概要
環境動態研究グループは、放射性物質が大気中を拡散する様子を予測する世界版緊急時環境線量情報予測システムWSPEEDIを改良した大気拡散データベースシステム「WSPEEDI-DB」の開発しました。
WSPEEDI-DBでは、今まで困難だった様々な気象条件や任意の放出源情報に対する大気拡散シミュレーションの結果を即座に取得でき、様々な応用が可能になります。
従来のWSPEEDIは、原子力発電所事故や地下核実験による放射性物質の拡散予測などへの応用実績があります。また、WSPEEDIによる大気拡散シミュレーションの結果は、被ばく線量評価やモニタリング計画の策定にも活用されてきました。しかしながら、WSPEEDIで用いる拡散予測モデルは、様々な計算条件の予測結果を得るのに多大な計算時間を要し、異なる条件の計算結果を比較検討するような利用は困難でした。
そこで、WSPEEDIによる大気拡散シミュレーションの結果を効率的に提供することを目的に、新たな計算手法の開発を行いました。新たな計算手法では、多数の拡散シミュレーションの結果を事前にデータベース化しておくことで、気象や放出源の条件を変えても、大気拡散シミュレーションの結果を即座に得ることができます。これにより、様々な条件のシミュレーション結果の比較検討を効率的に行うことができるようになりました。
WSPEEDI-DBでは、過去から数日先までの任意の気象条件に対する大気拡散の計算結果を作成できます。それに基づき、放射性物質の大気拡散に関する様々な検討に利用できます。実際に本システムを用いて、原子力発電所周辺のモニタリングポストの配置について検証し、有効性と改善点を提案することができました。
また、様々な仮想的な放出源の情報を用いた大気拡散解析により、訓練で想定すべき事象の把握や、事故発生を想定した模擬モニタリングデータを作成して訓練に活用することなどが可能です。
さらに、拡散計算出力と環境モニタリングデータの統計解析による放出源情報の推定や、過去の長期間の拡散計算出力データベースを用いた機械学習による将来予測の不確実性評価への拡張も可能です。
計算手法
WSPEEDIによる様々な条件に対する詳細な大気拡散計算結果を即座に作成できるように、新たな拡散計算手法を開発しました（図２）。放出点以外の不確定情報である放射性核種、放出率、および放出期間を特定することなく、多数の拡散計算から事前に計算結果のデータベースを作成することで、放出条件を設定するとその条件に基づく予測結果を即座に得ることができます。この計算手法の基本的な概念は従来から利用されてきたものですが、本研究では、この手法をさらに発展させ、以下の手順で計算を行います。
- 放出期間を一定の間隔で分割したそれぞれの期間について、単位放出条件（1Bq/h放出）による大気拡散を計算し、全ての放出期間ケースの結果（単位放出拡散データ）をデータベースとして保存する。放出する放射性核種については、拡散挙動が類似する５種類の核種グループに分け、それぞれのグループを代表する５つの核種についてのみ計算する。この際に、放射性壊変による減衰がない条件で計算を行い、出力結果に後から指定した放射性核種の放射性壊変率を適用することで、任意の放射性核種の放出に対応できる。
- 毎日の気象解析・予報データの更新に合わせて、上記大気拡散計算を定常的に実行し、単位放出拡散データを連続的に蓄積することにより、過去から数日先までの連続的なデータベースを整備する。
- 実際の放出条件が与えられた際には、分割期間ごとの放出条件を、単位放出拡散データに適用する。これによって得られる大気拡散計算結果を、全放出期間に合算させることにより、任意の放出条件に対する大気拡散計算結果を作成する。
成果の活用
WSPEEDI-DBは、過去の気象条件に対する様々な仮想放出源情報による大気拡散計算結果を作成することができます。これにより、以下の大気拡散計算結果の活用方法が考えられます。
- 気象や地形の影響による放射性プルームの移動に対する沈着量と空間線量率の分布との関係から、原子力防災訓練時に想定すべき大気拡散事象を把握する。
- モニタリングポスト設置地点とその周辺の計算値を比較することで、地形の特徴や気象条件との関連性を考慮した、より効率的なモニタリング方法について検討する。
- 過去の実際の気象場に対する想定事故シナリオに基づく拡散計算結果から、モニタリング地点の空間線量率の計算結果を出力し、事故を想定した模擬モニタリングデータを作成して訓練に活用することで、モニタリング実施の手順の確認や問題点の抽出を行う。
ユーザーインターフェース
WSPEEDI-DBやWSPEEDI-IIはウェブブラウザ上で操作することができます。大気拡散シミュレーションに必要な入力データの作成やシミュレーションの実行、そして出力結果の作図などが簡単な操作で可能です（図３、図４）。これまでに、海外の研究機関や日本国内の大学などで利用されています。また、海外の研究開発機関を対象とした技術研修や、学生を対象とした夏期休暇実習生･学生実習生の研究開発でも利用されています。WSPEEDI-DBやWSPEEDI-IIは申請により利用ができます。詳細はコード公開情報をご確認ください。
図はWSPEEDI-IIのものです。
コード公開情報
WSPEEDI-DBおよびWSPEEDI-IIは、原子力機構のコンピュータプログラムなどの検索システム「PRODAS」を通して入手することができます。