2020年10月28日
国立大学法人筑波大学
国立研究開発法人日本原子力研究開発機構
国立大学法人福島大学
国立研究開発法人科学技術振興機構

福島第一原発事故で放出された放射性物質の陸域環境中での動き
~チェルノブイリより環境回復は大幅に速い~

東京電力福島第一原子力発電所での大規模な原子力事故では、半減期が比較的長い放射性セシウムを含む放射性物質が大量に放出されました。事故直後から多くの環境モニタリング研究がなされ、公表されてきましたが、それら一つ一つはある時期のある部分の結果にすぎません。福島の環境汚染は刻々と回復傾向にあり、国際的な関心も極めて高いものがあります。このため、これまでの知見の集約が必要とされていましたが、既存の研究を客観的に総括し、科学的に検証した論文はありませんでした。

本研究では、福島の陸域環境モニタリングに関する研究論文210本以上を網羅的に集約し、特に放射性のセシウム137(以下137Cs)による陸域汚染の実態と環境回復の全貌を明らかにしました。

◇森林に存在する137Cs のうち樹木への蓄積割合は、常緑針葉樹林では事故後8年間で70%から2%程度まで減る一方、落葉広葉樹林では23%から21%と、緩やかな減少が示されました。また、林床への137Cs蓄積では、スギ林、落葉広葉樹林とも表層土壌2cm以内に初期値の5割以上がとどまります。水に溶けて森林から流出する137Csは、チェルノブイリ事故影響地域より1、2桁低い濃度で推移しています。

◇森林以外の土地では、137Csの表層土中濃度が大きく減少しました。人間活動や土地活用、除染作業の影響で、137Csの土壌中での下方移行が速く進みました。耕作放棄水田における土壌表層2㎝の137Cs 濃度は、事故後3年間で約7割減少し、その後の除染で事故直後の値の3%まで減少しました。耕作水田の表層土壌では、事故3年後に事故直後の値の10%になりました。下方移行や表層土中の濃度の低減はチェルノブイリよりも速く進み、空間線量率や河川水における放射能濃度低減の要因となりました。

◇阿武隈川を流下する懸濁態の137Cs濃度は事故直後の数値の2%程度になっています。

これらにより、137Cs は陸域に多く残っているものの、地面に露出した137Cs 濃度が劇的に低下したことで、河川へ流入する137Cs 濃度の低減をもたらすという因果関係が新たに解明されました。

世界的に原子力発電が普及する現在、福島第一原発事故直後より収集されたデータは、福島の環境回復の実態解明のみならず、世界的にも記録として残すべきものです。情報公開を徹底し、世界の科学者が共有可能なシステムを構築するとともに、データの継続的な取得を進めていくことが重要であり、引き続き包括的な評価に取り組んで行きます。

研究代表者

筑波大学生命環境系/アイソトープ環境動態研究センター(CRIED)
恩田 裕一 教授
日本原子力研究開発機構 福島研究開発部門 廃炉環境国際共同研究センター
吉村 和也 研究主幹
福島大学環境放射能研究所
脇山 義史 講師

研究の背景

2011年3月に起きた福島第一原発での大規模な原子力事故では、比較的長寿命の放射性セシウム注1)を含む放射性核種が大気中に放出されました。事故直後から多くの環境モニタリング研究がなされ、公表されてきました。しかし、それら一つ一つは、ある時期のある部分の結果をとりまとめたものです。環境の回復状況は刻々と変わっており、これまでの知見の集約が必要とされていました。また、福島の環境回復については国際的にも非常に関心が高いものがありますが、既存の研究を客観的に総括し、科学的に検証した論文はありませんでした。

研究内容と成果

本論文では、著者らの研究を中心に、これまで公表された放射性物質の福島の陸域(福島第一原発から80㌔圏内と阿武隈川流域の計9862km2137Csの降下量は2.7PBq、図1参照)での移行に関する210本以上の論文を集約し、検証しました。特に、事故で放出された主要な放射性物質である137Cs の移行の実態については、▽森林や土壌を介した137Csの下方移行▽丘陵地からの再移動▽水田からの河川への移行▽市街地・除染の影響▽河川を介した移行――など、陸域におけるさまざまな移行経路と要因を取りまとめ、総合的に検討しました(図1)。また、チェルノブイリでの研究成果と比較しました。

その結果、福島の陸域の環境回復の実態とそのメカニズムの全貌が明らかになりました。福島の環境回復を取りまとめた成果の決定版として、世界に幅広く発信することができたと考えています。

以下に、放出された放射性物質が、森林、土壌に蓄積し、下方へ移行し、また侵食によって除去され、河川によって海洋に運搬されるまでの、詳細な研究成果について取りまとめます。

図1 陸域における137Csの移行とモニタリングの模式図
地上に降下した2.7PBqの137Csのうち67%が森林、10%が水田、7.4%が畑や草地、5%が市街地に沈着した。事故から6年間に地上から河川を通って海へ流出した137Csはそのうち4.8%程度と算出された(2011年6月~2017年3月まで、阿武隈川の場合)。137Csの物理減衰(同期間に13%)と合わせ阿武隈川流域に残存する137Csの割合は約82%である。

今後の展開

本研究では、事故の影響を受けた地域の環境回復状況をチェルノブイリ事故後の状況と比較しました。福島第一原発事故後に得られた包括的なデータは、流域からの汚染物質などの移動についての理解を深める可能性を秘めています。また、今後の世界中の原発事故後の環境予測のためにも、情報公開を徹底し、モニタリングに協力している科学者だけでなく、世界中の科学者が福島第一原発事故初期からのデータを共有できるシステムを維持しつつより発展が重要になります。

福島はチェルノブイリに比べ降雨量が多く、森林や水田が密集するなど、チェルノブイリとは異なった地理的、水文学的な特性を有します。また、福島は山地が急峻なため、崩壊・土石流などで大規模な土砂流出を起こす可能性があり、それによる放射性物質移行を評価する必要があります。チェルノブイリの影響を受けた地域では、山火事などの環境事象による放射性核種のさらなる移行が発生しています。

これらのことを踏まえれば、福島第一原発事故の当事国であるわが国は、チェルノブイリの環境汚染の動向を把握しつつ、福島の長期モニタリングを実施し、放射性核種の移行を予測する研究を継続することが求められます。

用語解説

注1)放射性セシウム:

セシウム(Cs)はアルカリ金属で、ルビジウムやカリウムに似た物理的・化学的性質を持つ。天然のセシウムは、環境中の低濃度の岩石、土壌、塵埃中に133Csとして安定に存在しているが、137Cs(半減期30.2年)や134Cs(半減期2.1年)は人工放射性核種で、いずれも過去の原発事故と1950年代後半から60年代にかけての大気圏実験で生成されたものである。

注2)重量緩衝深度:

土粒子の密度は地点や深度によって異なることを考慮するため、土壌の深度をその深度までの重量で表す単位を重量深度という。放射性核種濃度が指数関数的な深度分布を示すとき、核種の濃度が地表面の1/e(≒1/2.7)となる重量深度を重量緩衝深度という。

注3)懸濁態:

泥や砂などの粒子状の物質に吸着された状態の放射性セシウムのこと。

注4)正規化137Cs濃度:

沈着量の違いの影響を除いて、地点間の違いを評価するために、初期沈着量で正規化した137Cs濃度のこと。137Cs濃度の値を単位面積当たりの137Cs沈着量で割って算出する。

注5)PFU:

水田、耕作地、市街地からなる生活圏を示す。(Paddy Fields、 Farmland、 Urban area)の頭文字から

注6)溶存態:

水中に、陽イオンの形で溶け込んでいる放射性セシウムのこと。実用上、孔径0.45μmのフィルターを通過したろ液に含まれる放射性セシウムを溶存態と取り扱う。

研究資金

本研究は、平成23~24年度文部科学省、平成25~26年度原子力規制庁、平成27~令和2年度日本原子力研究開発機構の委託研究および科学研究費新学術領域研究24110005、フランス国立研究機構ANR-11-RSNR-0002、JST-JICA「地球規模課題対応国際科学技術協力プログラム(SATREPS)」(JPMJSA1603)の支援を受けて実施されました。

掲載論文

【題名】:Radionuclides from the Fukushima Daiichi Nuclear Power Plant in terrestrial systems
(陸域における福島第一原発由来の放射性核種の動態)

【著者名】:Yuichi Onda、 Keisuke Taniguchi、 Kazuya Yoshimura、 Hiroaki Kato、 Junko Takahashi、 Yoshifumi Wakiyama、 Frederic Coppin、 Hugh Smith
恩田裕一:原稿のとりまとめ、執筆と改訂を主導
谷口圭輔1、4:河川への輸送と河川輸送
吉村和也:水田、市街地、河川輸送
加藤弘亮:森林地域
高橋純子:土壌を介した移動
脇山義史:農地・草地、水田、河川への輸送
Frederic Coppin:森林地域
Hugh Smith:河川輸送
筑波大学アイソトープ環境動態研究センターを中心に、日本原子力研究開発機構廃炉環境国際共同研究センター、福島大学環境放射能研究所、福島県環境創造センター、Institut de Radioprotection et de Sûreté Nucléaire、Landcare Researchらが取り組みました。

【掲載誌】:Nature Reviews Earth &Environment

【掲載日】:2020年10月27日

【DOI】:https://doi.org/10.1038/s43017-020-0099-x

参考部門・拠点: 廃炉環境国際共同研究センター

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