第五章廢棄物與有害物污染防治 叄 輻射及其污染防治 一 輻射的本質 輻射是一種以場力 波動或運動粒子所引起的能量傳送, 依照能量高低的不同, 可分為 非游離輻射 與 游離輻射 兩類 ( 一 ) 非游離輻射非游離輻射為能量低, 不會使物質產生游離現象的輻射 若由能量再細分, 又可分成 : 1. 熱效應 : 雖能量弱, 但會使溫度升高 例如, 微波 陽光 2. 無熱效應 : 能量極弱, 不會使溫度升高 例如, 電磁場 無線電波 註 : 電磁場是電場與磁場的合稱, 電磁場具有場能, 會與受作用物質產生場效應 ( 交互作用 ) 電場是由電壓產生, 像受電中的導線或電器設備周圍就會有電場 ; 磁場是由電流產生, 像受電中的導線之周圍就會產生磁場 電磁波之無線電波是由無線電波發射站 ( 俗稱基地台 ) 或使用之手機發射 ; 微波則是由微波爐或暖氣設備所發出 ; 可見光則是由發光體所產生, 例如, 太陽 燈泡 發光二極體等 ( 二 ) 游離輻射游離輻射為能量高, 會使物質產生游離現象的輻射, 其又可分為 : 1. 電磁波輻射 : 如較高能紫外線 X- 射線 γ- 射線等 2. 粒子輻射 : 如 β 射線 α 射線 中子射線等 註 : 一般所謂的 輻射, 若未指名是非游離輻射, 大都當成是具放射性的游離輻射 當不穩定的原子核自動蛻變成穩定的原子核時, 會放出能量, 此能量以電磁波或粒子的動能形態射出時, 常被稱為放射線 ( 或稱輻射線 ) 輻射有四個重要的特性: 1. 放射性蛻變是自發性的反應, 無法以物理或化學的方式改變 2. 輻射若帶有電荷則會受電磁場的影響而偏轉, 射線若不帶電, 則不受影響 3. 輻射強度會隨時間的增加而降低 4. 不同的輻射, 穿透力不同 電磁波型式射線只要一張紙即可擋住, 粒子射線則需混凝土或鉛板才能阻擋 放射性的游離輻射測量與一般不同, 必須利用物質與其發生反應而造成某些後果來間接測量得知 常用的方法有六種 : 1. 使照相底片感光 2. 使氣體或半導體的粒子游離而帶有電荷 3. 使液體或晶體產生光 4. 晶體接受輻射而產生 熱發光 現象 5. 產生熱 6. 發生氧化還原反應 二 輻射的計量 12
( 一 ) 非游離輻射 1. 電場 : 一般是以伏特 米 (V m) 作單位 2. 磁場 : 以特斯拉 (T) 或高斯 (G) 作單位 在量測生活環境中 ( 含變電所周邊 ) 的磁場值時, 因磁場值相當低, 一般都以 1 高斯的 1000 分之 1, 也就是毫高斯 (mg) 為計量單位 3. 電磁波 : 習慣以每平方公分所吸收的功率 (W cm 2 ) 為單位 在實際的量測中因功率單位 ( 瓦特 = 焦耳 秒,W = J sec) 太大, 一般都以 W cm 2 的百萬分之一, 即 μw cm 2 為計算單位 另也有以每公斤吸收多少瓦特的吸收率為單位, 即瓦特 公斤 (W kg) ( 二 ) 游離輻射 常用的輻射單位有 : 1. 活度 (Activity) 活度為一放射性核種於每單位時間內, 產生自發性蛻變的次數 ( 即蛻變率 ) 活度的單位為 貝克, 常用來表示輻射源的強度 1 貝克 (Bq) = 1 蛻變 秒 2. 吸收劑量 (Absorbed dose),d 吸收劑量為物質每單位質量平均吸收的輻射能量 ( 焦耳 ), 吸收劑量之單位為戈雷 1 戈雷 (Gy) = 1 焦耳 公斤 註 : 每小時平均所接受的吸收劑量稱為吸收劑量率, 單位為戈雷 小時 (1) 等效劑量 (Dose equivalent),h T 等效劑量為人體組織的吸收劑量和射質因數的乘積, 用以顯示不同射線的傷害程度, 單位為西弗 (Sv) H T ( 西弗 ) = D( 戈雷 ) Q 不同種類的輻射照射到人體組織, 會產生不同的程度傷害, 所以不同的輻射會有不同的射質因素 Q, 如下表所示 : 輻射種類 類平均射質因數 Q X- 射線 γ 射線 β 粒子 電子 1 中子 質子和靜止質量大於 1 amu 的單電荷粒子 10 粒子和多電荷粒子 20 (2) 有效等效劑量 (Effective dose equivalent),h E 有效等效劑量為各組織器官的等效劑量與其加權因數 W r 的乘積, 用以反映人體各組織器官受傷害的估算, 單位仍為西弗 H E ( 西弗 ) = H T ( 西弗 ) W r = D( 戈雷 ) Q W r 人體各部位受輻射照射後, 因承受能力不同, 產生的傷害也會有不同, 如下表所示之加權因數 W r 值, 用為顯示傷害的差異性 13
器官或組織 ICRP-26 ICRP-60 性線 ( 生殖線 ) 0.25 0.20 紅骨髓 0.12 0.12 結腸 ( 大腸 直腸 ) 0.12 肺 0.12 0.12 胃 0.12 膀胱 0.12 乳腺 0.15 0.05 肝臟 0.05 食道 0.05 甲狀腺 0.03 0.05 皮膚 0.01 骨骼表面 0.03 0.01 其餘部份 0.30 0.05 三 輻射的健康效應 人類生活中所接觸的輻射來源有兩類 : 天然輻射源與人造輻射源 以天然輻射而言, 除非破壞環境生態, 否則人類長期的生續繁衍, 應能適應 茲就已知的天然輻射列述如下 : 1. 非游離輻射天然電場並無發現存在, 而天然磁場即為熟知的地球磁場, 地磁約為 400~600 毫高斯, 對正常人尚無任何不利情事 低能電磁波來源主要為來自太陽的光線, 亦無任何對人不利影響 2. 游離輻射天然游離輻射主要來自於太陽的紫外線 太陽風及地球岩石 紫外線可由大氣平流層中之臭氧吸收, 除非是臭氧層被破壞 ; 而太陽風之電子與質子, 則由地磁吸引偏往地球南北極, 使人類免去浩劫, 在兩極出現的極光, 即是太陽風帶電粒子被吸往兩極時, 擦撞空氣釋出能量的結果 近來發現地球岩石會釋出氡氣, 但只要濃度不高, 即不過度累積應無妨礙 例如, 房屋底層避免破缺裂隙, 可防地層氡氣滲入, 及能讓室內通風良好, 可降低濃度 人造輻射可說是肇因於近代科技文明, 有的已確認有害, 然有的則仍待進一歩確認, 本文以謹慎的心態皆將其列出, 俾助能防範於未然 ( 一 ) 非游離輻射 電磁場人造的電場很容易屏蔽, 如金屬的外殼 鋼筋混凝土等都可以得到相當好的屏蔽效果 電力設備如變壓器 電纜等大多有金屬外殼, 其外面幾乎沒有電場 在研究電磁場 W r 14
對人體健康的影響 ( 流行病學 ), 已將電場排除, 而以磁場為主 磁場幾乎無法屏蔽, 但根據官方的聲明 : 傾向於毋須擔心 例如,1989 年美國勞工部要求輻射研究及政策協調委員會協助評估過去暴露在電磁場影響報告, 並對近 10 年約 1000 篇論文分析整理評估結論, 在已發表文獻中, 沒有可確信證據支持暴露在家電器具 電力線及顯示幕之極低頻磁場會產生健康危害 又美國國家研究委員會於 1996 年 10 月發表之研究報告指出 : 該委員會歷經 17 年針對住宅區電磁場暴露下超過 500 個研究案試驗結果, 電磁場對人體健康不會有不利之影響 然某些流行病學研究懷疑少部分癌症與電磁場有 統計學上的相關性, 但由於病例百分比低, 且致癌因素種類多, 很難排除其他因素, 所得結案, 有些顯示有少許關連性, 有些則又否定其關連性, 故有的科學家對這些研究在設計及解釋上, 仍抱存有很多問題待探討 電磁波 鑑於游離輻射中的光射線 ( 較高能電磁波 ) 確認能造成健康影響下, 較低能電磁波目前被投以較大的關心, 原因為電磁波的能量密度除與輻射源距離有關外, 其與時間因素有關的累積效應也須被考量 ( 此可由輻射的發射或吸收功率瓦特含時間變數看出 ), 即非游離輻射的電磁波雖較低能, 但只要持續累積, 則人體吸收的輻射量仍是相當可觀 現今以寧可信其有的態度普遍認為會造成生物效應, 主要為細胞的傷害 (DNA 斷裂 ) 與體內游離基的增加 ( 二 ) 游離輻射游離輻射對人體的影響, 由以往的事例與研究, 目前已是不爭的事實 當人體接受的輻射劑量達某一程度以上時, 會造成顯著的疾病現象稱為 確定效應, 如下表所示 若是輻射劑量較低時, 引發癌症和病變只是機率存在, 輻射劑量愈高, 機率愈大, 稱為 機率效應 一次劑量 ( 毫西弗 ) 250 以下 250~1,000 1,000~2,000 2,000~4,000 4,000~6,000 確定效應之症狀 無可察覺症狀 可能引起血液中淋巴球的染色體變異 可能發生短期的血球變化 ( 淋巴球 白血球減少 ), 有時有眼結膜炎的發生, 但不致產生機能之影響 有疲倦 噁心 嘔吐現象, 血液中淋巴球及白血球減少後恢復緩慢 24 小時內會噁心 嘔吐, 數週內有脫髮 食慾不振 虛弱, 腹瀉及全身不適等症狀, 可能死亡 與前者相似, 但症狀顯示的較快, 在 2~6 週內死亡率為 50% 6,000 以上若無適當醫護, 死亡率為 100% 另輻射的健康效應又可分為 急性 與 慢性 軀體 與 遺傳, 參閱下表所列 : 15
軀體效應 遺傳效應 急性效應 慢性效應 皮膚發生紅斑骨髓 肺 消化道傷害白血球減少不孕噁心 嘔吐 腹瀉 白內障胎兒之影響等 白血病癌症 遺傳基因突變或染色體變異所發生的各種疾病 確定效應 機率效應 四 輻射的管控 ( 一 ) 非游離輻射 電磁場 目前國際間對電磁場暴露之限制或管制標準, 大部份均沿用國際非游離輻射防護委員會 (ICNIRP) 於 1998 制定之建議值 ICNIRP 不只制定極低頻 (0~300Hz) 之推薦值, 亦制定更高頻率之限制值 在極低頻之範圍,ICNIRP 建議值以頻率 (f) 為變數, 現今各國電力頻率有 50 赫 (Hz) 或 60 赫 (Hz) 之差異, 若引用 ICNIRP 規範之結果,50Hz 其建議值為 1000 毫高斯 (mg),60hz 則為 833 毫高斯 (mg), 此為各國大至採用的量值 我國環保署於民國 90 年 1 月公告 非游離輻射環境建議值 60 赫之磁場為 833 毫高斯 電磁波 各國衡量情況以妥適合於該國制定規範 例如, 美國 FCC 要求 GSM 900MHz 頻段的建議值為每平方公分 0.6 毫瓦, 台灣則規定 0.45 毫瓦 2000 年 6 月的薩斯堡決議案禁止任何一個塔台的設立發射每平方公分高於 0.1 微瓦 (0.0001 毫瓦 ), 為國際行動電話塔台設立會議所沿用 ( 參考 ) 由於非游離輻射影響性, 常因不同單位的研究結果而有不同, 然儘管差異如何, 有些國家仍制定出管制標準或限制值, 以期能收預防之效 ( 二 ) 游離輻射 管理單位 行政院原子能委員會為有效管理 監督全國放射性廢料之營運, 以確保人民之健康與安全, 於民國七十年成立 放射性物料管理處, 負責規劃 督導 管制放射性廢料之處理 貯存 運輸等事項, 民國八十五年四月改制為 放射性物料管理局 ( 簡稱物管局 ), 掌理國內放射性廢料 核原料與核燃料等相關的安全管理 16
行政院原子能委員會 綜合計畫處核能管制處 輻射防護處核能技術處秘書處 核能研究所放射性物料管理局物管局 ( ) 輻射偵測中心 輻射分類 放射性廢棄物依照來源 活性強度及所含核種半衰期的不同, 可分為兩大類 : 1. 高放射性廢棄物包括用過的核燃料及其 再處理 所產生的萃取液及濃縮產物 此類廢料之放射性強度仍偏高, 需極審慎的處理 以國內而言, 約佔整個放射性廢棄物之 4% 以核電廠產生最多 註 : 所謂 再處理, 是將用過核燃料再以化學方式處理, 將其內剩餘的鈾及新產生的鈽萃取出來, 再做成新的燃料 2. 低放射性廢棄物具有放射性同位素的農業 工業 醫院 工廠 研究機構, 及核能電廠運轉過程中所產生遭受放射性污染的廢棄衣物 例如, 手套 工具 紙張 玻璃及維修更換的管線 零件等乾性廢料, 及放射性廢液處理過程所產生的廢樹脂 過濾器 蒸發器的殘渣等溼性廢料 這些廢料的放射性強度較低, 且半衰期較短, 只要經過有效處理 包封 安全處置, 其對環境影響程度可以減至最低 處理特性 放射性廢棄物因具有放射性, 而與一般有害廢棄物之性質不同 其處理特色主要有下列三項 : 1. 須有適當屏蔽一般有害廢棄物若要造成危害, 需與其直接接觸 ; 而放射性廢棄物具有輻射特性, 不與其直接接觸也會受其傷害 例如, 輻射線中所產生的 γ 射線為電磁波, 穿透力甚強, 故放射性廢棄物必需要有適當的屏蔽, 如水泥塊 鉛版等 2. 等候自然衰減一般有害廢棄物有些會因周遭環境的自淨作用, 導致影響逐漸消失 ; 有些有害廢棄物則具濃縮累積的效果, 不容易被分解, 其影響反會隨時間之增長而增強 但放射性廢棄物強度因會逐漸衰減, 其危害性會隨著時間漸久而逐漸減弱 3. 須有隔離區域放射性廢棄物逐漸衰減時, 會將其輻射擴散 ( 感染 ) 給周遭環境, 故處理原則須能有一 隔離 區域長期置放; 否則, 如感染給人畜或物件, 將藉由生物的活動或物件的使用擴散開來 只要隔離得當, 其放射性會慢慢自然衰減, 不會對周圍造成影響 處理方式 1. 低放射性廢棄物處理 (1) 氣體廢料的處理 17
採用低溫活性碳吸附, 使放射性氣體的活性因延長滯留時間而衰變減弱, 再經排氣系統, 在儀器監測下排放 (2) 液體廢料的處理大部分的放射性廢液經除礦或濃縮處理後, 均可回收利用, 廢棄部分則加水泥予以固化, 密封於鋼桶內當做固態廢料處理 (3) 固體廢料的處理核電廠淨化廢液的過濾殘渣, 先脫水續以水泥固化, 再以鋼桶密封 將廢水以蒸發濃縮, 續以水泥固化, 再密封於鋼桶 受污染之機具設備, 經壓縮後, 再密封於鋼桶 受污染之衣物 手套 工具 紙張 膠布等, 經焚化處理, 再將灰燼與柏油混合固化後, 密封於鋼桶 2. 高放射性廢料處理 (1) 水池內貯存冷卻用過核燃料初退出時, 先於廠內專用燃料池內冷卻一段時間, 待其放射性及熱量衰減 (2) 中期貯存或再處理冷卻後之核燃料再送至貯存設施集中貯存約 40 年, 估計其輻射及熱可減少 90%, 或再處理回收其中可利用的鈽及鈾, 餘下之廢料, 固化後作最終處置, 目前台電決定建造乾式中期貯存設施, 預計於民國 93 年完工 (3) 最終處置處理目前各核能先進國均採 深地層處置 之觀念, 使此高放射性廢料能與人類生活永久隔離 18