ε (0)=0, 解方程(1)可得t时刻器官内放射性核素含量为:

(2)

对于不同辐照模式,

(3)

将式(2)代入式(3)积分, 可得器官接受的照射量为

(4)

体内某器官接受的剂量当量为^[5]:

(5)

式中:ε-有效能量, 10⁶eV; m-器官的质量, kg; 3.2 × 10⁹-1 μCi每天的核转变数; 1.6 × 10^-13 - 10⁶eV对应的焦耳数;

再将式(4)代入式(5)得到该器官接受的剂量当量为

(6)

居民每天从水中摄入到某器官的放射性核素量为

(7)

式中:2000-居民每天摄入的水量, cm³/d; C_w -水中放射性核素的浓度, μCi/cm³; f_w-从水中摄入的放射性核素进入器官的分数。

将(7)式代入(6)式, 得出居民从水中摄入放射性核素使器官接受的剂量当量为

(8)

2 总α超标井水所致长期摄入居民的有效年剂量 2.1 某总α放射性超标井水检测及评价

2014~ 2015年, 广西壮族自治区疾病预防控制中心(简称广西区疾控中心)在枯水期与丰水期多次对该井水进行采集检测, 该井水总α放射性始终超过国家饮用水放射性指导值0.5 Bq/L, 范围为0.86~3.05 Bq/L, 均值约为1.68 Bq/L。中国疾控中心辐射防护与核安全所于2015年5月采集该井水1份进行复核检测, 测得总α值为1.7 Bq/L, 并分析出总铀浓度范围值为: (0.02~1.5) μg/L, 总铀未超过世界卫生组织饮用水放射性指导值15μg/L。钍-232的浓度低于0.05 μg/L。镭-226浓度为0.65 Bq/L。

假设井水物性均匀, 中国疾控中心测得总α浓度1.7 Bq/L, 对应²²⁶Ra浓度为0.65 Bq/L, 则推算总α浓度范围0.86~3.05 Bq/L, 对应的²²⁶Ra浓度范围为0.33~1.2 Bq/L, 最大值1.2 Bq/L已超过我国饮用天然矿泉水²²⁶Ra放射性限量指标的^[6]1.1 Bq/L, 也高于我国历史调查饮用水中镭-226含量(1987-1999年卫生部的监测数据公报, 自来水最高值为0.032 Bq/L, 露天水源水最高值为0.047 Bq/L)。

2.2 该井水总α所致居民的有效年剂量

摄入饮用水所致辐射暴露的年有效剂量(AED)可以用来评价公众健康风险^[7-8],

(9)

式中:A-总α活度, Bq/L; V-世界卫生组织推荐成年人年摄入水量^[2], 730 L/a; C-成人摄入总α剂量参数, 3.58 × 10^-4 mSv/Bq;

采用我们检测分析的数据, 该井水总α活度范围为0.86~3.05 Bq/L, 均值1.68 Bq/L, 利用式(9)则可算出AED范围为0.22~0.80 mSv/a, 均值为0.44 mSv/a, 已超过了饮用水剂量指导水平(0.1 mSv/a)。

2.3 该井水中放射性核素所致居民的年有效剂量

水中总α放射性的贡献主要来自U、²³²Th、²²⁶Ra。假设居民质量m=70 kg, 摄入该井水长达50年(t=1.825 ×10⁴), 采用检测数据并进行单位换算。对于²³²Th:1 μg≈4.07 × 10^-3 Bq, 则0.05 μg/L≈2.04 × 10^-4 Bq/L =5.51 × 10^-10 μCi/cm³; 对于U:1 μg≈0.0256 Bq, 则(0.02~1.5) μg/L ≈ (0.51~38.4) × 10^-3 Bq/L= (0.14~10.4) × 10^-10 μCi/cm³; 对于²²⁶Ra:²²⁶Ra浓度范围为(0.33~1.2) Bq/L ≈ (0.09~0.32) × 10^-7 μCi/cm³。有效半衰期T与f_w参照ICRP资料取值^[9-10], 所有参数及利用式(8)计算的结果均列入下表 1。

可以从数据表看出, 居民长期摄入该井水, U和²³²Th所致的内照射剂量微乎其微, 可以忽略不计, 内照射剂量产生主要来源于²²⁶Ra, 有效剂量为0.10~0.35 mSv/a, 也超过了饮用水剂量指导水平0.1 mSv/a。

3 卫生学健康评价

饮用水中总α放射性主要是由镭贡献的。镭是碱土族中的天然放射性核素, 在镭的放射性同位素中, 以²²⁶Ra的放射毒理学意义最大。²²⁶Ra是具有α、β和γ三种射线的辐射源。镭可通过呼吸道、胃肠道、完整皮肤和伤口进入体内, 对人体健康构成危险。²²⁶Ra的有关毒理学情况^[11]:①镭进入血液后, 最初部分处在血浆中, 部分吸附在红细胞表面。镭吸收后到晚期, 机体中的镭95%以上分布在骨骼中, 其中以脊椎骨中滞留量最高, 其次是颌骨和股骨。软组织中仅有微量镭存在, 以肝脏的镭浓度最高。②镭在体内滞留量与进入机体的途径有关, 静脉注入滞留量较多, 吸入次之, 食入时最少。长期滞留在体内的镭所产生的氡, 平均有70%呼出体外, 30%留在体内衰变释放出γ射线。③镭中毒主要表现为外周血象的变化, 消化系统, 骨骼系统和生殖系统的损失。肝、肺、肾和肠道亦有一定程度的损失。镭致机体的随机性效应主要发生在骨骼及其邻近区域, 可引起骨肉瘤。④体内镭可通过呼吸道、肾脏和肠道等途径排除, 其中以肠道排除为主。

该井水中²²⁶Ra的含量较高, 超过了WHO关于饮用水所致辐射的健康效应有关放射性核素浓度的指导水平, 而且²²⁶Ra属于极毒放射性核素, 长期饮用将造成健康危害。

4 结论

一般认为, 水中总α放射性的贡献主要来自^{235, 238}U、²³²Th、²²⁶Ra。地下水在其形成过程中, 可能溶入一定量的天然放射性物质, 因此对于同一地区来说, 井水总放射性水平要高于水源水、地表水、自来水。长期饮用该井水致居民有效年剂量范围为0.22 ~0.80 mSv/a, 均值为0.44 mSv/a, 单一放射性核素²²⁶Ra贡献的年剂量估计为0.10~0.35 mSv/a, 该井水放射性水平超过WHO和我国规定的饮用水剂量指导水平0.1mSv/a, 可能与该局部地域地质结构有关。该井水仅为一户居民饮用, 影响范围有限, 为确保饮水质量和健康利益建议该户居民饮用自来水, 我们将继续加强对该地区饮用水放射性的监测, 开展对公众健康监测与评价。

志谢: 感谢中国疾病预防控制中民心辐射防护与核安全医学所。