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人手一支的輻射偵測器,是全民科學時代的濫觴,還是另一個奠基在偽科學之上的盲目潮流?

2011年福島核災以來,許多人開始積極關注核能產業的利弊得失與風險評估,除了有關於核能電廠安全問題的討論以外,也有越來越多人注意到核廢料的處理及其他核能相關設施的核洩漏問題。近年來,民間團體開始自行量測與解讀環境中的輻射,在一些網路購物與集會現場也有相關設備與平台的推廣。如同官方所提出的量測數據應該被驗證而非單純取信,此種民間的量測器材與方法,其正確程度亦值得我們深入討論。本文企圖整理近期輻射量測的相關文獻並對部分爭議與謬誤之處加以釐清。

台灣的輻射監測平台

目前台灣具一定規模的輻射監測單位或團體,筆者整理如下:

行政院原子能委員會輻射監測中心的全國環境監測

原能會自1989年起建置全國性的即時輻射監測系統,全台共計45個測站,全天候採樣並即時更新在網路上,是目前國內規模最大器材最貴的輻射監測平台。

台灣電力公司的核能設施環境輻射監測

此輻射監測網頁是台電公司在核電廠與蘭嶼儲存場,各選擇廠界上幾個點,架設測站量測輻射即時數值,選在廠界的意義,應該是因為這是一般民眾可接觸到核能設施的最近距離。

台灣環境輻射地圖

此地圖由紀錄片工作者林瑞珠女士及「台灣環境輻射走調團」維護,他們利用三種型號的儀器,總共測量1969個測點,累積大約25000個測值。這些數值可以簡單歸納出例如東北季風不影響監測數值、以及與核能設施較遠的南投雲林高雄反而是輻射強度前三高的區域,有興趣者可以自由下載原始數據並加以研究應用。你也可以在此影片中,看到林女士在2014/01/17輻射地圖APP開發研討會的簡報分享

公民輻射量測地圖

此地圖由「主婦聯盟環境保護基金會」所規劃,接受所有人自行上傳量測數據、資料與照片截圖。有興趣加入行列上傳數據者,可以在這裡看到相關教學。

公民輻射偵測回報討論區

此相片集由Facebook社群「反核部隊」所收集,由網友自行投稿輻射偵測器與背景圖片,尚未形成地圖形式。

監測的品質與可信度

進一步觀察上述五項輻射偵測地圖,會發現後三項民間版本的輻射監測,較前兩項原能會與台電的數值,高出一倍有餘。

在過去實際測量的爭議案例中,2012年9月份日本學者中生勝美與加藤洋教授發現蘭嶼數個輻射熱點劑量超過福島警戒區,與原能會和台電的監測數值相差千倍:

而另一方面的論述,財團法人核能資訊中心,也於2012年11月份邀請上述兩位日籍學者共同至蘭嶼勘查測量,並記錄始末。行政院原子能委員會爾後也於2013年7月邀請另外三位日籍學者(石黒秀治、渋谷進、森內茂)至蘭嶼測量,但查無異狀:

對於這樣的議題爭論,除了認為政府的數值是編出來的解釋以外,也有歸因為老朽核電廠或核廢料減容中心的輻射物質外洩與核廢料未妥善管理所致:

但相關論述至今僅停留在「假設與實驗」階段,尚未有足夠強力的科學證據支持相關論述。在預設政府資訊必須被質疑與檢驗的前提下,以群眾為力量的「公民監測」模式,絕對是個驗證政府資訊正確性的良好方向,但監測方式與器材因攸關到測量數值是否具有可信度,是否能經得起科學方法的考驗更是主事者與「公民科學家」應優先面對的難題

儀器是準的嗎?

在國外的例子中,近年來經營日本各地輻射監測的民間網站「Safecast[1]」即發現,不同廠牌、型號之間的儀器量測數值會有明顯差異,下圖可看到他們在同一環境下,比較四台不同儀器的測量結果。

註:筆者曾有機會能見過幾款非官方組織及個人所擁有的輻射偵測設備,在同一環境中亦有數值相異甚大的狀況。以下列兩圖為例,左圖為日本暢銷品牌Air Counter,價格親民操作容易,當時在室內量測到0.12 μSv/hr。而右圖則為手持放射性同位素識別分析儀identiFINDER 2,據聞該款分析儀要價50萬元,量測範圍與誤差都遠優於前者,除可偵測輻射強度外,更可以分析辨別放射性核種;但同時同地所量測到的數值卻僅有0.066 μSv/hr。兩儀器測量結果仍有不可忽視的差距。

對於非官方版本的輻射監測平台來說,除了林瑞珠女士所維護的台灣環境輻射地圖有部分地圖是用同一型號之設備量測,其餘平台因開放民眾自行上傳測量結果,使數據多來自數款不同廠牌與型號的偵測器。考量到在上述國內外例子中,不同款式的偵測器測量結果差異甚大,若利用多種偵測器且又未能控管實驗步驟一致性的數據收集方法,其結果難以具有科學研究或科學普及的參考價值。

而在同廠牌型號的偵測器中,以兩個非官方版地圖所使用的另一款儀器Inspector Alert為例,也曾發現在量測CRT螢幕時數值會飆高,由於該款偵測器被設計可測量α、β、γ和X射線,故量到高數值應該是因CRT螢幕內的陰極射線管在發射高速電子掃描螢幕時會產生X光的緣故[2][3],但該款儀器無法分辨所量測到的游離輻射種類為何,從而提高了環境中輻射值的判讀的難度。(不過,如果量到那麼高,就趕快逃走或是不要抱著螢幕就好XD)

註:有一台烏克蘭製「СИНТЭКС ДБГБ-01С Д03ИMETP БbITOBOИ」筆者因為連這是哪國文字都搞不清楚… 沒有辦法查到技術文件,若您知道非常歡迎補充給我…

再以日本熱門銷售的Air Counter_S為例,其測量範圍為0.05~9.99 μSv/hr,該廠牌與型號因為售價便宜且操作簡單、讀取容易,不乏公眾人物所使用(例:反核!蔡康永要求全面廢核 現量輻射值嚇壞人 – NOWNEWS),也在上述三個民間版本的輻射偵測地圖中都可見其身影。

但是,該款偵測器的技術規格載明其誤差為±20%(以單價來看這樣的誤差表現其實蠻不錯的),原理為利用矽半導體來量測輻射劑量。以半導體量測輻射劑量的優點是因為半導體要產生一個離子對所需的能量(W值)為3.6eV(Si),相較之下氣體中的相應數字約為30eV,因而有更好的能量解析度(energy resolution),也因半導體體積小,近年來開始被運用於個人用電子劑量計(silicon diode personal electronic)。但是,半導體敏感的優點也讓他特別容易受到微波、溫度等環境影響,反而不利於偵測環境中些微的輻射變化。

在實際量測的部分,林瑞珠女士也發現該款偵測器容易受到電磁波影響,測量時手機與電腦等電器需放置於兩公尺以外,且人潮聚集與廣播喇叭處均會受到干擾 [4]。在日本也有人針對該廠牌的輻射偵測器做電磁波與振動影響的實驗評比

下圖為林瑞珠女士比較同一房間不同位置的測量結果,可看出三台儀器的量測數值有明顯差距。筆者推測造成這樣的差異,原因可能有房屋內建材成分、偵測器與建材距離、偵測器品質與誤差、電磁波干擾等眾多原因所致。因此該類儀器的適合使用時機,應較適用於輻射屋與輻射物質的初步確認或是有較大規模核洩漏時警告用,若利用該類型的「入門款」儀器的數值作為判讀環境輻射的工具,應優先考量此類儀器的誤差過大且在測量範圍下限區域時易受干擾之限制。

註:若要判斷核能設施是否有洩漏,除了以劑量來考慮以外,由於核電廠的核分裂產物以鈷-60、錳-54、碘-131、氙-133為主,和天然背景輻射的來源核種鉀-40、鈾-238、釷-232、銣-87及氡氣等截然不同,因此利用上述有提到的核種分析儀器會是恰當的作法。

每小時超過0.11μSv,就超標有危險嗎!?

進一步討論量測讀數的意義。近來開始聽到有人主張「根據國際輻射防護協會的標準,一般人每年累積輻射不能超過1毫西弗」 – 周振元或是「即使忍受容許基準的1毫西弗/年,台灣兩千萬人每年仍有1千人是因為擁有核電而致癌死亡。」- 劉黎兒

這樣的論點乍看之下是正確的,各國法規與許多研究指出致癌率與輻射劑量有正相關,且為簡化危險評估與防護判斷而採用無劑量低限值的假設模型(線性無閾值模型 LNT: linear non- threshold theory,關於進一步資訊,建議參考:輻射到底有多毒? – 三分鐘科學):以車諾比事件來說,白俄羅斯各地區居民在核災後的甲狀腺致癌比率有顯著提升 [5];一篇針對低劑量游離輻射與致癌風險的經典研究文獻指出,在日本原爆倖存者中,接受低劑量(5~125 mSv、平均34 mSv)輻射暴露者,會明顯增加癌症發生率(EER for group ≃ 0.025) [6];日本研究團隊也將小鼠長期(400天)曝露於低劑量(1.1 mGy/day)的γ射線,發現小鼠會因多種原發性腫瘤的產生而死亡 [7]。但是,相關研究所使用輻射劑量與所定義的「低劑量」輻射,仍至少數百倍於1 mSv/yr為標準的觀點。

而從國內外的法規與建議來看,我國的法規「游離輻射防護安全標準」第12條即規定:「輻射作業造成一般人之年劑量限度,依下列規定:一、有效劑量不得超過一毫西弗。[8]」而美國環保署(USEPA)也規範了一般大眾每年可接受的人工輻射為100 mRem(100 mRem = 1 mSv) [9],國際輻射防護委員會(ICRP)同時建議一般大眾每人每年的額外接受輻射劑量為1 mSv [10]。美國國家輻射防護和度量委員會(NCRP)亦建議,在有連續或頻繁曝露輻射的狀況下,每人每年的額外劑量限度為1 mSv,背景輻射與放射線醫療則不在此限。但若並非連續或頻繁曝露,則劑量限度可提高為每年5 mSv [11]。(註:有說法指出,以上研究文獻與建議有可能因核能相關產業龐大而左右研究成果,讀者需自行斟酌判斷,亦可參見STS領域的討論。)

以1 mSv/yr的標準來看,即為平均0.114 μSv/hr。似乎略低於上列民間組織在各地的輻射量測數值。也是「每小時0.11微西弗累積1年,就超標」這樣論點的主要依據。但仔細留意這樣的規定和建議,會發現這是對於人工輻射的限制,自然背景輻射、放射醫療其實並不在此限。

先考慮自然背景輻射,由聯合國原子輻射效應科學委員會(UNSCEAR)與EPA的報告指出,全球天然輻射的有效劑量平均值為2.4 mSv/yr [12][13],換算為0.27 μSv/hr。而台灣地區的天然輻射值為1.62 mSv/yr [14],換算為平均0.18 μSv/hr。

圖表來源:台灣地區天然背景輻射介紹 – 陳清江「物理雙月刊」 (2001)

再進一步分析天然輻射的組成,亦有論點指出天然輻射應區分體內曝露與體外曝露,而在體外曝露的部分「超過0.07微西弗/時就是超標了」。分析天然輻射的組成,由下表可看出天然輻射劑量來自於宇宙射線、地表體外曝露、地表體內核種曝露、氡氣吸入與攝入的總和。若僅考量體外輻射曝露部分,則應採計前兩項的總和,因此可量測到的有效劑量應為 0.9 mSv/yr (全球平均0.85 mSv/yr),換算為平均0.103 μSv/hr (全球平均0.097 μSv/hr)。

但除了天然輻射以外,我們的環境中仍有人工造成的輻射物質(註:猜猜看人類引爆過多少顆核彈?),根據輻射偵測中心自民國81年至民國87年的報告指出,我國國民輻射劑量總值為平均2.44 mSv/yr [15] (全球平均 3.1 mSv/yr [16]、美國6.24 mSv/yr [17]、日本3.83 mSv/yr [18]),此數值為天然輻射與人造輻射的總和。而人造輻射又可細分為醫用輻射、放射性落塵、職業曝露、雜項射源及核子設施共五項。其中醫療用輻射比重最大,平均每人為0.81 mSv/yr,其餘四項總和則為0.01 mSv/yr [15],換算為0.001 μSv/hr,數值過小仍不足以影響結果。

因此,在忽略前文所提及之實驗儀器與測量方式的缺陷,而假設數據一定有效的前提下,以量測到「每小時0.11微西弗累積1年,就超標」這樣的論述做為輻射防護的安全標準,是對原始文獻有嚴重的錯誤解讀,更與大自然現狀相悖。

如果想進一步了解不同劑量的輻射的法規設定或是對於人體的影響等,筆者非常推薦由資料視覺化程式設計師李慕約所設計的「輻射劑量換算表」與癮科學所翻譯的「輻射劑量圖」。

 

為什麼官方數據還是低那麼多?

但是,若以前文所提到的台灣地區天然輻射體外曝露值(宇宙射線+地表體外曝露)為平均0.103 μSv/hr來看的話,原能會的全國環境監測所量到的各地數值卻在0.04~0.08 μSv/hr之間,這其中仍有相當大的落差值得進一步深究(謎之音:難道被產官學萬惡集合體給鬼隱了嗎?)

原能會的全國環境監測網站之數據來自於45個「環境加馬輻射偵測站」,設備組成為一個離地面一公尺左右的γ射線偵測器(主要使用型號為蓋革管 INER ERM-GB,亦有高壓游離腔 REUTER STOKE RSS131(User’s Manual)、比例計數器 IGS510A [19])以及資料收集模組和上網數據機。如果點進網頁看看這些環境監測站,均設置在戶外的露天金屬箱內。但地表體外曝露(地表加馬輻射)0.64 mSv/yr這項數值,其實是室內有效劑量0.57 mSv/yr與室外有效劑量 0.07 mSv/yr的加總 [14](註:室內較高的原因是因為天然建材中就會含有微量輻射)。因此,就過去的調查數據,戶外的的環境監測平均值應為0.33 mSv/yr,換算為0.038μSv/hr,以此數據來看,今日原能會在各地的實際環境監測數值則略高於此調查平均值。(註:今日環境監測的器材與過去調查用器材方法其實並不一樣,因此需再考量器材與方法所造成的差異,僅能作為一個初步的參考資料。)

另外,此處特別值得關注的是,本文所引用的台灣地區普查數據,多為1980~1995年間所量測完成,欠缺近20年來較新的研究報告。儘管是2012年的清大開放式課程教材仍採用1998年的調查結果。這可能是因為筆者資料搜尋能力不足,或是該調查數據確實沒有更新必要。筆者也訪談了幾位輻射防護領域的產學界工作者,得知其一原因是過去國內環境量測的主力之一陳清江教授,近年來已不再著力於全國性的輻射調查,導致相關資源與人力出現斷層。也因此,若想解釋上述實際環境監測數值高於過去調查平均值一事,除了歸因為尚無實證的核洩漏等疑慮以外,也須考量時隔20年後的全球環境改變及量測技術提升等諸多變因。

總結  (如果按了end懶得全部看完就直接看這一段吧…)

綜觀今日各官方與民間的輻射測量平台及近年能見度較高的相關論述。筆者認為:

  1. 參與輻射測量公民須優先面對不同型號儀器的設計規格與參數設定差異,並新增儀器校正步驟。需統一量測方式並多次測量以讓數據具有統計上的意義。且對於廉價儀器須留意誤差過高與在測量範圍下限區域時易受干擾之限制。
  2. 對於0.11 μSv/hr (1 mSv/yr)的超標論點,是對原始文獻及相關法規有嚴重的錯誤解讀,更與大自然現狀相悖,以此為論述者應盡速修正。
  3. 就現有各平台的輻射測量設備與已量測資料,無法看出與核能相關設施的地域相關性,所量測的數值也低於世界天然輻射背景值,因此仍不足以佐證「國內核能設施有洩漏」以及「台灣輻射劑量高而導致癌症」等類似論點。
  4. 對於原能會的全國環境監測,儘管有定期校正且量測即時,但測量數據因受儀器限制無法真實反映人體實際吸收數值,應該清楚說明量測數值(體外曝露)涵義,另建議可再加上宇宙射線、體內曝露、氡氣、人工輻射的參考值以方便民眾了解環境現狀。
  5. 台灣地區的自然及人工輻射普查報告均已歷時過久,且可能有學術研究的人力斷層。鑒於近年來興起的諸多環境輻射關注,筆者認為原能會或國內輻射防護相關科系可考慮更詳細說明研究成果或重新調查國內自然及人工的輻射現況。

後記

核能存廢議題在這幾年來有著相當激烈的討論與吵架,但是就算我國未來決定停止使用核能,我們仍須面對已經製造出來的核廢料、放射線應用的原料與副產物,以及周遭國家核子設施的洩漏風險。也因此,一個有效、易懂且可信的環境輻射監測平台,除有助於健康安全的把關,也可以避免不必要的憂慮而造成的資源浪費與心理壓力。希望本篇文章能有助於關心此議題的朋友釐清現狀,遏止錯誤的論述散布,並為推動各輻射監測平台改良盡棉薄之力。

我們處於令人傷心的年代,化解偏見比分解原子還難。   愛因斯坦
It is a sad age when it is more difficult to break a prejudice than an atom.  Albert Einstein

參考資料與推薦閱讀

  1. 關於Safecast,他們將政府、非政府與公民科學家的核輻射監測資料整合在網站上,以減少輻射監測的缺口,並以集資創業的方式在日本各地增設輻射測量裝置,想進一步了解,你可以參考「Safecast:改善日本的輻射監測 – 泛科學」這篇文章的介紹。
  2. 游離輻射的來源 – 張寶樹 (2013)
  3. Cathode ray tube「Wikipeida」
  4. 此計畫使用輻射偵測器介紹 – 台灣環境輻射地圖
  5. Howe, Geoffrey R. “Lung cancer mortality between 1950 and 1987 after exposure to fractionated moderate-dose-rate ionizing radiation in the Canadian fluoroscopy cohort study and a comparison with lung cancer mortality in the atomic bomb survivors study." Radiation research 142.3 (1995): 295-304.
  6. Brenner, David J., et al. “Cancer risks attributable to low doses of ionizing radiation: assessing what we really know." Proceedings of the National Academy of Sciences 100.24 (2003): 13761-13766.
  7. Tanaka III, I. B., et al. “Cause of death and neoplasia in mice continuously exposed to very low dose rates of gamma rays." Radiation research 167.4 (2007): 417-437.
  8. 游離輻射防護安全標準 – 行政院原子能委員會
  9. Radiation Protection / Health Effect – USEPA
  10. “The 2007 Recommendations of the International Commission on Radiological Protection". Annals of the ICRP. ICRP publication 103 37 (2–4). 2007. (註:有中文版 part 1, part 2)
  11. Recent Applications of the NCRP Public Dose Limit Recommendation for Ionizing Radiation – NCRP (2004)
  12. Report of the United Nations Scientific Committee on the Effects of Atomic Radiation to the General Assembly – UNSCEAR
  13. Sources and Effects of Iopnizing Radiation Vol.2 – UNSCEAR (2008)
  14. 台灣地區天然背景輻射介紹 – 陳清江「物理雙月刊」 (2001)
  15. 輻射防護簡訊34 – 財團法人輻射防護協會 (1998)
  16. Sources and Effects of Ionizing Radiation Vol.1 – UNSCEAR (2008)
  17. Ionizing Radiation Exposure of the Population of the United States – NCRP (2012)
  18. “Radiation in environment" – Ministry of Education, Culture, Sports, Science, and Technology of Japan (1992)
  19. 台灣地區核能設施環境輻射監測年報 101年1月至12月 – 行政院原子能委員會輻射偵測中心
  20. 輻射其實離我們很近—輻射與生活 – 張仕康、門立中「科學月刊」 (2011)
  21. 日本輻射外洩,會影響我們嗎? – 李明揚「科學人雜誌」 (2011)
  22. 漫談生活中的輻射 – 中華民國核能學會 (2003)
  23. 火力發電比核電害死更多人? – 彭明輝 (2013)
  24. 核能發電已經拯救上百萬人的生命 – 張清浩「泛科學」 (2013)
  25. Radiobiology for the Radiologist 7th – Eric J. Hall (2012)
  26. 分子輻射生物學 – 黃正仲 (2011)
  27. Principles of Radiation Interactions – MIT Open Course Ware (2004)

關於輻射量測的原理,由於寫再多字也不會有稿費已經有許多成熟的教材與學術文獻,整理如下以供有興趣進一步了解的朋友使用:

科技大觀園延伸閱讀:

也可以上科技大觀園搜尋「核能」

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關於作者

廖英凱

非典型的不務正業者,對資訊與真相有詭異的渴望與執著,夢想能做出鋼鐵人或心靈史學。