福島第一原発事故起因の放射性物質の海洋中移行を予測

キーワード:海洋拡散シミュレーション、SEA-GEARN

1.研究の背景と目的
 2011年3月に発生した東京電力・福島第一原子力発電所(福島第一原発)の事故により、放射性ヨウ素や放射性セシウム等の放射性物質が海洋へ放出されました。海洋へ放出された放射性物質は、海流による移流・拡散や冬季の鉛直混合により海洋中を移行し、長期間に亘って海洋環境に影響を及ぼすことが予想されます。
 福島第一原発事故後、国内外の多くの研究機関により海洋調査が実施され、海水や海底堆積物中の放射性物質の濃度が明らかになってきました。しかしながら、海洋調査で得られるデータには時空間的に限りがあるため、放射性物質の全体的な移行過程を把握するためには、数値シミュレーションが有効な手段となります。
 本研究では、原子力機構が開発した海洋中放射性物質移行予測モデルSEA-GEARNを使用して、海洋拡散シミュレーションを実施しました。SEA-GEARNは、放射性物質の放出量データと海況データを入力し、海洋中の移流・拡散や放射性物質の溶存態と懸濁態間の相互作用を考慮して、放射性物質の海洋中移行を高精度に計算することが可能なモデルです。本研究では、日本海洋科学振興財団・海洋研究開発機構・気象庁気象研究所等によりシミュレーションされた海況データを使用しました。
 福島第一原発事故起因の放射性物質は、主に二つの経路を通じて海洋へ取り込まれたと考えられます。一つは福島第一原発から直接海洋へ放出されたもので、もう一つは福島第一原発から大気へ放出された放射性物質が海表面に沈着したものです。海洋拡散シミュレーションの入力データとなるこれらの放射性物質の放出量と沈着量は、次のように見積もりました。海洋へ直接放出された放射性物質の放出量に関しては、東京電力が公表した福島第一原発の敷地内で測定された海水中濃度を基にして、放出量を推定しました。放射性物質の海表面への沈着量に関しては、原子力機構が開発した世界版緊急時環境線量情報予測システムWSPEEDIを使用した大気拡散シミュレーションにより、沈着量を推定しました。

2.得られた結果
 福島第一原発から海洋へ直接放出されたヨウ素131とセシウム137の総量を見積もりました。日本近海を対象とした海洋拡散シミュレーションの結果から、福島第一原発から海洋へ直接放出された放射性物質は主に沿岸に沿って南下した後、黒潮続流と呼ばれる強い東向きの流れによって、東向きに輸送されたことが示唆されました。福島第一原発事故後のヨウ素131の海洋中移行の動画は、以下のホームページ上で公開されています。

日本近海でのI-131表層濃度分布の予測:3月12日~4月30日までのシミュレーション(2D-動画)

 福島第一原発から海洋へ放出された放射性物質の中でも、セシウム137は半減期が約30年と比較的長いため、長期間に亘って海洋環境に影響を与えることが予想されます。そのため、北太平洋を対象とした数年スケールのセシウム137の海洋拡散シミュレーションを行いました。その結果、大気に放出されたセシウム137は、福島第一原発事故後の数か月間に亘って、主に北東方向に広がり、北太平洋の海表面に広く沈着したが、それに起因する濃度は低いものであったことが示唆されました。一方、福島第一原発から海洋へ直接放出されたセシウム137に関しては、福島第一原発事故後の数か月間は比較的高濃度であったが、主に黒潮続流に伴う中規模渦により希釈され、その濃度は事故から2年半以内には事故前の濃度以下になったことが示唆されました。
 本研究で推定した放射性物質の放出量や海洋拡散シミュレーションの結果は、福島第一原発事故起因の放射性物質が海洋環境や魚類に与える影響を評価するのに有効なものと考えられます。

3.関連文献
H. Kawamura, T. Kobayashi, A. Furuno, T. In, Y. Ishikawa, T. Nakayama, S. Shima and T. Awaji: Preliminary Numerical Experiments on Oceanic Dispersion of 131I and 137Cs Discharged into the Ocean Because of the Fukushima Daiichi Nuclear Power Plant Disaster, 48, 1349-1356 (2011).
H. Kawamura, T. Kobayashi, A. Furuno, N. Usui and M. Kamachi: Numerical Simulation on the Long-term Variation of Radioactive Cesium Concentration in the North Pacific due to the Fukushima Disaster, 136, 64-75 (2014).