漫谈日本福岛废水辐射，氚及核武器

通常人们谈起辐射，都非常害怕。特别是这次日本福岛核电站处理过的废水要开始排入太平洋，引起国际舆论的关注。
究竟这废水有多危险，会不会污染整个太平洋？ 
当人类受到各种辐射的照射后，会可能引起体内细胞的突变。在辐射剂量高到一定程度后，引起辐射病和癌症的可能性显著提高，过高的辐射剂量甚至可以致命
这里先把几个事实和数据列一下，进行比较
一般人类辐射照射对健康的影响往往用一年积累的总辐射量来判定。下面是几个基本事实： 
--人类每年受到的辐射50%是自然界产生的。高能宇宙射线进入大气层后，会和氢，碳等元素反应而产生氚，碳14等放射性同位素，这些放射性同位素可进入人体，可在蜕变中产生不同的射线。还有土壤，石头中的氡气，也是自然界产生的辐射。这些辐射是谁也躲不掉的。 
--医疗服务造成的辐射平均占每年受到的辐射的48%。比如做X-ray，CT检查等。 
--消费产品中的辐射成分贡献了2%。 
--因为核电站排放含有氚的污水和其他泄露的放射性物质而造成的辐射对人类每年受到的辐射的总量的0.1%以下。 
日本福岛核电站处理过的废水，其主要辐射的贡献是氚。其他的放射性物质，比如铯-137，都可以用化学及物理办法处理，不很困难。用化学的合成，萃取，分离，物理的过滤，吸附，蒸发等都是可能的办法。 
福岛核电站这十年来，主要废水的处理工作就是把其他放射性物质去除，除了氚以外，污水排放前已达到标准。 
下面拿另一组数据来比较辐射的影响。 
按现行福岛核电站处理过的废水，每升水产生的辐射量是1500贝克。 
一个人即使每天都饮用1.5升这种水（正常饮水量，当然没人真正去喝），一年下来辐射积累约为40mrem（辐射积累计量单位）。 
相比之下： 
一次全身CT扫描的辐射积累是500到1000mrem，为以上值的12到25倍。 
人类每年受到的自然辐射积累是310mrem，8倍以上值。 
即使算上人类体内自然产生的放射性钾，其每年辐射积累也有15mrem。体内的放射性碳14的辐射积累与放射性钾差不多。 
不过许多人会想，辐射不管怎么说都是有害的，干嘛不把它分离出来或排放到空气里。可惜氚和氢的化学性质完全一样，无法用任何化学方法分开它们。用物理方法的话，只有用分离铀238和铀235的类似方法，比如高速离心机，这显然是非常昂贵的，特别是当氚含量浓度非常低的条件下，更不可行。至于排放到空气里的方法，因容易被人通过呼吸摄入，危害更大。 
通过海水稀释是目前通行的办法。世界上所有的核电站都会产生氚，因为浓度非常低难以分离回收，所以都会通过废水排放把含氚的水放入大海稀释。人类目前产生的氚，对海水里的氚含量的增加是很小的，何况氚的半衰期是12.3年，或过了12.3年含量减半。 
相比其他的辐射元素在海水的总量，比如放射性的钾-40有750亿吨之多！放射性的铀也有约40亿吨。而日本福岛的全部86万吨废水，氚的总含量约2.1克，还要分十多年排放，每年小于0.2克。氚本来在大海中也存在，自然界产生的氚在海里虽不算多，但也有7.3公斤左右，每年继续衰变和自然补充约400克，这数量和0.2克相比也大得多。总的说来，地球的海洋主要的放射性物质为钾-40，铀，钍等，氚的占比是非常小的，人类排放的部分更是微不足道。 
氚的辐射能量是最低的一种，它衰变时发出的为beta射线（电子束），能量只有0.0057MeV，穿透力极弱。在空气中只能行进6厘米，它穿不透A4的打印纸，甚至无法穿透人类皮肤外层死皮。相比之下，氚的辐射能量远弱于钾-40（1.31 MeV的beta射线和1.46MeV的gamma射线）及铀，钍等放射性物质。 
農药，重金属等在生物体中可以积累，特别是在食物链中的顶级捕食生物，可以把食入猎物中的農药，重金属等在自已体内积累。氚则不会积累，因为任何机体都无法区分普通氢氧组成水还是氚氧组成的水，所以氚氧组成的水和普通水一样代谢循环。如果一次性摄入，大概7天左右就会有一半排出体外。因而氚不会在生物体中逐渐积累，也不会因吃掉含微量氚的食物而在体内浓度不断增加。 
有人可能会质疑，不管排放多少，海洋中增加了放射性物质总是不好吧。但这点应可放心，光是海里的钾-40因为衰变，每年都会损失4100吨的钾-40而衰变成没有放射性的钙-40，这减少量远超人类排放的几克的氚，更不提铀和钍也在衰变而减少。因为钾-40，铀和钍等放射性物质是源自45亿年前地球诞生时，以后基本没有补充。所以，海洋和陆地的放射物质因为衰变，总量是在不断地减少，而不是增加。 
一些工业产品，消费品要用到氚，比如夜光手表，自发光的紧急出口标牌等，全世界为此每年大概消费400克的氚。 
核武器也用了氚，但并非氢弹里的主燃料。氢弹里的主燃料是氘化锂，一种稳定，不会衰变的材料。当核爆引爆发生时，氘化锂在中子轰击下产生氚而瞬间造出氢弹的聚变材料。氢弹里的主燃料既然不是氚，因而不会像一些人所想象那样，氢弹在一段时间后会因氚的衰变而失效。 
但现今美国最新设计和生产的原子弹，氢弹，每颗都含有氚！不错，用了氚。 
不过，使用量很少，4克左右。氚与少量的氘混合，置于引爆器的中心，当周围的铀235或钚239被起爆发生裂变反应时，高温和高压造成内核的氚氘发生聚变反应，产生大量的高能中子，这样可让主爆的核燃料，不管是铀，钚，或氘化锂获得更高的利用率。这是先进核武器小形化，轻量化的要诀。为何美国的三叉戟II潜射导弹能装上12个弹头，每个可有47.5万吨TNT当量，就是用了这种设计的W87或W88弹头，其每个弹头重量小于300公斤。 
话说回来，用了氚，那弹头是否太昂贵了呢？ 
对核武器来讲，4克氚不算贵，目前价格是每克30000美金！ 
那氚的半衰期为12.3年怎么办？弹头是否会失效？ 
最新设计和生产的原子弹，氢弹头都有个小窗口方便氚的更换，每5-6年这些弹头都要进行维护，置换电池（这也是必须的），换入新的氚，而旧的氚去掉衰变部分变成的氦-3，还可以回收循环使用。 
中国对W88弹头很有兴趣，当年李文和就是因为泄露W88弹头的设计给中国（特别是椭球形引爆器的计算仿真结果数据）而被联邦政府起诉，但因拿到的证据不足而撤销。不过业内的人都知道真实情况。