福島第一原発事故による放射性物質の拡散

2011年3月11日に発生した福島第一原子力発電所事故は、大量の放射性物質を環境中に放出し、日本国内だけでなく国外にも影響を及ぼしました。本稿では、この事故による放射性物質の拡散状況を詳細に解説します。

日本国内への拡散

事故により、主に東北地方と関東地方の全域、そして太平洋側の海洋が高濃度の放射性物質に汚染されました。汚染の原因は、主に大気中に放出された放射性物質と、海洋中に放出された放射性物質の2つに分けられます。

大気中への放出

大気中への放射性物質の放出は、ベント（意図的な放出）のほか、爆発や破損による意図しない放出によって起こりました。放射性物質の大部分は風向きによって太平洋側に放出されたと見られていますが、3月15日や3月21日には、日本各地に大規模な放射性物質の降下が見られました。

特に福島県内では、セシウム137の蓄積量が最大1470万Bq/㎡に達し、チェルノブイリ原発事故の計測結果を大幅に上回る事態となりました。この汚染レベルは、ベラルーシ移住対象レベルを超える地域が、いわき市北部から伊達市南部にかけて広がりました。また、計画的避難区域の家畜牛が食用として出荷され、汚染が拡大する可能性も指摘されています。

3月15日の大規模漏洩

3月15日には、広範囲にわたる本格的な漏洩が発生しました。福島県および関東地方全域の汚染状況から見ても、この日の放出が大部分を占めると考えられます。ただし、実際の汚染状況を正確に把握するためには、WSPEEDI（第二世代SPEEDI）による単位量ではなく、全量放出の計算をより実情に沿った形で行ったデータの検証が必要です。

東京電力は、3月15日午前6時に発生した格納容器の異音時に圧力抑制室が破損したとし、正門で午前9時に最大値11930µSv/hの高濃度放射能を観測したと発表しています。しかし、この時間帯に放射線量が急上昇したにも関わらず、福島第二原発や茨城県など他の場所では、同時刻に顕著な上昇が観測されていません。むしろ、これらの場所のモニタリングデータからは、午前0時前後に大規模な放出が発生したことが示唆されます。

アメリカ合衆国エネルギー省の資料によると、東京電力の公式データには記載されていない午前0時頃の約12,000µSv/Hのピークが正門で観測されています。この時間帯には、2号機のドライベントが予定されていましたが、東京電力の発表では、ベント操作は行われたものの圧力変化が見られなかったため、結果的に大気への放出はなかったとされています。しかし、他のモニタリングデータからは、この時間帯に大規模な放出があったことが強く示唆されます。

各地のモニタリングデータを時系列で並べると、福島第一原発では3月14日9時37分に3130µSv/hを観測した後、減衰傾向を示しましたが、アメリカ合衆国エネルギー省の資料では0時頃に約12000µSv/hのピークが記録されています。その後、8時31分に8217µSv/hに上昇し、最大値は9時に11930µSv/hに達しました。福島第二原発では、14日10時頃に3µ規模の上昇が見られた後、0時前後に100µ規模の大規模な上昇があり、その後は減少傾向に転じています。茨城県では、1時前後に小規模な上昇が見られ、4時前頃から1～5.5µの大規模な上昇が見られています。

東京大学（現：京都大学）の門信一郎准教授らの発表によると、2号機では冷却用の水を注入できるよう、3月14日から15日未明にかけてSR弁（主蒸気逃がし弁）が3回以上開けられ、その度に格納容器内から放射性物質が大気中に漏洩した可能性があるとされています。東京電力は、この指摘を把握していないとしつつも、当時はSR弁を開けなければ原子炉などが壊れ、大量の放射性物質が漏れる可能性があり、放出を抑えるためのぎりぎりの選択であったとコメントしています。しかし、これにより、東京電力は放射性物質拡散状況と原因の関係を検証していないことが明らかになりました。

2011年5月24日には、東京大学大学院の研究者によって各号機の基礎データが発表され、放射性物質拡散の原因研究の基礎となる物理データや原子炉の系統図などが公開されています。

関東への汚染

関東地方では、埼玉県さいたま市で一時、空間線量率が毎時1.2マイクロシーベルトにまで上昇しました。東京都新宿区では、3月31日に毎時0.109マイクロシーベルトの放射線レベルが記録されました。

福島県への汚染

福島県全域は、風向きが南から内陸部へ変わったことで汚染されました。また、3月16日には、浪江町内の山間部3ヶ所で195-330マイクロシーベルト/時の高線量が観測されました。これは、初期モニタリングとして行われたものですが、山間部に偏っており、町中のデータは存在していません。

2011年3月17日から19日の3日間、アメリカ合衆国エネルギー省は、米軍の航空機による空中測定で、福島第一原発を中心に周辺約40km圏内の放射線濃度を測定しました。その結果、原発から北西方向約30kmまで放射線濃度125µSv/hを超える地域が存在することが判明しました。この測定結果は、在日米国大使館から外務省を通じて、文部科学省と経済産業省原子力安全・保安院に提供されましたが、原子力安全委員会や首相官邸には伝えられず、公表もされませんでした。

近隣地域への拡散状況

原発に近い地域ほど放射性物質の浮遊・降下が多かったものの、その濃度は同心円状ではなく、特定の方向に飛散しました。文部科学省の航空機モニタリング結果によると、高濃度地域は独特な形状をしており、放射性物質が短時間で北北西方向に流れたことが示唆されます。また、地形の影響で放射性物質は平地や谷に沿って拡散し、南南西方向にも広がっていることが分かります。

早川由紀夫群馬大学教授による「フクシマの放射能地図」では、関東における汚染の広がりが示され、東京都葛飾区まで放射性物質が分布していることが明らかになっています。

焼却灰による二次的拡散

首都圏では、ゴミの焼却灰の処分場所がないため、一部の自治体ではDOWAエコシステムを通して秋田県内の鉱山跡地に埋め立て処理を行っています。事故当時は焼却灰の放射線量を計測しておらず、汚染されたまま埋め立て処分されていたことが問題となりました。対策は行われたものの、秋田県の放射線量測定では、現在でも放射性セシウムが検出されています。

他県への拡散状況

NHKのまとめによると、主に太平洋岸の都県では、3月15-16日と21-23日の2回、地上放射線量が大きく上昇したピークが観測されました。東京都では、前者の大漏洩の方が規模は大きかったものの、後者の大漏洩では、原発からの大気漏洩や地表に落ちた放射性降下物からの放射によって、短期間では減衰しませんでした。

各地の到達時刻

日本原子力研究開発機構のまとめによると、3月15日には、放射性物質が各地の施設に急速に到達しました。那珂核融合研、原子力科学研、大洗研究開発センター、核燃料サイクル工学研、高崎量子応用研など、放射性物質が短時間で広範囲に移動したことがわかります。また、16日、20日、21日にもピークが観測されています。

拡散の速度と濃度

原発からの距離が遠くなるほど、放射性物質の到達時間が遅くなり、濃度が薄まる傾向が見られます。関東平野では高速に放射性物質が波及しましたが、その後は速度が遅くなりました。地形の影響も大きく、阿武隈山地によって放射性物質は山間部の平地や谷に沿って拡散しました。

飛散形態

大気中を漂い、土壌や海洋を汚染した放射性降下物の化学組成、物質相、形態、大きさ、水への可溶性などを知ることは、拡散や降下、環境中での残留形態や生物への影響を知る上で不可欠です。特に、長期残留する放射性セシウムについては、その理解が遅れていました。2013年以降の研究で、セシウムの一部が不溶性の微小な球状粒子（セシウムボール）として放出されていたことが明らかになりました。セシウムボールは、ケイ酸塩ガラスを基質とし、特異的にセシウムを多量に含みます。また、3月21日前後のプルームのセシウムは、主に水溶性でした。1号機の水素爆発では、タイプBの不溶性セシウム微粒子が、主に原発北西方向に飛散しました。

データが語るモニタリング体制の問題

10分毎に測定できるモニタリングサイトのデータは、防災に役立ちます。しかし、今回の事故では、初期のデータに欠測が見られます。特に、福島県と宮城県の代表サイトでは、初期のデータが約3週間も放置されたため、貴重なデータが記録・公開できませんでした。福島県原子力センターの放射線テレメーター測定値も、3月12日昼以降に機能停止してしまいました。

事故後の取組み

国立環境研究所の大原利眞室長は、本原発事故による放射性物質の大気中の挙動を分析し、今後実施すべき取り組みを提言しています。また、日本原子力研究開発機構は、事故によるプラント北西地域の線量上昇プロセスを解析していますが、これは当時の事実に基づいた仮定に基づく研究です。

海洋中への放出

海洋中には、高レベル汚染水を格納するために保管してある比較的汚染レベルの低い汚染水を意図的に放流したほか、建屋内の配管や亀裂から漏れ出した高レベル汚染水が意図せず放流され、放射性物質が拡散しました。これらの放流によって、魚など水産資源が汚染されました。

汚染水の漏出

2013年 8月10日、東京電力は、汚染された地下水の水位が地中壁の上端を上回ったと発表しました。また、同月20日には、貯蔵タンクから高濃度放射能汚染水が漏出したことを発表しました。

河川等底質濃度及び周辺土壌の濃度

2014年8月の環境省の発表によると、ため池の放射性Cs-137の濃度は、避難指示区域外で最大250,000Bq/kg、避難指示区域内で270,000Bq/kgでした。また、河川・湖沼周辺の土壌中放射性Cs-137濃度は、100,0000Bq/kgを超える場所も報告されています。

日本国外への拡散

放射性物質は、日本国外にも拡散し、微量ながらも検出されています。

3月18日、包括的核実験禁止条約機構 (CTBTO) は、アメリカ合衆国カリフォルニア州サクラメントでキセノン133を検出しました。
3月21日、カナダ保健省は、ブリティッシュコロンビア州で放射能の増加を観測しました。
3月22日、アイスランド政府は、レイキャヴィークでヨウ素131を検出しました。
3月24日、スウェーデン放射線安全機関は、キルナ、ウメオ、ストックホルムでヨウ素131を検出しました。
3月25日、ドイツ環境省は、ドイツ国内で放射性ヨウ素を検出しました。
3月26日、中国国家原子力事故応急対策委員会は、黒竜江省でヨウ素131を検出しました。
プログレス・エナジー社 (Progress Energy, Inc.) は、アメリカ合衆国のロビンソン原子力発電所とクリスタルリバー原子力発電所でヨウ素131を検出しました。
3月27日、韓国原子力安全技術院は、江原道でキセノン133を検出しました。
マサチューセッツ州公衆衛生局は、ボストンで採取された雨水から放射性ヨウ素を検出しました。
3月28日、ベトナム科学技術省は、ベトナムでヨウ素131を検出しました。
サイモンフレーザー大学の研究チームは、ブリティッシュコロンビア州の雨水と海藻からヨウ素131を検出しました。
3月29日、フィリピン原子力研究所は、放射性同位体を検出しました。
英国健康保護局はオックスフォードで、スコットランド環境保護局はグラスゴーで、ヨウ素131を検出しました。
ロシア沿海地方気象サービスは、微量のヨウ素131を検出しました。
アイルランド放射線防護研究所は、微量のヨウ素を検出しました。
アメリカ合衆国食品医薬品局及び環境保護局は、ワシントン州で牛乳から放射性ヨウ素131を検出しました。
イスラエル原子力委員会は、ソレーク原子力研究センターでヨウ素131を検出しました。

これらの検出値は、いずれもごく微量であり、健康に影響を与えるレベルではないとされていますが、放射性物質が広範囲に拡散したことを示しています。

出典

福島第一原子力発電所事故
 チェルノブイリ原発事故の影響
 原子力発電所
 放射性物質

福島第一原発事故による放射性物質の拡散