2018年6月12日上午，一則重磅消息瞬間吸引全世界的目光，朝鮮國務(wù)委員會委員長金正恩與美國總統(tǒng)特朗普在新加坡圣淘沙島嘉佩樂酒店正式會面并進(jìn)行會談。這是自上世界50年代以來兩個(gè)一直“互相敵視”的國家最高領(lǐng)導(dǎo)人的首次會晤(圖1)，對于緩和朝鮮半島局勢、維護(hù)東北亞地區(qū)的和平穩(wěn)定具有劃時(shí)代的重要意義。

圖1 朝美領(lǐng)導(dǎo)人會晤照片，來自網(wǎng)絡(luò)

　　簡單回顧歷史不難發(fā)現(xiàn)，兩國關(guān)系之所以長期處于緊張狀態(tài)，一個(gè)很重要的因素恐怕就是我們的鄰國朝鮮幾代領(lǐng)導(dǎo)人出于自保目的鍥而不舍地“核試驗(yàn)”，并時(shí)而在某些關(guān)鍵時(shí)刻宣稱可以用核武器威脅一下“老大哥”和盟友們的安全，也因此經(jīng)歷了核試驗(yàn)-棄核試驗(yàn)-再核試驗(yàn)以及被反復(fù)被經(jīng)濟(jì)制裁的漩渦之中（圖2）。所以當(dāng)2018年4月朝鮮宣布停止核武器和洲際彈道導(dǎo)彈試驗(yàn)，廢棄北部核試驗(yàn)場，并提出了集中力量發(fā)展經(jīng)濟(jì)的新戰(zhàn)略路線時(shí)候，各界都在歡呼朝鮮向半島無核化邁出了重要一步。撇開其它因素不談，這可能是能夠讓兩個(gè)國家領(lǐng)導(dǎo)人坐在一起“談心”的重要原因之一。我們暫且不用懷疑我們的鄰國是否真正放棄核試驗(yàn)？如果說“核試驗(yàn)”一旦發(fā)生了，并且有放射性的物質(zhì)釋放到我們的生存環(huán)境里，究竟能否用一些先進(jìn)的技術(shù)手段和方法對它進(jìn)行監(jiān)測呢？答案是肯定的。

圖2. 兩個(gè)主權(quán)國家之間的長期博弈漫畫

(圖片來自網(wǎng)絡(luò)檢索) 

　　正如我們在前期文章指出的那樣(神奇的碘元素：從加碘食鹽到環(huán)境示蹤劑)，自然界有一種放射性核素129I就可以承擔(dān)示蹤核活動和核環(huán)境安全水平的歷史使命。究其原因，這就要從129I的來源說起，129I是碘的長壽命放射性同位素（半衰期為15.7百萬年），一般來說宇宙射線與大氣中的129Xe反應(yīng)生成途徑是天然129I的主要來源(宇宙射線和它的孩兒們——宇生核素)。據(jù)估算，天然生成的129I只有250 kg（圖3），而人類進(jìn)行大氣核試驗(yàn)過程中核裂變，核事故以及核燃料循環(huán)才是環(huán)境中129I的主要來源。20世紀(jì)50年代以來的大氣核武器試驗(yàn)產(chǎn)生了約50-150 kg的129I，使得全球129I的環(huán)境水平提高了至少100倍。前蘇聯(lián)的切爾諾貝利和日本的福島核事故釋放的129I約有7.2 kg，而于歐洲的Sellafield (英國)和La Hague(法國)的兩大核燃料后處理廠自20世紀(jì)60年代以來向環(huán)境中釋放了超過6000kg的129I，是目前129I的最大來源，造成歐洲，特別是北歐的129I水平比我國環(huán)境水平高約100倍。 

圖3. 環(huán)境中129I的來源、含量及其環(huán)境水平

(部分請參考Hou et al., 1999, Analyst, 2009, ACA)

　　當(dāng)然，在核燃料后處理的過程中，還有很大量的129I（超過14 噸）被封存處置，目前還沒有被排放到環(huán)境中，但是處置容器的腐蝕破損、處置地理環(huán)境的變化都有可能造成放射性物質(zhì)的泄漏，是環(huán)境中129I的潛在來源。一般來講，核事故和核燃料后處理廠造成的129I水平增加是區(qū)域性，只有在氣候地理?xiàng)l件適宜的時(shí)候才會向全球大范圍擴(kuò)散，核武器試驗(yàn)尤其是大氣核武器試驗(yàn)是放射性物質(zhì)全球性傳輸擴(kuò)散的重要途徑。因此從理論上講，我們可以從環(huán)境樣品中獲得的放射性核素129I的異常信號來示蹤核活動的發(fā)生。

　　除此之外，還有一種放射性核素14C也是核武器試驗(yàn)的重要產(chǎn)物。14C是碳的一個(gè)長壽命放射性同位素（半衰期為5730年），除宇宙射線與大氣中的14N反應(yīng)生成的天然14C外，環(huán)境中14C主要來源于大氣核武器試驗(yàn)中的核聚變和核裂變、核電站中的活化反應(yīng)等。20世紀(jì)50年代以來的大氣核武器試驗(yàn)造成大氣中14C的濃度（通常采用Δ14C來表示，單位為‰）從-25‰提高到900‰，隨著大氣擴(kuò)散、與水圈等其他圈層的交換作用和化石源燃料燃燒等，大氣中14C濃度不斷下降到約20‰（圖4）。雖然其他放射性核素如90Sr、131I、 137Cs等也可示蹤人類核活動，但它們都是半衰期很短的核素，要么很快衰變完無法用儀器測試，要么主要以顆粒結(jié)合沉降。14C和129I這兩種核素均為長壽命放射性核素，不會很快衰變完。核武器試驗(yàn)后均以氣態(tài)形式釋放并存在于環(huán)境中，可以隨著氣團(tuán)快速傳輸。例如，2011年的日本福島核事故發(fā)生一周后，在歐洲檢測到放射性碘信號，兩周后在我國也檢測到微弱的信號。因此，129I和14C這兩種長壽命放射性核素是核試驗(yàn)和核事故的理想示蹤劑，能夠很好地評估核環(huán)境安全。

 圖4. 上世紀(jì)50年代因大氣核試驗(yàn)引起的大氣14C活度變化

　　為了能夠有效地開展我國核環(huán)境安全水平監(jiān)測工作，中國科學(xué)院地球環(huán)境研究所西安加速器質(zhì)譜中心的環(huán)境放射性研究團(tuán)隊(duì)經(jīng)過幾年努力，已經(jīng)建立了包括水、土壤、大氣、植物等多種類型樣品129I核素測試分析方法體系，為開展核環(huán)境安全水平監(jiān)測提供了有效途徑(圖5)。

圖5. 西安加速器質(zhì)譜中心建立的多種環(huán)境樣品129I分析方法體系示意

　　該團(tuán)隊(duì)曾經(jīng)對我國一個(gè)正在運(yùn)行的核電站周邊環(huán)境的129I 水平進(jìn)行了調(diào)查分析，結(jié)果與報(bào)道的大范圍環(huán)境大氣沉降本底水平一致，這說明沒有明顯可測量的129I 從核電廠排放到海水中，其周邊環(huán)境安全可靠（圖6） 

圖6. 我國某核電廠周圍環(huán)境海水、土壤樣品129I水平與報(bào)道的環(huán)境樣品對比（Zhou et al, 2013,NIMB）　　　　

　　故事說到這里人們不禁要問，這是不是意味著只要我們獲得了環(huán)境樣品中記錄的顯著129I異常信號，就能夠用來指示了人類核活動或者核試驗(yàn)的發(fā)生呢？下面就用一個(gè)鮮活的實(shí)例，來說一說“想法是多么美好，而現(xiàn)實(shí)又那么骨感”?！　?/p>

　　2017年9月3日，朝鮮宣稱成功進(jìn)行了第六次核試驗(yàn)（圖7）。我國環(huán)保部在第一時(shí)間啟動了二級應(yīng)急響應(yīng)狀態(tài)，進(jìn)行了為期8天的環(huán)境放射性監(jiān)測，但均未檢測到放射性泄露（環(huán)保部網(wǎng)站信息）。但是在朝鮮核試驗(yàn)后，利用在西安地區(qū)連續(xù)收集的大氣氣溶膠樣品，通過加速器質(zhì)譜測定放射性核素129I水平時(shí)，西安加速器質(zhì)譜中心團(tuán)隊(duì)卻發(fā)現(xiàn)了比核爆前提高了超過四倍水平的129I異常信號，直覺所帶來的興奮感會告訴你，難道這與9月3日的朝鮮第六次核試驗(yàn)有關(guān)？如果真的與核試驗(yàn)有關(guān)，為什么環(huán)保部的監(jiān)測并沒有顯示出來？如果129I信號的升高與朝鮮核武器試驗(yàn)沒有關(guān)系，那又是什么原因造成的呢？這引起了我們的重視和極大的興趣。

圖7. 朝鮮第六次核試驗(yàn)場地以及韓國民眾收看電視新聞

　　據(jù)地震分析表明，此次核試驗(yàn)與前五次試驗(yàn)一樣，都是在咸鏡北道吉州郡豐溪里試驗(yàn)場進(jìn)行的地下核試驗(yàn)（圖8）。據(jù)估計(jì)，此次核爆的威力約為108千噸TNT當(dāng)量，高于朝鮮歷屆核爆，已達(dá)到了美國1945年投放在日本長崎的“胖子”原子彈威力的3至7.8倍?！芭肿印钡谋ㄔ斐闪思s四萬人的直接死亡，約二萬五千人受傷，約7000平方米的建筑物被夷平，之后數(shù)萬人死于放射性塵埃引起的癌癥。由此可見，朝鮮第六次核試驗(yàn)的威力之大。雖然此次核試驗(yàn)為地下核試驗(yàn)，大部分放射性物質(zhì)都被封存在試驗(yàn)橫井或豎井中，但是如果存在操作失誤等問題，放射性污染物會通過山體裂縫釋放到環(huán)境中，對環(huán)境造成難以估計(jì)的輻射危害。

圖8. 朝鮮六次核爆歷史示意圖

　　根據(jù)對我們實(shí)測的氣溶膠樣品結(jié)果的再分析，朝鮮核試驗(yàn)后氣溶膠中Δ14C的值在-450‰到-627‰之間，核爆前后并未發(fā)現(xiàn)明顯差異（圖9）。實(shí)際上，從Δ14C的分析結(jié)果來看，該值遠(yuǎn)遠(yuǎn)低于西安大氣CO2中Δ14C水平（約為-20‰到-30‰），說明氣溶膠中的Δ14C主要受到化石源燃料燃燒貢獻(xiàn)的“老碳”(化石燃料經(jīng)過上億年的地質(zhì)演變形成，14C衰變殆盡，基本只含有穩(wěn)定的12C和13C，故稱老碳)影響，即使存在核爆信號也會被化石源的 “老碳”信號所掩蓋?！?/p>

　　然而，氣溶膠中129I/127I比值在核爆前（4月和8月）為(0.4-1.7)×10-8，而核爆后（9月3-11日）的比值為(0.6-8.7)×10-8，比核爆前的平均水平高出4.5倍（圖9）。高值點(diǎn)出現(xiàn)在9月5-6日和10-11日的兩次采樣中。經(jīng)過仔細(xì)的分析討論，最終通過對確定的核爆地點(diǎn)和采樣點(diǎn)的軌跡模型分析，我們發(fā)現(xiàn)，該異常信號并不是來自于朝鮮的第六次核試驗(yàn)，而是由于歐洲核燃料后處理廠排放的129I經(jīng)大氣環(huán)流系統(tǒng)（主要是西風(fēng)環(huán)流和東亞冬季風(fēng)）向我國內(nèi)陸地區(qū)的傳輸幅度增加所致。

圖9. 西安大氣氣溶膠中放射性Δ14C和129I/127I比值在朝鮮第六次核爆前后對比圖　　　　

　　至此故事逐漸變得清晰和明朗，通過對氣溶膠樣品測試數(shù)據(jù)的再分析，表明朝鮮第六次核試驗(yàn)并未發(fā)現(xiàn)明顯的核泄漏，沒有對我國內(nèi)陸地區(qū)和民眾造成輻射危害，這與我國環(huán)保局的監(jiān)測結(jié)果一致。這個(gè)實(shí)例同樣告訴我們，不能僅僅依靠從樣品中直接獲得的129I異常數(shù)據(jù)， 簡單判斷一起核試驗(yàn)事件及其所產(chǎn)生的潛在環(huán)境影響，必須通過科學(xué)、嚴(yán)謹(jǐn)?shù)臄?shù)據(jù)分析，給出有說服力的判斷?！　?/p>

　　當(dāng)然，我們應(yīng)該清醒地認(rèn)識到，經(jīng)過多次的核試驗(yàn)的破壞以及近期拆毀核試驗(yàn)場所導(dǎo)致的通道坍塌等，未來這些地區(qū)很有可能成為輻射危害來源地，對我國核環(huán)境安全產(chǎn)生影響。以中科院地球環(huán)境研究所西安加速器質(zhì)譜中心為主導(dǎo)的研究團(tuán)隊(duì)正在開展全國范圍的環(huán)境放射性精細(xì)圖譜建設(shè)工作，以建立環(huán)境放射性數(shù)據(jù)庫，并將在短期內(nèi)快速提升核事故和緊急狀況下的快速分析及應(yīng)急響應(yīng)能力，我國科學(xué)家將主動承擔(dān)起在新時(shí)代為公眾核環(huán)境安全保駕護(hù)航的歷史責(zé)任。

　　大家都聽明白了沒？？？

　　主要參考資料：

　　1.研究快報(bào)：西安9月發(fā)現(xiàn)顯著提高的放射性碘-129——是否與朝鮮第六次核試驗(yàn)有關(guān)？

　　http://www.ieecas.cn/xwdt/zhxw/201711/t20171128_4900740.html

　　2.中華人民共和國環(huán)保部.

　　2017.09.10. http://www.zhb.gov.cn/gkml/

　　3.溫聯(lián)星等，中國科大研究精確確定朝鮮2017年9月3日地下核爆位置和當(dāng)量， 2017.09.04

　　http://seis.ustc.edu.cn/2017/0903/c10094a191087/page.htm?from=timeline&isappinstalled=0