放射線物質の環境中での移行

放射線物質の環境中での移行

筑波大学生命環境科学系 恩田裕一

恩 裕

核実験起源の

Fallout

Fallout

Cs 137

^{30 2}

Cs-137

^30.2

起源：

1950

1960

Fallout Record 1600

800 1200

/m^2

0 400 800

Bq/

0

1958 1963 1968 1973 1978 1983 1988 1993

Walling (2003) modified

およそ合計

5kBq/m2

5kBq/m2

環境同位体を使った土壌侵食研究 ₁₃₇

_Cs

（半減期

30

土壌粒子に吸着

土壌と共に移動 土壌と共に移動

137

Cs

土壌粒子に吸着

土壌侵食の研究に有用

土壌粒子に吸着

放射性同位体分析による土壌侵食量の推定原理 放射性同位体分析による土壌侵食量の推定原理

サンプリング地点の

サンプリング地点の¹³⁷¹³⁷CsCsインベントリーインベントリー ((

A A A A

*インベントリー;単位面積あたりの存在量 (Bq m^-2) サンプリング地点の

サンプリング地点の¹³⁷¹³⁷CsCsインベントリインベントリ ( ( 

A A

, A , A

リファレンスサイトのインベントリー ((

A A

重要なポイント

„

Bq/m 2 ²

→

→

inventory)

„

Bq/kg

„

Bq/kg

→

(concentration)

深度分布がある 採取深さ よ かよう 深度分布があるので，採取深さによっていかように も変わります

Pb-210

Cs-137

•土壌中ウラン238の壊変

（地殻起源核種）

•恒常的に降下

222Rn

濃度 ¹

ガス態で拡散 •大気圏内核実験

（人為起源核種）

•1950-60年代に降下 大気降下成分

（過剰Pb-210, ²¹⁰Pb_ex ）

210Pb

0 100 200 300

0

5

Cs-137濃度 (Bq kg^-1)

0 500 1000 1500

Pb-210_ex濃度 (Bq kg^-1)

大気降下 222Rn

210Pb_ex

137Cs

5

10

の深さ (cm)

Cs-137 Pb-210_ex

侵食・堆積 210Pb

226Ra

原位置生成成分

15

20

土壌表面から

（Supported Pb-210）

238U

25

30

•Fukuyama, T. et al. (2010) Hydrological Processes, 24(5), 596-607. doi: 10.1002/hyp.7554

•恩田裕一（編）(2008): 『人工林荒廃と水土砂流出の実態』岩波書店

放射性降下物セシウム137と鉛210の陸域での挙動と未かく乱土壌 での深度分布

Cs-137濃度 (Bq kg^-1)

cm)

0 100 200 300 0

611 Bq m^{-2 6}

6 土壌の深さ (c

10 20

2 9 t ha^-1 y^-1 1128 Bq m^-2 3.7 t ha^-1 y^-1 611 Bq m

5

5 4

3 2

30

1.4 t ha^-1 y^-1 2071 Bq m^-2 2.9 t ha y

4

2 1

2.1 t ha^-1 y^-1 1586 Bq m^-2

2 3

2.0 t ha^-1 y^-1 1666 Bq m^-2

1 2

標高(m) 0.3 t ha^-1 y^-1

2784 Bq m^{-2 1}

セシウム137の深度分布と侵食土砂量の平面分布 セシウム137の深度分布と侵食土砂量の平面分布

Fukuyama, T., Onda, Y., Takenaka, C., and Walling. D.E. (2008) Journal of

Geophysical Research, Earth Surface 113, F02007, doi:10.1029/2006JF000657.

スクレ パ プレイト

スクレーパープレイト

川俣町調査結果 俣 果

1cmまで64% 1cmまで64% 1cmまで54%

2cmまで87% 2cmまで87% 2cmまで79%

5cmまで98% 5cmまで98% 5cmまで100%

5cmまで98% 5cmまで98% 5cmまで100%

半減期30年 半減期2年 半減期8日 5cmまでサンプリングすればほぼすべての蓄積量（inventory)

半減期30年 半減期 年 半減期

Kato, H., et al., Depth distribution of 137Cs, 134Cs, and 131I in soil profile after Fukushima Daiichi Nuclear Power Plant Accident, Journal of Environmental Radioactivity (2011), doi:10.1016/j.jenvrad.2011.10.003

文部科学省放射線量等分布マップ拡大サイト 文部科学省放射線量等分布 ップ拡大サイト

http://ramap.jaea.go.jp/map/

環境中での移行

移行過程の予測のための基礎データ・関係式,  モデル研究のための初期値・パラメータを提供

環境中での移行

土壌侵食にともなう放射性核種の土 壌側方移動の定量化

筑波大

東工大・茨城大・気象研

放射性物質を含む土壌微粒子の 巻き上げの測定

森林から土壌への 放射性核種の移行の実態解明

ポータブルゲルマニウム検出器に 筑波大

野外での核種量測定

今後の放射性物質の移動の予測 Air-Borne センサー校正に利用 筑波大・東工大

Cs-134,137, I-131放射性核種の存在量，

下方浸透の実態把握 筑波大 東 大

土壌から河川，湖沼，河川から海洋への放 射性核種負荷量の算出

Cs-134,137

水の放射性核種の超高精度測定 気象研

筑波大・広島大 気象研

流出土砂・流出水の測定

スクレーパープレートによる 5mm間隔での核種存在量測定 京都大

気象研

23 筑波大・広島大

http://fmwse.suiri.tsukuba.ac.jp/

ハイボリウムサンプラー：

沈積した放射性物質の巻き上げ測定

ローボリウムサンプラー：

沈積した放射性物質の巻き上げ測定

土壌侵食プロット：

放射性核種の移動を観測

タワー：

気象観 放射線 定 ダ 収集 気象観測/放射線測定/ダスト収集/

樹木から土壌への移行

雨量計：

土砂の移動/レーダー等の検証

井戸：

土壌水分から地下水への移行を モニタリング

風向風速計：

風向とともに風速を計測

三角堰―河川水・湧水サンプリング：

土壌水＞地下水＞湧水＞河川水移行調査

川俣町 山木屋地区（計画的避難区域） 25

Fallout

Leaf-fall Throughfall Stemflow

Leaf fall

森林 核種分布状態 移行過程 解析 森林での核種分布状態・移行過程の解析

●森林から土壌への放射性核種の移行の実態を解明する。

森林タワーにおけるポータブルゲ ルマニウム検出器を用いた放射 能測定

林床面モニタリング

樹幹流、林内雨、リターの計測

27広葉樹 スギ壮齢林 スギ若齢林 ^{土壌水の採水}

http://fmwse.suiri.tsukuba.ac.jp/

福島予備調査 (Cs-137

1000 kBq/m

)

隣接する森林（スギ）と牧草 地にトランセクトを設け，U-8容 器を直接差し込む方法 境

4159980

4159985 F20

F15

器を直接差し込む方法で，境 F10

界から5m間隔（それぞれ20m まで）で5cm深の土壌を採取し た

4159970 4159975

orthing 森林

F10 F5

た。 G5

4159955 4159960 4159965

No N

牧草地

G10 G15 G20

4159950

475075 475080 475085 475090 475095 475100 475105 475110

Easting ^(m)

森林-牧草地境界

g

図 土壌サンプリング地点の位置図

土壌サンプリングを 土壌サンプリングを 行ったトランセクト 行ったトランセクト

スギ林の林床 スギ林の林床

・樹冠の状態

・樹冠の状態

ヨウ素は ほぼ林床まで落ちるが セシウムは 7割方スギ樹体に吸着 ヨウ素は，ほぼ林床まで落ちるが，セシウムは，7割方スギ樹体に吸着

タワー観測結果(スギ壮齢林）

32

タワー観測結果(スギ若齢林）

33

タワー観測結果(広葉樹林）

34

広葉樹混交林

インベントリ分布

スギ若齢林

インベントリ分布

スギ壮齢林

インベントリ分布

林外雨・林内雨 林外雨 林内雨

樹幹流 林内雨 リターの計測 樹幹流、林内雨、リタ の計測

スギ林サイトの林外雨 広葉樹混合林サイトの林外雨 スギ壮齢林の林内雨 スギ若齢林の林内雨 広葉樹混合林の林内雨

Cs-134濃度 Cs-137濃度 Cs-134濃度 Cs-137濃度 Cs-134濃度 Cs-137濃度 Cs-134濃度 Cs-137濃度 Cs-134濃度 Cs-137濃度

(Bq/L) (Bq/L) (Bq/L) (Bq/L) (Bq/L) (Bq/L) (Bq/L) (Bq/L) (Bq/L) (Bq/L)

2011/07/03 ~ 07/10 34.5 47.5 14.8 17.0 37.3 49.2

2011/07/10 ~ 07/23 242.2 327.3 145.4 183.8 24.5 29.5 0.7 1.4 0.3 0.3

期間

2011/07/23 ~ 08/01 65.3 82.9 60.5 72.6 11.9 14.2 0.5 0.5 0.1 0.2

2011/08/01 ~ 08/06 73.4 87.6 77.5 98.1 30.8 39.1 0.4 0.3 0.3 0.3

2011/08/06 ~ 08/12 104.8 139.2 81.9 106.2 67.0 86.2

2011/08/12 ~ 08/19 243.2 309.7 73.7 88.6 32.0 39.5

2011/08/19 ~ 08/23 126.5 171.9 48.5 66.7 8.1 12.2

林外雨

川俣理工・針葉樹林［スギ林］

林外雨

3

）

川俣理工 針葉樹林［スギ林］

1 2

Activity（Bq/kg）

Cs-134 Cs-137

0

11/7/15 11/7/23 11/8/1 11/8/6

A

3

山木屋小学校・広葉樹林

2 3

Bq/kg）

Activity（B 1

Cs-134 Cs-137

0

11/7/23 11/8/1 11/8/6

河川への移行

川底土：

比較のためには，放射性同位体濃度の粒度補正が必要 比較のため は，放射性同位体濃度の粒度補 が必要

○セシウムは細粒な土壌粒子に吸着されやすい（比表面積が大きいため）

○基準粒度を決定し，粒度組成の違いによる放射性同位体濃度への影響を補正

⎟ ⎠

⎜ ⎞

⎝

= ⎛

位体濃度 供給源土壌の放射性同

度 土砂の放射性同位体濃

Ratio

Enrichment

■堆積土砂の粒度補正係数

P’

⎠

⎝

（He and Walling (1996) を改変）

v

S

P ⎟ ⎞

⎜ ⎛ '

■堆積土砂の粒度補正係数

P’

ms ds

P S ⎟⎟

⎜⎜ ⎠

= ⎝ '

ここで，

S_ds；堆積土砂の比表面積 (m²/g)

S ；運搬される土砂の比表面積 (m²/g) S_ms；運搬される土砂の比表面積 (m /g)

v；放射性核種の土壌粒子への吸着特性をあらわす定数

（¹³⁷Csは0.65；イギリス，デボンの土壌の場合）

川底土 比表面積と放射性同位体濃度の関係 川底土：比表面積と放射性同位体濃度の関係

土壌中のCs-137濃度は，比表 面積の0.65乗に比例

He and Walling (1996) Journal of Environmental Radioactivity, Vol. 30, pp. 117-137.

セシウムは細粒な土壌粒子に吸着されやすい セシウムは細粒な土壌粒子に吸着されやすい

（実際には も と差が大きくなります）

（実際には，もっと差が大きくなります）

細粒粒子が集積すると

Cs-137

100

→

高濃度のセシウム

(Bq/kg)

重要なポイント

„

Bq/m 2 ²

→

→

inventory)

„

Bq/kg

„

Bq/kg

→

(concentration)

深度分布がある 採取深さ よ かよう 深度分布があるので，採取深さによっていかように も変わります

タ）Bq/kg

河川水Cs-137濃度と

底質のCs 137濃度の関係

y = 6834x + 1008.3 R² = 0.8294 14000

16000

底土・生データ

底質のCs-137濃度の関係 (1回目採取）

6000 8000 10000 12000

7濃度（川底

0 2000 4000 6000

gCs-137

Cs-137濃度（河川水） Bq/L

16000 0

0 0.5 1 1.5 2 2.5

径補正）Bq/kg

y = 7740.7x - 928.79 R² = 0.883 12000

14000 16000

川底土・粒径

8000 10000

-137濃度（川

2000 4000 6000

粒度補正をすると河川水のCs- 137濃度と底質のCs-137濃度の 間に良い相関！

Cs-

Cs-137濃度（河川水） Bq/L

0

0 0.5 1 1.5 2 2.5

土壌水。地下水，河川水への移行

土壌侵食に伴う放射性核種の移行

1ヶ月半の調査 降雨量 261mm

緩勾配畑 0 263%

Cs-137流出率

緩勾配畑 0.263%

急勾配畑 0.048%

採草値 0.029%

牧草地 0 008%

牧草地 0.008%

スギ若齢林 0.058%

川・海への放射性核種の移行

浮遊砂中の放射性セシウムの平均濃度

ほとんどが浮遊砂として海に流出

ほとんどが浮遊砂として海に流出

まとめ まとめ

・

林内雨は今も高い放射性核種

・井戸水・河川水への移行は少ない

河川水中の

C 137/134

C 137 134

・河川水中の

Cs-137/134

Cs-137

134

土壌侵食による放射性核種の除去はそれほど大きくな

・土壌侵食による放射性核種の除去はそれほど大きくな い

浮遊砂には多くの放射性物質が流下している可能性あ

・浮遊砂には多くの放射性物質が流下している可能性あ る。（細粒物質にセシウムが吸着しやすいため）

ある地域の蓄積量を表す場合は インベントリ（

B /

・ある地域の蓄積量を表す場合は，インベントリ（

Bq/m

・細粒物質の集積による高濃度地点と原発事故による沈 着量を区別が必要

着量を区別が必要。

プロジェクト

HP: http://fmwse.suiri.tsukuba.ac.jp/