核生化装备的现状与发展探讨

核生化装备的现状与发展探讨

周 阳

中国船舶重工集团有限公司第七一○研究所，湖北 宜昌 443003

摘 要：通过分析危险源，指出了放射性、化学与生物防护的方法与装备的现状与发展趋势，包含放射性、化学与生物可靠识别方法与装备；放射性、化学与生物悬浮颗粒、气体的单兵防护装备；医药生物防护装备；洗消装备与方法。

关键词：核生化装备；现状与发展

0 引 言

当今世界的放射性、化学与生物危险源基本源自危险品生产事故、恐怖主义活动（往往会涉及到大规模杀伤性武器）以及长寿命放射性、化学与生物危险物质的全球传播。

科技进步的成就使得发达国家有能力创造适合国民居住的生存环境。然而，创造人类文明的技术圈也在无形中产生了许多危险。这些危险就自身性质来说多种多样，涉及到人类生活的方方面面。当今世界可能引发恶性后果的事件包括：大型技术事故、恐怖主义活动以及放射性、化学与生物危险物质的环境污染（铯-137、二垩英、炭疽孢子）。20-21世纪初的大规模技术事故与环境污染后果分析是上述论点的鲜明例证。在切尔诺贝利事件中几十万人罹难，几百万人被迫迁移。在白俄罗斯、乌克兰和俄罗斯的国土内出现了许多隔离区，这些地区与国家完全失去了经济联系。发生在印度博帕尔的化学物质泄漏事件导致3 000人丧生，约有20多万居民因此残废。2011年日本的地震、海啸引起严重核泄漏，超过3万人遇难，经济损失超过3 000亿美元。

为了预知危险、降低可能造成的负面影响，需要开发并广泛应用防护方法与装备。

1 放射性、化学与生物危险源

20世纪的科技革命引发许多人类活动领域的爆炸式发展，这得益于众多新型物质和材料的广泛应用，这些物质或是从核、化学、生物工艺中获取，或是应用于上述领域。农业产量的提高依赖于化学肥料和微生物农药的广泛使用。医学领域的成功则与药品、放射性物质的使用息息相关。人类的能源需求主要依赖于碳氢化合物和放射性燃料。上述所有领域都需要建设大型工业基础来保障放射性、化学及生物物质的生产、运输与使用，而许多放射性、化学及生物物质对于人类以及动植物都是有害的。

各类威胁可以归结为3种行为：1）有计划、有目的地使用危险放射性、化学及生物物质来危害人类；2）向环境中散播有毒与放射性物质，破坏工业设施和交通工具；3）利用长寿命危险放射性、化学与生物物质大肆污染环境，影响人类活动。

化学威胁出现在第1次世界大战，当时敌对各方进行艰难的阵地战，没有有效的手段来打垮对方。德军决定采用密集的毒气攻击作为突破手段。第1次化学攻击取得了战略性的成功。此后，所有参战国都开始广泛使用充填有毒物质的炮弹。化学武器的使用导致第1次世界大战的丧生人数超过100万，约有500万人不同程度地致残。

化学武器在战争中的高效性使得各国争相开展危险化学物质的研究，进而出现了多种类型的有毒化学品：神经麻痹、皮肤脓肿、窒息性、催泪以及神经性毒剂。有毒物质的扩散主要借助航空炸弹、炮弹与飞行器。从上世纪30年代开始各国（日本、美国与英国）开展化武竞赛，生物武器的研究工作也在同步进行。危险的微生物可以作为生物武器来使用，它们能引起黑死病、天花、炭疽感染、土拉杆菌病、各种类型的脑炎等其他疾病。生物环境中最危险的物质是各类毒素：肉毒杆菌毒素、蓖麻毒、破伤风梭菌等。各国都在研究使用生物武器的可能性。

同时，美国、德国和前苏联开始了核武器的研发工作，美国于1945年研发出首型武器。

第2次世界大战中使用化学、生物武器基本属于试验性质。意大利在非洲为了控制埃塞俄比亚，使用了可致皮肤脓肿的芥子气，而日本则在战俘身上试验了各种生物毒剂。美国对日本使用了核武器。

二战结束后，核、化学与细菌武器的军备竞赛仍在继续，拥有这些武器的国家数量不断上升。美国在越南战争中广泛使用了能暂时使人丧失活动能力的毒剂，以及一种植物毒素。伊拉克军队在与伊朗的军事冲突中大规模使用了化学武器。

20世纪70年代初，多国在联合国框架内开展了禁止放射性、化学与生物武器的谈判，谈判结果是发布了禁用这些武器的公约。目前，根据禁止、销毁化学武器公约，美国和俄罗斯已经开始销毁化学武器。美国和俄罗斯的核储备也显著下降。国际协议显著抑制了使用放射性、化学与生物武器的可能性。然而，正如下面要提到的事件所显示，还远远没有彻底消除这些威胁。日本的邪教分子在东京地铁站发动了沙林毒气攻击，充分证实了在人群密集的地方毒剂的大规模杀伤效果。利用邮件散发炭疽病毒的恐怖主义手段则在很多国家造成了恐慌。曾经也有过利用放射性物质进行恐怖主义活动的先例。

尽管已经达成了限制和禁止放射性、化学与生物武器的国际公约，但可以确认的是，完全杜绝恐怖主义组织、极端分子、非法武装力量使用危险武器是不可能的。

放射性、化学与生物等危险品的生产、存储与运输系统相关的工业门类属于另外一种潜在危险。有毒、放射性物质扩散的工业事故可能引发大规模伤亡，造成环境严重污染。

放射性物质泄漏，短期存在环境中的是碘-131，长期存在的是铯-137、锶-90和钚-239。

泄漏到环境中的放射性物质可能在以下5个方面影响周围居民：

1）放射性云经过时的外部伽马辐射；

2）吸收放射性物质造成内部辐射（放射性吸入危险）；

3）衣物和皮肤表层被污染造成的接触辐射；

4）沉淀在土壤表层和各种建筑物上的放射性物质造成的外部伽马辐射；

5）人类进食了被放射性物质污染后的食物和水，造成的内部辐射，以及由于风的作用导致2次吸入放射性气体。

日本福岛1号核电站的重大事故验证了放射性泄漏的危险程度。2011年3月11日日本太平洋沿岸发生了世界历史上最高震级的9.0级地震，此次灾害引发了严重的工业事故。地震后约50分钟，2次14~15米高的海啸破坏了福岛1号核电站。海啸摧毁了部分安全设备，其中应急专用配电设备和柴油发电系统失效，出现核电站全厂断电的情况。工作人员无法在短期内恢复核电站危险系统的电力供应，因此导致在10天时间内4台发电机组发生爆炸和火灾。事故导致放射性物质（铯-137和碘-131）进入大气，引发社会上的恐慌情绪。

居住在福岛1号和2号核电站周围的大量民众被撤离。起初政府宣布撤离福岛1号核电站10千米半径范围内的居民，而后又更改成20千米。3天时间内撤离了45万人。日本民众被要求戴上防护口罩，呆在家里，不能打开空调。

根据政府部门的评估，福岛1号核电站事故损失达到1 330亿美元。据专家分析，日本至少需要5年时间来重建被摧毁的基础设施。

应该指出的是，俄罗斯联邦目前拥有120多家生物技术风险评估机构，能够支配危险生物制品，其中有40%的机构位于莫斯科和莫斯科近郊区域。

长寿命放射性物质和危险化学品、生物制剂的泄漏对于环境的影响尤其危险。放射性同位素钴-60、锶-90、铯-137以及其他有毒物质，二恶英、炭疽病毒等，这些物质可长期造成伤害。

降低居民与环境的放射性、化学与生物防护安全性的主要原因在于：1）存在大量高毒性废物和废核燃料；2）没有针对放射性废物、化学与生物物质的安全处理工艺；3）用于安全存放有毒废物的仓库数量不足。

2 放射性防护方法与装备的现状与发展趋势

居民放射性防护基本方法包括：1）依靠放射性环境评估装置以及放射线量监测手段来发现放射性威胁；2）采用单人或集体防护设施，必要时使用药物防控；3）借助卫生及放射性消除手段降低放射性危险程度。

放射性防护中最重要的一环是组织并进行可靠的放射性与放射性剂量监测，利用可靠手段确保居民安全，采取高效的放射性消除装备与方法。

科学家们主要致力于研制新一代个人防护装备与放射性监测、消除装备，确保能够在放射性高的区域测量剂量，同时要研发高效率的放射性消除技术，以应对放射性污染极端情况。

之前研发出的装置包括：普通射线探测仪、能够准确记录小剂量射线的新型剂量计、同位素组成快速分析仪、使用了地理信息技术的新一代地面、空中放射性侦查设备，测量结果地图得到完善。个人防护装备不断发展，包括：防尘口罩、放射物专用防护服、自动生命保障服装、新一代放射性防护医学设备。

截至目前，已经对放射性防护的方法与技术装备以及工艺进行了现代化改进，能够有效应对放射性污染，包括放射性泄漏事故、军事行动以及放射性炸弹袭击等。

放射性防护的后续发展方向：1）提高防尘口罩的人机工程指标；2）研制小型放射性空气探测装备，使其能安装在无人机上；3）研制高效放射性消除装备。

3 化学防护方法与装备的现状与发展趋势

现有单人防护装备的防护指数分析显示，它们只能防御有毒物质、有害生物物质和放射性核素，但在没有附加防护筒的情况下实际上不能防御泄漏的危险化学品。

必须指出的是，在紧急情况下能够实现救援功能的是那些力所能及的装备。任何在紧急情况下不能使用的防护装备都是无用的。因此对单人防护装备提出的主要需求就是便携性。

研制符合当代要求的高效单人防护装备不可能不采用现代的材料和工艺设备。然而遗憾的是，大部分的技术成果都在国外应用。为了研制防护效率更高、重量更轻且工艺更完善的防毒面罩，必须采用氯丁橡胶合成技术，此外还要有专业的橡胶加工机器。

目前，研制小型多用途单人防护装备迫在眉睫，一方面这种装备可以用于居民防护，而另一方面，其具有小型化特点，因此可以置于小型公文包或女士包袋中，以应对紧急情况或恐怖主义袭击。

随着单人防护装备的发展，危险化学物质探测装置也在不断完善，能够进行有效预警。危险化学物质探测装置可划分为2类：1）用于远距离探测空气中危险化学物质的仪器；2）用于空气分析的化学检测仪器。

这一套化学检测系统能够探测有毒物质以及危险化学物质。

这些仪器的缺陷在于探测有毒物质和危险化学物质仍不够专业，且探测各种危险化学物质必须具有若干传感器，在被污染区域调整仪器也很困难。

化学监测仪器的主要发展方向是研制放射性、化学与生物环境的连续监测装置，一方面可以应用在事故区域，另一方面可监控恐怖主义现象。这些基于新科技水平的装置保障了居民安全。

当前，先进的化学检测仪器生产商研制出放射性、化学环境监测系统，用于连续监测放射性、化学环境，在恐怖主义活动及紧急情况下进行人员调度。

监测系统包括1个或若干多信道测量模块，每个模块中放有：1）放射性与化学检测器；2）温湿度传感器；3）交换与转达装置；4）蓄电池（电源）；5）信息搜集、处理与显示模块（中央处理器）；6）电缆、存储模块、仪表以及备件等。这些系统可与监视屏结合使用，实时向居民报告危险信息。

4 结束语

根据本文给出的材料可以得出结论，人口密集的特大型城市最容易出现化学、生物、放射性泄漏事故的紧急情况，因此必须发展相关预警与防护的方法与装备。