最近，日本政府正式决定把日本福岛核电站的上百万吨处理过后的核污水排入太平洋，排放将在两年后启动。一时间日本核废水事件闹得沸沸扬扬。

然而究竟什么是福岛核污水（又叫核废水）？核污水的排放在过去造成了什么影响，未来又将会造成了什么影响？我看到了最近有很多关于福岛核污水的讨论，但是很少有文字从科学的角度理性、完整、详细科普福岛核污水的。

在此，我打算抛砖引玉，从科普的角度详细来聊聊日本福岛核污水的问题。

以下是本篇科普文的目录：

一、福岛核电站事故

二、为什么要不停向反应堆注水

三、核污水辐射物质对于海洋的影响

四、核污水依旧大量产生

五、核污水处理设备

六、核污水的处理、稀释和排放分析

七、水蒸气排放法

八、总结

为了全面了解核废水的细节，这还要从2011年东日本大地震和福岛核电站事故说起。

一、福岛核电站事故

这篇文章主要讨论的是福岛核电站的核污水，但是为了完整性，还是简要地从头说一下福岛核电站事故。

2011年3月11日当地时间下午2点46分，日本东北地方外海发生了里氏9级的大地震。地震随后引起的海啸，给日本带来了极大的破坏。日本的福岛县建有两个核电站，隶属于日本东京电力公司（东电），分别叫福岛第一核电站（Fukushima Daiichi）和第二核电站（Fukushima Daini）。下文说的“福岛核电站事故”，即是“福岛第一核电站事故”的简称。

请看日本所有核电站的分布图如下，大都是沿海而建，而福岛两座核电站位于东北地区的海边。

从地图上看，地震和海啸首当其冲的核电站是宫城县的女川核电站（Onagawa）。灾难来时，女川核电站的反应堆自动停机（控制棒插入，裂变反应停止），供电系统中断，随后备用柴油发动机运转11个小时，直到变压器修复。虽然近一个月后的余震让核电站又遭到了损失，但是总体来说女川核电站安然度过了地震和海啸。

离开震源第二近的就是福岛第一核电站。地震来时，福岛第一核电站正在运行的三个反应堆一号、二号、三号机自动停机，备用柴油发动机也开始运转。但是和海拔14米的女川站不同，福岛第一核电站的地面海拔只有10米，当海浪高度为13-15米的海啸来袭时，海水倒灌注入柴油发电机室，冲毁了大量设备，柴油机停止运行，最终全厂停电，导致了自切尔诺贝利事件之后再次震惊世界的核电灾难。

如果读者对核电站的构成和原理不熟悉的话，可以看一下核电站的大体结构：

总的来说，核电站的原理是热能转化为电能，即是由诸如铀、钚等重核裂变产生的热能最终转化为发电机产生的电能。上图左边是核电站的反应堆，反应堆里的红色区域是“热区域”，由可控制的重核裂变产生热能，热能在蒸汽发生器里产生水蒸汽，并由反应堆里的循环冷却水系统的带出，蒸汽推动反应堆外的汽轮机，汽轮机带动发电机发电，同时水蒸气进入冷凝器后被重新带回反应堆。

下面是福岛核电站反应堆的示意图：

虽然比前面的示意图要复杂不少，但是基本原理是一样的。其中最重要的部分，就是反应堆核心（堆芯）的核原料的燃料棒（Fuel rods），还有冷却燃料棒的冷却水（Cooling water），它们被包裹在一个压力容器（Pressure vessel）中，而压力容器又被安全壳（Containment vessel）包裹。冷却水隶属于一个水循环系统，不断地循环冷却核燃料棒产生的热量。

如果反应堆完全停电，首当其冲的危害是冷却循环泵失效，以至于堆芯失冷。当时虽然堆芯已经自动停机，裂变反应终止，但是堆芯依旧具有大量的热量（衰变热），热量导致堆芯的冷却用水沸腾，造成大量水蒸气，水蒸气在高温下和锆锡合金材料的燃料棒金属壳产生作用，产生大量氢气：

Zr + 2H2O → ZrO2 + 2H2↑

当氢气的压力到达临界值则会炸毁压力容器，甚至炸毁安全壳。

和氢气爆炸相比，更可怕的则是所谓的“堆芯熔毁”（meltdown）。水蒸气和氢气导致压力容器里的冷却水位下降，堆芯的燃料棒裸露在外，棒温度因为无法冷却超过熔点温度后开始熔化，滴落积累在压力容器底部。一旦压力容器底部因为高温破裂，堆芯熔化物就会落入下面的安全壳底座，这被称为堆芯熔穿。倘若熔化的燃料外泄，外泄的燃料物质里除了核能的原料（对于福岛核电站来说主要是铀元素），还有铀裂变的产物诸如铯-137、铯-134、碘-131等放射性元素，这是相当危险的。

最最危险的情况是，堆芯熔毁使得熔化后的核燃料再也无法受到中子慢化剂的调节，导致反应堆的可控核裂变转变成不可控核裂变，这就是最危险的临界事故，被称为“再临界”，福岛核电站事故之后，曾经多方担心反应堆曾经到达过“再临界”从而使得核裂变不可控，不过从目前反应来看福岛核电站并没有到达这个地步，后面我会接着讨论。

回过头来说海啸之后的福岛核电站。在全厂停电这个危险的时刻，亟需恢复的就是反应堆的供电系统，使得冷却水循环继续运行。核电站设计时给出的最大停电时间是八个小时，这可谓是“黄金八小时”。虽然东京电力在海啸后一个多小时候就派出了电源车，而后又向东北电力紧急求助，但是由于大灾后交通堵塞、直升机无法运送发电机、电源不匹配等种种原因，居然到第二天24小时以后还没有恢复一号机的电力供给。

然而，一号机在地震海啸的当天傍晚，已经发生了堆芯熔毁。与此同时，反应堆里产生的大量氢气导致压力异常，如果爆炸将可能重蹈切尔诺贝利事件的覆辙，后果不堪设想，于是在第二天（3月12日）反应堆安全壳进行了泄压（同时也导致了放射性元素泄漏）。这一泄压可不要紧，大量氢气通过泄压进入反应堆上方的厂房，一个小时候后厂房发生了氢气爆炸。

接下来，三号机在3月13日凌晨5时也开始堆芯熔毁，3月14日早上，大部分燃料已穿过压力容器底部而落入安全壳。同一日，三号堆发生了氢气爆炸，下面是当时的爆炸画面：

接下来，3月15日，二号和四号反应堆也相继爆炸。自此，一、二、三、四号机全部被毁，而五号、六号机因为离开前四个反应堆远、地势高而幸免，这就是震惊世界的福岛核事故。

下面我们跳过其它的细节，比如核泄漏对大气的影响，当时紧急的救助等等，直接来看福岛核事故导致的核污水问题。

二、为什么要不停向反应堆注水

福岛第一核电站3.11大地震正在工作的一、二、三号机（反应堆）全部发生了堆芯熔毁，堆芯熔毁的物质依旧留在反应堆里，是怎么样子的呢？下图给出了一号反应堆里熔毁物质的示意图：

图中的褐色物质代表了熔化后的燃料物质，已经从压力容器底部漏出，落入安全壳 （日语：格納容器）的底部。当初刚爆出堆芯熔毁的新闻时，人们最担心的是安全壳也无法兜住熔化的高温燃料物质，而使得放射性物质从安全壳的底部混凝土中漏出，直接渗入地下，放射性燃料在地下污染海洋和周围环境。目前看来，熔化物质依旧留在安全壳底部的混凝土里，但是离开底部金属安全壳的最近距离只有不到40厘米。

前面说到，最最危险的情况，就是熔化燃料重新积累，其质量到达一种叫做“临界质量”的阈值，造成熔化燃料进一步产生裂变反应，这将是不可控的核裂变。从目前搜集的数据来看，燃料“most likely”并没有继续裂变，而是在持续衰变中。

不过，即使只是衰变，倘若不去控制温度，那燃料的温度也会越来越高，势必熔化混凝土和安全壳的金属壳层，最后造成核泄漏的大灾难。为了预防这种现象的发生，必须向熔化燃料紧急注冷却水。注水冷却就成为了让核燃料降温的方法。

下图是二号堆的堆芯熔毁以后的状况：

其中橘红色的物质代表了熔化以后的燃料物质，已经从被烧毁的压力容器底部漏下，渗过维修用的脚手架网，落到了安全壳底部上的混凝土上。燃料虽然没有继续产生裂变反应，但是即使是燃料的衰变具有极高的辐射性，其中一点测出了每小时530西弗的辐射量！作为对比，人体如果吸收0.02西弗的辐射值，就是紧急情况，0.25西弗将会造成损害，而超过1西弗则会导致死亡。由此可见，反应堆安全壳里充满了辐射物质，绝对不能让它外泄！

而冲淡辐射物质的最佳方式，就是向反应堆的安全壳里注入大量的水。水不但用于冷却燃料物质的衰变热，也用来冲淡衰变粒子的辐射。而使用过的水因为携带有辐射物质，便是大家所说的“核污水”。

向反应堆注水可以分为几个阶段。

第一个阶段是把海水紧急注入反应堆的安全壳内，对熔化核燃料进行冷却。早在3月12日，海水已经被用来注入1号反应堆。由于海水注水会导致大量的海盐沉积在反应堆中，而海盐会进一步腐蚀堆芯内的金属，堵塞管道，甚至和铀产生副作用，于是在3月25日后开始注入淡水。美国海军曾经向福岛提供了近2000立方米的淡水，而东京电力也开始使用福岛县大熊町贮藏的淡水。3月28日开始从反应堆地下室进行排水作业，从地下室抽出了含有铯-137和碘-131等放射性元素的高辐射度核污水。虽然排出的核污水被汇聚到特殊的冷凝水库中保存，但是当时已经有不少核污水渗入了海中。

到了4月5日，东京电力把1.27万吨的核污水排入太平洋。东电的主动排水当时引起了极大的争议，我在后一节再详细讨论。

7月份以后，之前单纯的注水、排水被带有简单除污设备的水循环处理系统取代，而东京电力也终于把产生的核污水全部贮藏了起来。

反应堆的给排水循环系统的第一目标，就是要对落入安全壳底部的熔化核燃料进行冷却，而最终达到核燃料的“冷停堆”。

什么叫做冷停堆？就是使用循环水系统对已经停止核裂变反应的核燃料进行进一步冷却，除去核燃料的衰变热，使得核燃料变成常温（低于100摄氏度）。

下面是三号机压力容器底部温度从地震之后的3月19日到5月28日的示意图：

四月份后，燃料物质从最开始的几乎可以熔化混凝土和金属外壳材料的温度，被降到了200摄氏度以下，在5月中旬有反复，然后又回落到200度以下。下面是一号、二号、三号三个反应堆压力容器底部7月中旬到来年（2012年）2月的温度检测：

也就是说，从2011年的9月底开始，核燃料已经低于100度，衰变热已经被抑制。于是，在当年的12月16日，日本政府宣布福岛核电站已经实现了冷停堆。

冷停堆代表核电站事故的处理第一个阶段结束 。但是，接下来的问题更加复杂。最核心的问题，当然是如何处理三个反应堆里熔化的核燃料？只要核燃料还在反应堆里，放射性元素的衰变依旧会源源不断地产生辐射。但是，在解决这个问题之前，需要对反应堆里的燃料状态和分布有充足的了解，而在冷停堆的时候相关部门对此却几乎一无所知。

更首当其冲的问题是，核电站附近的地下水流经三个反应堆里依旧积存着的高辐射核污水而进入大海，所以必须阻挡和核污水混合的地下水渗入大海。另外，从反应堆里抽出的核污水贮藏在周围的容器罐里，然而贮藏容器也有泄露污水的危险。在东电和日本政府能够最后解决福岛核燃料的问题之前，核污水的排污和净化就一直会是一个重大问题。

在科普冷停堆之后的第二阶段之前，我们先来看看上述第一阶段里排入太平洋中的核污水及其产生的影响。

三、核污水辐射物质对于海洋的影响

如果大家对2011年还有印象的话，当时各种关于日本把核污染水排入太平洋的新闻满天飞，以至于国内一时间掀起了抢购矿泉水的风潮，而盲目抢购食盐的事件也在中国和韩国上演。在此之后，各种日本排核污水的新闻不绝于耳。这里我就相关的问题做一个具体的科普。

在紧急冷却堆芯熔化后的核燃料的第一阶段时，3月28日开始从反应堆地下室抽水，排水开始。前面说过，从地下室抽出的核污水含有铯-137、铯-134、碘-131等高浓度的放射性元素。虽然排出的核污水被集中存储到特殊的容器中保存，但是也有不少核污水已经渗入了海中。比如，3月25日在核电站附近的海中测到了碘-131的辐射达到每升5万贝克勒尔（简称贝克），这是正常浓度的1250倍。

反应堆内部的核污水正在通过种种方式渗入海中。4月2日，东京电力发现核污水正在从2号机的混凝土缺口外流，需要紧急修补缺口。

到了4月5日，东京电力为了贮藏一批刚排出的高辐射核污水，紧急腾空之前储藏核污水的容器，把1.27万吨“辐射度较低”的核污水排入了太平洋，之前并没有知会周围国家，一时间造成了周围邻国的紧张。

与此同时，反应堆里的高辐射核污水依旧在向着太平洋泄漏。到6月初，估计总共有30万吨的核污水通过各种形式泄漏到了海洋中。

如何测量海洋中遭受的辐射污染呢？

铯-137是比较好的用来检测海水的辐射污染程度的指标。根据法国辐射保护和核防护研究所的数据，2011年从3月21到七月中旬，福岛第一核电站一共向太平洋排入了2.7万万亿贝克（27PBq）的铯-137，其中82%是4月8日以前排入的。

以下是是检测到核电站近海的铯-137浓度从地震后3月到5月初的数据，铯-137浓度最高值是在东电第一次主动排放核污水的四月初，到达100 贝克/立方厘米，比可以饮用的安全值高出至少一万倍。随后，铯-137随着在太平洋中的扩散而浓度逐渐递减，在五月初降到0.1贝克每立方厘米，依旧比饮用水的安全值高出10倍。

以下是更长期的日本近海中铯-137浓度检测（注意这里换了单位，变成每立方米的贝克勒尔量）：

如果上述数据属实，则至多100天后的太平洋中铯-137含量，则回到了饮用水安全标准的百分之一 （WHO给出的饮用水安全标准是在10000贝克每立方米以下，有的国家地区给出的是5000贝克每立方，而这里给出的浓度数据是小于100贝克每立方）。但是，在这100天里对日本近海特别是海洋生物有什么影响，依旧还是目前考察的课题。

另外，铯-137会随着太平洋的洋流漂流，数年之后抵达加拿大和美国西海岸，下图是洋流的示意图：

下面是美国近海方面的检测数据：

很明显，由于洋流的影响，美国和加拿大的西部近海在2015年到2017年感受到了辐射的峰值（由Cs-137 的海洋浓度体现）。但是，这个峰值只有不到3贝克每立方米，远远地低于WHO和美国、加拿大给出的饮用水内铯浓度的安全阈值。另外，上图的右上方还有一个小图，给出了北太平洋从1950年代末期至今的北太平洋海域的辐射值。可以看到，1950年代由于美国大量的大气和水下核试验，北太平洋海域的铯-137浓度超过了10贝克每立方米，比今天海洋的铯-137浓度几乎高了一个量级。而随着核试验的减少和禁止，铯-137的浓度逐年降低，一直等到福岛核电站事故之后，北太平洋的海域辐射值才重新上升，回到4到5贝克每立方米，然而这个值依旧低于1950年代的海洋辐射值，甚至低于1980年代。由于太平洋洋流的方向性，中国近海受到的辐射影响，要低于美国和加拿大西海岸。

所以，从太平洋的平均值来说，福岛核事故第一阶段泄漏到太平洋里的核污水对于海洋的污染程度，并没有普通大众想象的那么严重，甚至还不到1980年代北太平洋的平均辐射程度。

这个结论并不是说排入海洋的福岛核污水对人类必然没有影响，比如前面给出的福岛近海的Cs-137浓度在核电站事故后400多天依旧保持在100贝克每立方的状态，虽然这个值低于饮用水的辐射安全量，但是究竟这个辐射值对于海洋生物有什么影响，是值得调查的。

下面我们来看看福岛核事件的第二个阶段，也就是从冷停堆到目前积累了超过120万吨的核污水的阶段。和第一阶段紧急给排水到冷停堆一共历时9个月相比，第二阶段持续长达10多年，更值得理性探讨。

四、核污水依旧大量产生

当核燃料冷停堆以后，大量的核污水主要是由福岛核电站附近的地下水和雨水产生的。海拔10米左右的福岛核电站一边靠着大海，一边靠山，处在低地势的区域。如果不加处理，大量的雨水和地下水从地势高处顺流而下，流经核电站反应堆地下的核污水，然后带着辐射元素流入大海。另外，雨水也会时不时地渗入反应堆地下，混着核污水和地下水流入大海。

为了避免地下水污染大海，只有两种方法，一个是“排”，一个是“堵”。所谓“排”，需要把地下水排出，并且贮藏起来。如果只是单纯地抽排水，每日的抽水量大概在三百吨到四百吨左右，那一年积累下来的排水就有11万到14万吨，而不到十年则贮藏的污水量超过百万吨，这也是为什么目前福岛已经积累了百万量级的核污水的主要原因。另外，如果遇到雨季或者台风季节，那么抽水量就激增，比如2019年10月超强台风海贝思途径福岛的时候，每日抽水量就达到了600多吨。

所谓“堵”，说的是为了减少流经反应堆地下积累的地下水量，最直接的方法是截断地下水。为了避免地下水从反应堆流入大海，在反应堆到大海一侧也要截断。于是，一个冻土墙的工程项目就此展开。下图就展示了目前福岛反应堆极其周边的剖面图：

再贴上一个信息量更充足的英文版剖面图：

高地势的地下水在流向核污水的过程中，首先被冻土墙截留一部分，经过暗渠之后再流入反应堆地下的核污染水。和核污染水混合的地下水再次顺势而流经第二道冻土墙，被截留下一部分，最后抵达海边的隔水墙。隔水墙负责把地下水、雨水和大海完全割断。而抽水设施则负责把和污染水混合的地下水和雨水排出，让污水进入到下一步的净化过程。

冻土墙计划是日本政府在2013年推出的、耗资320万美金的工程项目，建成了深30米、周长1.5公里、环绕一号到四号机的地下围墙。原本的计划是让冻土墙隔断地下水，但是冻土墙建成后的效果并不好，目前每天依旧有平均180吨的地下水流经反应堆的地下，并没有达成冻土墙计划的少于70吨每天的目标。

为了处理以每天几百吨速度积累的核污水，核污水的贮藏和净化就成为了一个新的工程。这就是下面要谈到的多核种除去设备（ALPS）和污水净化处理。

五、核污水处理设备

源源不断流经一到四号反应堆的地下水也源源不断地被抽出。这些被污染的地下水里，除了含有我在前面提到的铯-137、铯-134和碘-131外，其它的放射性元素（同位素）包括了：

3H（氚），60Co（钴），63Ni（镍），79Se（硒），90Sr（锶），125Sb（锑），129I（碘），132Te（碲），238Pu（钚）

等等，至少有63种放射性元素。

如何从多达120多万吨的污染水里除去这些放射性同位素呢？以下是目前建成的福岛核电站污水处理的示意图。

可以看到福岛核电站的污水处理系统分为两个部分：

第一个部分是反应堆下的高辐射核污水（上图的褐红色部分）和铯、锶过滤装置（上图的粉红色部分）之间的循环系统。流经反应堆的地下水和雨水成为核污水，经过铯、锶过滤装置首先被出去放射性元素铯和锶的同位素，并且过滤掉海盐，然后部分处理过的水被重新送回反应堆用来维持冷却反应堆的熔化燃料（目前熔化燃料保持在20-40摄氏度之间，即冷停堆状态）。

绝大部分被铯锶过滤装置处理过的水进入到第二个部分，即“多核种除去设备”（ALPS）。理论上，ALPS可以把水中的63中放射性元素中的62中去除，而只留下放射性的氚元素。被ALPS处理过的水被贮藏在核电站周边的一千多个水箱里。

下图是更详细的东电官方给出的核污水处理流程图：

上图包含了更多的细节，比如铯锶过滤装置一共有两个（KURION和SARRY），而多核种除去设备（ALPS）一共有三层，包括ALPS，升级ALPS和高性能ALPS。不过三层ALPS直到2019年才开始fully functional。

ALPS的提供商是东芝（Toshiba）和日立（Hitachi）公司，而客户则是东京电力。值得一提的是，早在东芝提供ALPS，有一家叫做Purolite的美国小公司也曾经竞标核污水的净化处理，这是它家给出的净化方案:

按照Purolite公司的方案，核电站的污水首先经过软化处理，然后经过铯、锶过滤装置，去掉重金属后，再经过碘、锝过滤装置等等，最终可以净化水中的辐射元素。Purolite的过滤净化装置得到了东京电力对62种放射元素的验收标准，但是东京电力最终还是选择了东芝和日立的ALPS，其中如何的政治和利益考量，就不得而知了。Purolite试图通过日本当地的法院进行上诉，宣称天下只有自己才能达到东电要求的净化水平，把62种辐射同位素降到“测不到”的低浓度，而日立和东芝可能剽窃了自己的技术，但是最终因为证据不足而官司不了了之。

六、核污水的处理、稀释和排放分析

我们再来看看ALPS目前达到的净化效果。

截止到2021年3月18日，福岛核电站贮藏的核污水已经到达125万吨，其中经过铯锶过滤装置处理过的核污水为22.7万吨，再次经过ALPS装置处理过的含氚水为123万吨，如下图：

在123万吨经过ALPS处理过的核污水里，其中29%到达了规定的标准，而其余71%需要再次净化处理。至于所谓的“规定标准”，还有各类蓄水箱里放射元素浓度的检测，可以参考下面的数据（由于禁止转载，所以直接给原始链接）：

https://www.tepco.co.jp/en/decommission/progress/watertreatment/images/tankarea_en.pdf

从上面的数据我们可以展开讨论一下，我们先来看29%达到法定标准浓度的处理水。

首先，被ALPS处理过的核污水并不能被直接饮用。下面是WHO给出的饮用水中辐射元素的安全浓度上限（只是建议，而各国各地可能给出不同的限制）

比如，关于锶-90，美国官方给出的饮用水中允许的上限是1万贝克每立方米，而处理过的核污水给出的法定规定标准是3万贝克每立方米，必须再稀释后才能到达饮用标准。再比如铯-137，处理过的核污水用的规定标准是9万贝克每立方米，是WHO给出的饮用水中铯-137上限的九倍。所以，即使是123万多吨的处理水里的那29%达到规定标准的，也只是“排放规定标准”，而不是“饮用标准”。

其次，被ALPS处理过的核污水里，最主要的辐射元素就是氚，而其它放射元素比起氚来说，要少了很多量级。目前世界上的技术依旧无法去除氚，所以ALPS也无法去除氚，这就是东京电力所说的“ALPS装置可以去掉63种放射元素里的62种，而留下了氚”的原因。法律规定给出的处理过的核污水里允许的氚含量为6千万贝克每立方米，是目前饮用水建议标准的6倍以上。 

由于处理水里氚占主导，所以倘若把处理水排入海中，则辐射元素的排放量可以由氚排放量来表示。

第三，日本关于稀释处理水的方案将使得处理水达到饮用水标准。如果把处理水排放进入大海，日本政府给出了排放的新规定。比如，前面说到的法定的氚浓度标准是6千万贝克每立方米，但是由于福岛核电站的特殊性，日本政府规定核电站必须把处理水中的氚浓度稀释到150万贝克每立方米，才可以将处理水排放入海。倘若这个规定被遵守，那届时排放入海的稀释处理水的氚浓度将只是WHO给出的饮用水氚浓度上限的七分之一，而其它辐射物质在被稀释40倍以后，也将到达饮用水的规定标准。

第四，如果处理水排放入海，需要多少时间才能排放完成？在福岛核电站出事之前，日本政府限定的核电站的辐射物质排放量为每年2.2 x 10^13（22 trillion）贝克，以下是对于处理水排放的基本估算：

比如，如果在2020年将处理水排放入海（上述论文写于去年），依旧按照核电站的22 trillion贝克每年的排放方法，将需要33年直到2052才能全部排放完毕。如果排放量增加到50 trillion贝克每年，将需要19年排放完毕。2020年开始排放，则福岛核电站对于处理核污水的最大蓄水能力要达到130万吨。

但是倘若等到2025年排放，则按照22 trillion贝克每年的排放量，需要等到2053年才能完全排放完成，而福岛核电站需要准备至少147万吨的蓄水能力。

和一般人想象的不同，所有的核电站都需要排放一定的放射元素。作为对比，我们可以来看看别的核电站的辐射物质排放量。以下是国内给出的排放量限制：

根据我国《核动力厂环境辐射防护规定》（GB6249）中有关液态放射性流出物控制值的规定，轻水堆中氚、碳-14、其余核素的控制值为7.5×10^13贝克/年、1.5×10^11贝克/年、5.0×10^10贝克/年；重水堆中氚、碳-14、其余核素的控制值为3.5×10^14贝克/年、2×10^11贝克/年、2×10^11贝克/年。

也就是说，轻水堆的排放规定量为75 trillion贝克每年，而重水堆的排放规定量为350 trillion贝克每年。日本政府承诺福岛处理水的排放量将少于出事之前的每年22 trillion贝克，参见：

https://www.meti.go.jp/english/earthquake/nuclear/decommissioning/pdf/202104_bp_breifing.pdf

下面是目前世界各国代表性的核电站的排氚量的列表，包括了水中排出的氚和空气中排出的氚：

上表列出各核电站的液氚排放量，大体上在几十到几百trillion 贝克（除了法国那个核电站有点太夸张了）。

由此看来，福岛核电站如果在两年后能严格遵守每年排放少于22 trillion贝克的饮用水标准以下浓度的氚水（即1500贝克每升的氚浓度），是符合现阶段规范的，甚至比国际上大部分核电站的排氚量还要低。

接下来再来看看处理水的一些被提到的问题。

第五，碳-14被忽略的问题。很多人和媒体对于福岛处理水电的关注点在水中的氚浓度上，但是正如绿色和平组织的Shaun Burnie所说的，大家都忽略了碳-14的问题。和氚一样，ALPS处理设备无法处理掉核污水里的碳-14。

规范给出的碳-14浓度上限是2000贝克每升，而如果将处理水稀释40倍之后则C-14的浓度将变成50贝克每升，处于WHO给出的饮用水的碳-14安全浓度之下。

但是，东电并没有给出处理水的碳-14浓度的全部数据。比如，看下面这篇分析报告：

https://www.tepco.co.jp/en/decommission/progress/watertreatment/images/tankarea_en.pdf

很多蓄水箱中缺乏碳-14的浓度报告。虽然从已有的数据来看，碳-14在安全范围之内，但是东京电力必须补上碳-14浓度的数据报告。

第六，也是最为关键的问题，即ALPS的效率问题。上面的所有分析都是基于处理水里29%，即（截止2020年底）33万吨达到标准的处理水而展开讨论的。必须看到，还有71%的处理水必须要再次处理，特别是依旧存在6万多吨辐射元素超过规定浓度100倍以上的水。

这就让人产生一个问题，ALPS的净化处理效率究竟如何？前面提到的美国公司Purolite宣称自己的处理装置可以让62种辐射元素被处理过滤到检测灵敏度以下，不知到底是否属实，但是明显ALPS的处理并不能使得核污水完全达到净化的标准。

ALPS的处理效率究竟如何？按照ALPS自己的说法，辐射浓度超过规定浓度一百倍的处理水来自于2013年，当时ALPS还没有完全进入状态——虽然ALPS在2013年就开始被福岛核电站使用，但是一直等到2018年底，ALPS才正式进入状态。2019年第四季度，达到标准的处理水增加了4.4万吨。2020年这一年，达到标准的处理水增加了2.39万吨，而平均每天处理65吨；而在标准浓度1-5倍的处理水增加了2.76万吨。也就是说，ALPS无法保证处理水被降解到规定浓度以下。按照ALPS的这个处理速度，那么让100万吨的处理水到达法定标准浓度的时间将是42年。

所以，ALPS必须提高其净化效率。除了目前积累的32.4万吨符合标准的水可以被稀释排放入大海外，另外37.4万吨在标准浓度1-5倍的水必须被重新净化，或者被被稀释40倍以上。

七、水蒸气排放法

对于处理水，除了海洋排放外最合理的、技术可以达成的是将达到合格标准的处理水用水蒸气的形式排放，也就是把处理水加热并且用高达60米的排气筒放出：

但是，由于无法建立准确的预测模型预测水蒸气放出的氚和其它辐射元素在大气中的扩散，也无法很好地监控排出水蒸气的去向，以至于水蒸气放出的建议最后被推翻了。

八、总结

以上是关于福岛第一核电站核废水的来源、水搜集、净化处理的全方位科普。至于结论，细心的读者自然可以在文中找到。

相关资料

Wikipedia:

Wiki Fukushima Daiichi nuclear disaster

https://en.wikipedia.org/wiki/Fukushima_Daiichi_nuclear_disaster

Discharge of radioactive water of the Fukushima Daiichi Nuclear Power Plant

https://en.wikipedia.org/wiki/Discharge_of_radioactive_water_of_the_Fukushima_Daiichi_Nuclear_Power_Plant

东电官网

Fukushima Daiichi Status of Contaminated Water Measures

https://www.tepco.co.jp/en/hd/decommission/progress/watermanagement/index-e.html

Contaminated Water Treatment

https://www.tepco.co.jp/en/decommision/planaction/alps/index-e.html

Treated Water Portal Site

https://www.tepco.co.jp/en/decommission/progress/watertreatment/index-e.html

目前处理水放射元素浓度分析

https://www.tepco.co.jp/en/decommission/progress/watertreatment/images/tankarea_en.pdf

WHO建议饮用水里放射性元素浓度上限

https://www.who.int/water_sanitation_health/dwq/GDW9rev1and2.pdf

绿色和平

The reality of the Fukushima radioactive water crisis (Greenpeace)

https://www.greenpeace.org/static/planet4-japan-stateless/2020/10/5e303093-greenpeace_stemmingthetide2020_fukushima_radioactive_water_crisis_en_final.pdf

Decommissioning of the Fukushima Daiichi Nuclear Power Station

https://www.greenpeace.org/static/planet4-japan-stateless/2021/03/20cf92ab-decomrep_final2.pdf

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