Trước thảm họa kép động đất sóng thần và chất phóng xạ thoát ra từ nhà máy điện hạt nhân người ta thấy người Nhật tỏ ra bình tĩnh và có kỷ luật. Một trong những yếu tố làm nên khả năng ứng phó thảm họa là nền giáo dục cung cấp cho họ những kiến thức căn bản, bao gồm các hiểu biết về phóng xạ nguyên tử còn gọi là bức xạ hạt nhân.
Sự phân rã hạt nhân
Căn bản vật lý cho chúng ta biết trong điều kiện bình thường một nguyên tử (atom) được tạo thành bởi các hạt điện dương proton, điện âm electron và hạt không điện neutron. Trong khi con số proton cố định cho mỗi nguyên tố (element) thì số lượng neutron có thể thay đổi tạo nên những đồng vị (isotop) khác nhau của cùng nguyên tố đó.
Trong điều kiện tự nhiên người ta thường gặp các đồng vị bền. Nhưng trong các lò phản ứng hạt nhân xuất hiện các đồng vị không bền. Để trở lại trạng thái bền các đồng vị này ngay lập tức làm thoát ra khỏi nhân ba thứ hạt có đặc tính khác nhau gọi là Alpha, Beta và Gamma. Quá trình này gọi là phân rã hạt nhân hay phản ứng phân hạch và tổ hợp các hạt tạo ra được gọi là chất phóng xạ nguyên tử (nuclear radiation).
Trong ba loại hạt này, quá trình phân rã Alpha làm bắn ra một nhân Helium gồm chỉ hai neutron và hai proton. Nhưng quá trình phân rã Beta phức tạp hơn: Khi một đồng vị có dư neutron thì một neutron sẽ chuyển hóa thành proton để trở thành nguyên tố khác đồng thời thải ra một electron và một thứ hạt căn bản gọi là neutrino; nhưng khi đồng vị thiếu neutron thì proton sẽ chuyển hóa thành neutron và làm bắn ra hạt căn bản neutrino cùng hạt positon tương tự electron nhưng có điện dương.
Khi quá trình phân rã Alpha và Beta xảy ra làm biến đổi nguyên tố ban đầu thành nguyên tố khác, các hạt nhân nguyên tử bị kích động phải tìm cách giải phóng năng lượng thừa và làm phát ra thứ ánh sáng lượng tử có năng lượng rất lớn gọi là photon, đó là quá trình phân rã phóng xạ Gamma.
Ion hóa luồng bức xạ
Một luồng bức xạ phát ra được gọi là tia phóng xạ thường có khả năng lấy đi những electron của các nguyên tử hay phân tử vật chất nằm trên đường di chuyển, biến chúng thành các phần tử mang điện gọi là ion. Nguồn năng lượng ion hóa đó rất quan trọng vì các phần tử mang điện tích có khả năng phản ứng rất nhạy nên khi xâm nhập cơ thể chúng trở thành các gốc tự do (free radical) tấn công các thể di truyền DNA bên trong tế bào.
Các hạt Alpha khá nặng nên ít khi thoát ra khỏi thanh nhiên liệu hoặc chỉ tạo nên một lớp phủ mỏng bên ngoài. Các hạt Beta nhẹ hơn có thể tạo thành tia phóng xạ làm nhiễm công nhân làm việc trong lò phản ứng nếu không được bao bọc bằng các lá nhôm, lúc bấy giờ các hạt này thâm nhập vào da và ion hóa các phân tử chất sống gây nên tổn hại tế bào. Nhưng hạt Gamma nguy hiểm nhất vì là thứ ánh sáng lượng tử có khả năng xuyên thấu nhiều centimet vỏ chì hay vỏ bê-tông và dễ dàng thoát ra khỏi lò phản ứng một khi vỏ bọc lò bị hư hại hoặc bị thủng lỗ gây nên rò rỉ.
Người ta chia các đồng vị phóng xạ tức nhóm các nguyên tố ở trong tình trạng phân rã hạt nhân làm thành ba nhóm có đời sống ngắn, trung bình và dài. Các đồng vị đời sống ngắn có thời gian bán phân rã rất nhỏ nghĩa là tốc độ phân rã ban đầu ồ ạt có thể giết chết các sinh vật tại chỗ nhưng lại không đủ thời gian để lan ra xa. Trong khi đó tác động phóng xạ của các đồng vị có đời sống dài chưa được kiểm chứng bởi nó chỉ xuất hiện ở các đời con cháu về sau. Phóng xạ của các đồng vị có đời sống trung bình phức tạp hơn bởi vừa có tác động tức thời vừa duy trì tác động này đến cả đời người.
Sự rò rỉ phóng xạ hạt nhân
Trong điều kiện hoạt động bình thường các đồng vị phóng xạ không thể thoát ra khỏi khoang nhiên liệu. Loại nước làm mát lò phản ứng đã được khử hết các thành phần muối khoáng và chất bẩn nên các hạt phóng xạ Alpha, Beta và Gamma không thể bắt gặp phân tử vật chất để ion hóa và truyền tính phóng xạ vào nước. Nhưng trong trường hợp khẩn cấp phải dùng đến các nguồn bẩn như nước biển thì nước làm mát lò bị kích hoạt nhẹ.
Nhưng điều kiện tồi tệ sẽ là khi các thanh nhiên liệu bị gãy hay lớp vỏ bọc lò phản ứng hạt nhân bị thủng, các sản phẩm phân hạch lan vào trong nước và làm cho nước này bị nhiễm phóng xạ. Trong trường hợp tồi tệ hơn, áp suất từ lò phản ứng làm bắn các chất phóng xạ ra ngoài môi trường dẫn đến thảm họa phóng xạ nguyên tử như chúng ta đã từng chứng kiến với nhà máy điện nguyên tử Chernobyl ở Nga.
Số lượng các chất phóng xạ thoát ra từ các vụ nổ nhà máy rất lớn, nhưng đa phần chúng vô hại và có thể tránh được khi ở trong nhà hay nhờ tắm rửa thật kỹ. Một số đi vào cơ thể bằng đường phổi nhưng do bán kỳ phân rã của chúng quá ngắn nên không kịp tác hại đến sức khỏe cộng đồng. Cái nguy hiểm lớn nhất trong một thảm họa phóng xạ nguyên tử nằm ở 3 loại đồng vị phóng xạ chính gồm Iodine 131 (I-131), Caesium 137 (Cs-137) và Strontium 90 (Sr-90).
Iodine 131 là đồng vị phóng xạ phát ra các hạt Beta, có đời sống ngắn với chu bỳ bán rã trong khoảng 8 ngày, dễ dàng thâm nhập cơ thể và được hấp thu bởi hạch giáp (thyroid gland) vì vậy Iodine 131 thường gây nên ung thư tuyến giáp. Để tránh bị phơi nhiễm trong trường hợp có thảm họa phóng xạ nguyên tử người ta thường dùng viên Potassium Iodide để bão hòa Iodine trước cho cơ thể khỏi hấp thu Iodine phóng xạ.
Caesium 137 là đồng vị phóng xạ đời sống trung bình có bán kỳ phân rã khoảng 30 năm. Nguyên tố này không xâm nhập cơ thể qua hơi thở mà hòa tan trong nước để vào hệ tiêu hóa rồi lưu lại trong đó khoảng 70 ngày. Người ta hay khử độc hại phóng xạ của Caesium 137 bằng súc ruột với nước phẩm màu Prussian Blue. Strontium 90 cũng là đồng vị phóng xạ có đời sống trung bình với thời kỳ bán rã trong khoảng 29 năm. Nguyên tố phóng xạ này thâm nhập cơ thể qua nước và các nguồn thức ăn thức uống đã nhiễm phóng xạ. Nó tấn công vào xương và trong trường hợp nặng gây ra ung thư tại đó.
Tác động sinh lý nhiễm xạ
Các hạt điện tích tức gốc tự do sinh ra bởi việc phơi nhiễm phóng xạ tác động lên các thể di truyền trong cơ thể gọi là DNA. Trong trường nhẹ các DNA tổn thương sẽ tự sửa chữa. Nhưng trong trường hợp nặng hơn nó không thể tự sửa chữa dẫn đến việc bất động cơ chế tự hủy nghĩa là tế bào sinh ra không thể chết đi một cách tự nhiên. Một khi cơ chế tự hủy biến mất, các tế bào liên tục phân cắt hình thành tế bào mới tạo ra các khối u có khi lành tính có khi ác tính gọi là ung thư.
Người ta đánh giá mức độ nghiêm trọng bằng liều nhiễm phóng xạ tính bằng đơn vị Sv (Sievert=1.000mSv). Sievert là tổng lượng phóng xạ của cả thời gian một người bị phơi nhiễm. Ở mức nhiễm xạ từ 250 đến 1.000mSv người ta cảm thấy nôn mửa, biếng ăn với việc tủy xương, hạch bạch huyết và lá lách bị tổn thương. Các triệu chứng tương tự sẽ tăng cao khi mức nhiễm xạ trong khoảng 1.000 đến 3.000mSv. Cơ chế phục hồi của tế bào có thể vẫn còn hoạt động nhưng không chắc chắn lắm.
Khi liều nhiễm xạ lên đến 3.000-6.000mSv thì con người nôn mửa dữ dội kèm theo chảy máu, viêm nhiễm, tiêu chảy, lột da và mất khả năng sinh sản. Bệnh nhân chỉ có thể sống sót nếu điều trị kịp thời. Trường hợp tệ hại nhất mức độ nhiễm xạ vượt quá 6.000mSv rồi trên 10.000mSv thì hệ thống thần kinh hoàn toàn bị tê liệt và khó tránh khỏi cái chết! Như vậy trong trường hợp bình thường con người không nên để bị phơi nhiễm quá 100mSv và trong trường hợp khẩn cấp mức phơi nhiễm chấp nhận được không thể vượt quá 1.000 miliSievert.
