福島第一原発周辺の放射線量の測定方法と放射能地質汚染の研究

※Fig. 1〜7はクリックすると別画面で大きく表示できます。

１　はじめに
   今回の福島第一原子力発電所の事故に伴って大気中に放出された放射性物質は，自然の営力によって拡散し降下・沈積しているので，気象条件（雨，風など）・地形（山地，丘陵，斜面の方向や傾斜，表流水の集積しやすいところなど）・植生（広葉樹、常緑樹、草地など）・地質条件（土粒子の粒度分布，岩種，多孔質の差など）・土地利用（森林，耕作地，宅地など）により分布（堆積）状況が異なるはずである．実測される放射線量は，表層の植生や微地形，地質条件によっても影響を受けていることが考えられるが，ほとんどの場合画一的な調査を行っている．これは土壌汚染対策法と同じで，自然の法則を無視した方法である．また，地上高50cm，1mで測定する方法では必ずしも堆積の場での測定では無く，高くなればなるほど（空気による吸収があるが，遠方からの放射線の放射線量（率）に対する寄与が相対的に大きくなるため）情報がぼやけてくる．今回のように広域に降下・沈積している放射性物質による地質汚染の場合，最も適切な測定方法と測点設定などの調査手法を立案することが課題である．
測定機器
  調査員　：　総勢42名
  携帯型放射線量測定装置：[1]RT-30（GEORADIS社　携帯型放射線量・成分測定装置ガンマ線スペクトロメータ）1台，[2]Radi（堀場製作所製PA-1000）3台，[3]エアカウンター（エステー（株））1台，[4]エアカウンターS（エステー（株））1台，[5]LK3600（中国製，GM型計数管）1台　合計7台を使用した．地層の放射能強度測定は堀場製「放射能簡易測定キット（PA-K）」を用いた．
調査方法
(1)福島第一原子力発電所から放出された放射性物質による放射線量分布図を作成するために，車載機による広域的な空間放射線量(率)を測定した．
(2)計画的避難地域に指定されている福島県南相馬郡飯舘村二枚橋の農用地・宅地を借り受け空間放射線量(率)・表層汚染調査等の現地調査を実施した．
(3)調査期間：2月20日〜3月4日

２　広域的な空間放射線量(率)の測定
   2011年3月11日に発生した東京電力福島第一原子力発電所事故から，調査時点でほぼ1年になる．関東，東北(福島のみ)の国道・県道をくまなく測定した結果，この1年間で二つの巨大な放射能汚染地域があることが判明した．福島原発から放出された放射性物質は福島県だけでなく，栃木県，群馬県，茨城県，千葉県，東京都まで拡散し，汚染地域が連なる広域汚染地帯を形成している．放射性物質は2つの巨大プリュームとして検出され，一つは福島原発から北西に延び福島市から南下して栃木・群馬へと広がるフクトグン−プリューム（FukuToGun Plume），もう一つは福島原発から南下して茨城−千葉−東京へと広がるチバラキト−プリューム（ChIbarakiTo Plume)である(Fig.1，2，楡井2011)．
   放射線測定は，GEORADIS社製RT-30とGPSからなる測定システムChIbarakiNo.1を車内（地表面上ほぼ80cm）に搭載し，一般道，高速道路を福島から関東地方にかけて車で走行しながら行った．しかし，車内での測定であり，車体自体による放射線の吸収による放射線量の減衰があるため，測定値を補正して屋外に対応する線量に換算した(Fig.3)．

Fig.1. フクトグン−プリューム（FukuToGun Plume）.	Fig.2. チバラキト−プリューム(ChIbarakiTo Plume).測定はRT-30(GEORADIS社製)を車内に搭載し，走行しながら行った．車内では線量が減衰するため，補正をする必要がある．図中の線量は係数（別図参照）を掛け，屋外と同じレベルになるよう補正した値である．	Fig.3. 屋外に対応する線量換算.

３　農用地・宅地の空間放射線量(率)調査・表層汚染調査等の現地調査
   福島県の現地測定箇所の選定については，放射性物質の分布状況から判断して，高濃度で広範囲に広がっているフクトグンプリュームで，このような特異な分布形態になった原因を解明する目的として，阿武隈山地の中央分水界の東側斜面を選んだ(Fig.4)．
   調査地での測定はChIbarakiNo.1で調査地周辺の核種分析とRadi等で調査地内の地表および1m高さの空間放射線量(率)の測定と地表面下の放射線量測定を行った．地表面下の測定に当たっては周辺の影響を受けないように簡易的に測定する方法を確立する目的でタングステンシートや鉛板で簡単なコリメータを自作して測定した (Fig.5)．タングステンシートは1面遮蔽であるが，鉛は3面遮蔽にして測定した結果，3面遮蔽の方が効果は大であった．遮蔽効果を比較できるように測定器は堀場製のPA-1000（Radi）を2台用いた．現在，さらに改良を加えた補助装置を制作・検証中である．

Fig.4. 福島第一原発からの空間放射線量(率).	Fig.5. 垂直方向の放射線量(率)測定（左はタングステンシート、右は鉛）.タングステンシートは50mm×50mm，t=1.2mmのもの8枚使用.

（１）地質汚染調査に基づいた放射線量単元調査
   原発事故により広範囲に汚染された地域では，計算上の放射線量率の値は測定する高さで変化しないと考えられるので，50cm〜1mの高さで測定されている（環境省，2011）．但し，計算値は，理想化された条件下で計算されているものであり，現場での測定値を考える場合は注意が必要である．実際に，地表面で測定した値と高さ50cmや1mでの計算上の値でも違いがある（東京都健康安全研究センター，2011）．理論計算する場合の条件は，無限遠の平坦面を考え，かつ放射性物質が平坦面上に均一に分布している場合で，さらに放射線を遮蔽する障害物（建物などの構造物や樹木，あるいは地面の凸凹など）がないといった非現実的なものである（田崎晴明，2011）．今回の福島第一原発の事故で大気中に放出された放射性物質は自然の営力によって広範な地域に拡散しているので，気象条件・地形・植生・地質条件・土地利用により堆積状況が異なり，測定地点間でさえも分布状況が違う可能性がある．したがって，平坦でもなく，不均一に分布していると考えられる放射性物質による放射線量（率）の高さ1mでの測定では，理想的な条件下で考えられる様な無限遠からの放射線の寄与は期待できないが，測定位置を中心にして最大で半径100m以下の領域の地表面および地表面下（数cm）にある放射性物質から飛んでくるγ線を測定していると期待できる．
   そのため数mから20〜30mの放射性物質の濃度不均一をそのまま反映しているとは考えられない．また，50cm，1mで測定する方法では必ずしも堆積の場での測定では無く，高くなればなるほど（空気による吸収があるけれども，一般的に遠方からの放射線の影響の効果が相対的に大きくなるので）放射線強度の濃淡のコントラストが不明瞭になると考えるべきである．
   本報告の調査対象地とした放射性物質で高濃度に汚染されている地域での測定結果では，地表面と1m高さで測定した値は大きく異なっている（Fig.6，Fig.7福島県計画的避難区域で測定）．地表面での測定値は1m高の測定値よりも平均1.15倍（高濃度の範囲は1.38倍）で，より詳細に放射性物質の存在を明確にしていると考えられる．これは，地表面の測定では表層地質，植生，微地形（地表面の微小な形態，たとえば畑の畝や土壌の塊など）に直接影響された結果であると考えられる．
   現時点で測定される放射線量は地表に降り積もった放射性物質によって支配されているので，地表面での測定が原則重要となる．自然の営力によって堆積した物質は自然界にコントロールされるので画一的な調査手法ではとうてい汚染マップは描けないし，最も重要な汚染のプロセスが全くブラックボックス化してしまう．
   放射能汚染は放射性物質（自然及び人工放射性元素）が環境中にばら撒かれることである．通常，放射能汚染は，放射性核種（放射性同位体）を採掘したり，濃縮作業をしたり，生産したり，使用したりしている間に漏洩や事故によって生じる．しかし，3.11大震災に伴う福島第一原発の過酷事故では，チェルノブイリ原発事故以来と言われるほど大量に放出された放射性物質が広範な地域に降り注ぎ重大な放射能汚染を引き起こしたことである．事故によって放出された放射性物質の量は，ソースターム（source term）と呼ばれ，その正確な分布範囲と状況を確認することが課題である．
   大量の放射性物質の放出，広範囲に拡散・沈積して約1年が経過し，放射性物質の分布状況は水平方向にも垂直方向にも変化していると考えられる．このようなことから，放射線量（率）測定といえども地質汚染単元調査法で，どの核種がどの範囲でどの程度の濃度（量）がどの深度まで存在しているのかを明らかにすべきである．例え層相が同じであっても，深度方向調査は可能な最小単位(1cm程度)で行うことが望ましい．調査方法は地質汚染と同じ考え方であるので，平面探査では，地形・表層地質（シルト層，粘土層，砂層，礫層など）・植生条件によって測定地点や間隔を決定する．メッシュ調査では概況を確認してから微地形などに考慮しながら絞り込み調査を行うべきである．
   今回，畑地での深度方向調査では植生(根)や凍結の影響で-1cm，-2cmは測定できず-1.5cmで測定した．地表面から-3cm以下は放射線量がかなり低下することが確認された．-3cm以下は地表面からの影響を受け1μSv/hを下回らなかった．正確な値を取得するには，鉛等で遮蔽しながら測定するか，ブロックサンプリングあるいは貫入試料を採取して可搬型のガンマ線ベクレル測定器，ゲルマニウム半導体検出器を用いて測定する方法がある．

Fig.6.	Fig.7.

（２）放射能簡易測定キットPA-Kによる測定
   調査団が行った測定は，地表面および地表面高+1.0mの放射線量，地表面下-5cm(一部では-15cm)までの各深度の放射線量で，地表面下の試料は放射能簡易測定キットPA-K（以下PA-Kと言う．）による測定である．
   植生の影響で-1cm，-2cmは測定できず-1.5cmで測定した．地表面から-3cm以下は放射線量がかなり低下する．-3cm以下は地表面からの影響を受け1μSv/hを下回らなかった．
   垂直方向に掘削しながら放射線を測定した場所で，掘削した地層をPA-Kで現地測定し，測定後ビニール袋で持ち帰り，自然乾燥した後，鉛板を貼った流しのところでPA-Kで再測定した．結果をFig.8に示す．
   ペアの図は右が現地測定，左が試験室の鉛板上で測定．いずれも，測定値こそ異なるが，数値的には同じ傾向を示しておりほぼ3〜4cm程度まで放射性物質が浸透している範囲と想定される．現在被災地において掘削処理が行われているが，簡単な測定器を用いて管理すればより効果的な対策が可能と考えられる．
   放射能対策に係る調査は，地質汚染と同様にきちんと汚染状態を調査して行うべきである．

		現地空間放射線量(率）測定
現地測定	ラボ測定	Fig.8. PA-Kで測定した垂直方向の地層放射能強度.

４　考察
   一般的に放射線量（率）の測定では，放射性セシウムが地表だけに降り積もった状況を考えた議論であり，今回の報告に示したようにセシウムが土壌中にも沈積している場合には一考の余地があります．このような場合，放射線量（率）の測定値には遠くからの放射線の寄与は弱まり，近くからの放射線の寄与が相対的に大きくなると考えられています．この傾向は土壌中に深く染み込むほど近傍の放射線の寄与が大きくなるということである．これは土壌によるγ線の吸収効果のためである．したがって，放射性物質が表面だけでなく地表面下にまで沈積分布するようになると，測定される放射線量（率）は測定地点からの近い領域に存在する放射性物質分布を反映するようになる．一方，地表面上での測定では地表面の微形態（畑地の畝や土塊など）にも大きく影響されるため，測定地点を中心にして半径20cm（最大でも30cm程度）程度の半球（空気中には放射性物質は浮遊していないと考えると，測定面（地表面）下の半球である）内にある地表および地中の放射性物質からのγ線（使用した線量計がβ線を遮蔽あるいはカットしてしまうタイプならば）を測定していることになる．したがって，数十cm程度の濃度不均一をそのまま反映することになると考えられる．

雪面上での測定値について
   雪上での測定値を考える場合，雪は基本的にH₂O（水）と同じであるから，その「減衰長：cm」は水と同じと見なしてよい．減衰長は平均自由行程とも呼ばれる．γ線が減衰長だけ進むと，γ線の強度は約2.72分の1に弱められる．要するに，減衰長は遮蔽効果の目安になる量である．水の減衰長は大体12cmであるが，実際に積もっている雪の密度は氷そのものではなく，多分0.5g/cm³以下であろう．したがって，積雪中の減衰長は25〜30cm位であろう．なお，土壌の減衰長は約7cmである．測定地点で積もっている雪に放射性物質が混ざっていなければ土の表面にある放射性物質の上に，積雪45cmであれば，積雪量の1/4程度の約10cmの土を被せたのと同じ遮蔽効果を示すことになる．もし，雪に放射性物質が混ざっていれば測定時に雪中の放射性物質からのγ線も測定してしまうので，測定値から積雪下にある土壌中の放射能強度（ベクレル値）を計算するのはかなり困難である．最低限前もって現地で雪中の放射能強度を測定しておく必要がある．

PA-Kによる深さ方向の測定値について
   垂直方向に掘削しながら放射線を測定した場所で，掘削した地層（土壌を含む）をPA-Kで測定し，測定後ビニール袋で持ち帰り，自然乾燥した後PA-Kで再測定した．この場合，地層の放射能を測定する条件がかなり異なっている．調査や対策の現場では試料を風乾させて測定するのは非常に困難で有り，汚染対策をしながらの測定では結果を出す間にかなりの時間を要することになり現実的ではない．したがって，湿潤状態での測定を行い，試料を持ち帰って風乾状態での測定を比較検討することにした．
その他の問題点として，
[1]　現地でのPA-Kでの測定時に簡易キット自体を周辺（汚染地域であるので試料以外の現地での放射性物質からの放射線(自然放射線⁴⁰Kも含めて)）を遮断して測定しているかである．今回の測定は，周辺より放射線量の少ない雪で覆われたビニールハウス内で実施したが，測定にあたっては環境中の放射線の影響を受けていた，現在はPA-Kが周辺の放射線の影響をあまり受けないように遮蔽装置を用いて測定するように改良している．成果については今後の機会に報告したい．
[2]　地層の放射能測定は含水状態によって変化すると考えられる．持ち帰った試料は，実験室でｉ.乾燥前の湿った状態・含水状態で測定し，ii.同試料を遠心沈殿による水の分離を行い，iii.105℃で乾燥し含水測定を実施した．ii，iiiについては，分離した水と乾燥試料をPA-Kで測定した．さらに，現地測定とラボで測定した地質サンプルについては放射能強度をゲルマニウム検出器による測定を依頼中である．
   この一連の作業も時間を要し，短時間で測定可能な方法を見いだすには，今後の検討課題である．
[3]　試料の形状と線量計との位置関係について，試料を容器に均等に隙間なく均一に入れないと試料形状の変化が放射能強度分布の変化の原因になることが想定される．現地測定では汚染を防ぐためにマリネリ容器に食品用ラッピングフィルムを敷いて試料を詰めた．試料には草根，礫，木片などが混入しており理想的状態に詰め込まれていない．この対策としてはミキサーなどを利用して試料作成を行うなどの方法が考えられる．この点についても今後の課題となる．
[4]　放射性物質に汚染された地域では，土壌，水，農作物，食品，製品，廃棄物にいたるまで物質から発する放射能を検出・測定が求められている．医療地質研究所（MGRI）の協力のもと，わずかな放射能レベルでも短時間で高い分解能と精度（Cs-137検出下限値（正味計数値：3σ以上）5Bq/kg以下 (10分測定時），3Bq/kg以下 (15分測定時）測定容器：600mLマリネリ容器）でベクレル現地測定（GEORADIS社製据置型・ガンマ線スペクトロメータRT-50を使用）し，[1]の遮蔽装置での測定成果を検証する計画である．

５　まとめ
   放射性物質による汚染の場での地層単元と階層性を確認すること，それには，以下の事項を詳細に調査することが重要である(楡井，2011)．
[1]発生源からの発生状況
[2]地層の透水性・透気性・吸着性などを明らかにする
[3]表流水の集水域の単元と階層性
[4]大気流動の単元と階層性
[5]地下水の流動系の単元の階層性
   やはり，放射能汚染と言っても現在のような状況になったプロセスをまず解明しておかないと広範囲に精度よく調査しても完璧な除去は困難である．
   福島第一原子力発電所での過酷な事故は，自然災害の中での事故といえども根本的にはヒューマンエラー(人的ミス)による広範な放射能汚染事故である．
   複数の要因が重なった汚染機構解明は地道な空間放射線量(率)測定が目的達成の最短距離である．調査の最重要課題は安価なハンディタイプで誰でも使える計測器を被災地に数多く配布し，ヒューマンパワーで数多く測定していくことで対策の緊急性・方向性がより鮮明になり，風評被害（スティグマ）の克服や食の安全を守っていくことにもつながっていくと考えられる．
   福島県内の放射線量測定は現在も続けられており，災害復旧事業費で得られた結果を基に新たな測定法の開発につなげ，さらに放射能の現地測定技術なども開発中である．今後は，放射線測定・調査研究委員会に引き継ぎ，原発事故で被害を被っている地域に地質学会としてさらなる貢献をしたい所存である．
   今回得られた成果は，日本地質学会119年大会で発表する．

謝辞
   現場測定で特に，RT-30による福島，関東一帯の道路測定および現地交渉については医療地質研究所（MGRI）の協力を得た．
   本報告をまとめるにあたり，NPO日本地質汚染審査機構で仮報告を行い，聴取者から適切な助言をいただきより良い方向に修正できた．さらに，放射線測定・調査研究委員会委員長相川信之博士（大阪市立大学名誉教授）からは粗稿に対して有益なご指摘をいただき，さらに報告内容が改善されたここに記して感謝いたします．

その他記録写真等は以下よりご覧ください。

▶▶記録写真

▶▶測定装置

▶▶簡易放射能測定キットによる測定

▶▶簡易放射能測定キットによる現地測定

(2012/8/3)