環境中の放射能担当 秋吉 優史

自然界の放射能人工放射能

宇宙からの放射線医療での放射線
らどん

ラジウム・ラドン温泉

花崗岩

食品からの放射線
ピサの斜塔

大地からの放射線
イタリア・ピサの大聖堂

宇宙からの放射線
太陽から放出された帯電した粒
子は地球の磁場に捉えられて、その一部は北極や南極の近くで大気にぶつかってオーロラとして観測される。

アラスカ、フェアバンクスで観察されたオーロラ

国際宇宙ステーション ISS の完成予想図

大気で地球上の生物は守られている

超新星爆発などで発生した非常にエネルギーの高い（～10^20eV ）宇宙線も飛んできており、大気とぶつかって二次的な放射線のシャワーを降らせる。
また、核反応により放射性核種の生成が起こる(C-14:10^15Bq/y,H-3: 10^18Bq/y)。

おうし座のかに星雲。
超新星爆発の残骸。

上空では、まだ十分に宇宙線が弱くなっていないので、飛行機に乗ると放射線量が増加する（ヨーロッパへの往復で100～200μSv程度）。
宇宙ステーション（ISS: 高度400km）滞在中の宇宙飛行士の被ばく線量は、1日当たり0.5～1mSv程度にもなる。

Cosmic ray
陽子をはじめとする荷電粒子
最大 1020 eV

銀河系内を起源とし、超新星残骸などにより加速されていると考えられている
一次宇宙線

二次宇宙線

多くの二次粒子が発生

粒子加速器（人工）最大1013 eV程度

http://www.kek.jp/newskek/2003/sepoct/sparkchamber.html

宇宙線による刺激が、大気中での雲の生成に関与しているという説があります
飛行機雲 → 大気上空の過飽和水蒸気を飛行機が刺激
霧箱の原理
簡単に言うと、放射線がアルコールの過飽和蒸気の中を通るとき、通り道に沿ってできるアルコールの霧を観察する装置、です。
エチレングリコールを吸ったスポンジとヒーター。エ
チレングリコールの蒸気を発生します。

エチレングリコールの蒸気が冷やされて、過飽和状態になっています。

深さ10cm前後の容器上部のヒーターでアルコールを蒸発させ、容器の下部（底部）は空冷で室温程度に冷却します。
これにより容器内部で上下の温度差が数十℃程度の急激な温度勾配を作ると、容器の上方はアルコール気体の飽和状態、下方には過飽和状態ができます。

室温程度に室温程度に冷却されています
冷却 されていますアルコール気体の過飽和状態の中を電荷を持った高速の放射線が走ると、その道筋にある窒素や酸素の気体分子の電子が跳ね飛ばされ、イオンができます。このイオンが核となって飽和状態のアルコール分子が集まり、アルコールの液滴となって霧ができます。

この白い飛行機雲のように見えるアルコールの霧に光りを当て、放射線の通った跡（「放射線の飛跡」という）を観察します。

大地からの放射線

ウランは地殻中でありふれた元素

地中の岩石の中にはU-238とその娘核種などから沢山の放射線が出ている。地殻全体の平均で1tあたりウランは2.4g含まれている。花崗岩には11gも含まれていて、140kBq に相当する。
U-238の娘核種もまた放射能を出して別の核種となる、壊変系列を形成している。岩石中にはこれらの系列核種も一緒に含まれているので、実際の放射能はずっと大きな値となる。
花崗岩

トンネルの中は周囲を岩石に囲まれてるため地表よりも放射線量が高い。
（東名高速の日本坂トンネルで0.13μSv/h など地表の倍程度）

壊変系列の中には、気体元素のラドンが含まれており、肺の中で内部被曝を起こす。またラドンの娘核種
は気体ではないが、埃などに付着して漂っており、地下室などでは高い濃度になっている。

ピサの斜塔

ヨーロッパは岩盤で覆われており日本よりはるかに（10倍以上）自然放射能が高い地域が多い。
国内でも岩盤が多く露出している
岐阜県などでは比較的放射線量が高く、富士山の火山灰で覆われている関東は比較的低い。
パリ・シャンゼリゼ通りの石畳（0.389μSv/h）

イタリア・ピサの大聖堂

バックグラウンド放射線のスペクトル(5～10cmの鉛で遮蔽)

511keV消滅γK-40天然の放射性核種
地球が誕生して約50億年、未だに天然の放射性核種が残る。
放射性核種の半減期則より10半減期の後では元の1024分の1、40半減期では1兆分の1 となるため、半減期の短い核種は既に消滅している。

壊変系列をつくる放射性核種
親となる核種の寿命が長く(U-238 45億年, Th-232 140億年)、α崩壊に伴って質量数が親核種から4ずつ小さくなる。

系列を作らない核種
大気上層で宇宙線により 3H (1018Bq/y)、14C(1.3x1015Bq/y)が生成される。
3H は半減期12.3年、14Cは5730年と短い。
一方、地球誕生時から存在したものとして以下の核種などが知られている。
40K（半減期12.8億年，天然のK中の存在比 0.0117％）、
87Rb（480億年、27.8％）
147Sm（1060億年，15.1％）
148Sm（8000兆年，11.3％）
115In（510兆年，95.7％）
113Cd（9000兆年，12.2％）
187Re（400億年，62.6％）
144Nd（2100兆年、23.8％）
http://www.shse.u-hyogo.ac.jp/kumagai/eac/chem/radiochem.htm

年代測定法の一例

天然放射性物質の性質を使って、試料の年代を測定出来る

炭素14法
宇宙線により発生するC-14は、現在崩壊して減少する速度と釣り合っており、平衡状態となっている。このため、大気中のCO2に含まれるC-14濃度は一定であり、現在生きて活動している生物中の濃度も一定である。しかし、生物が死んで代謝が停止すると、半減期5730年の崩壊に従ってC-14濃度は減少していく。このため、C-14濃度を評価すれば元になる炭素を取込んだ生物が死んでからの時間が分かる。
ただし、大気中の平行濃度は一定とは限らず、他の方法で年代が明らかな試料の測定から、若干大気中の濃度が変動していることが分かっている。

カリウム-アルゴン法
K-40は半減期12.5億年で壊変して、希ガス元素であるAr-40に変わる。気体であるはＡｒ40は、岩石が熱せられると逸脱してしまうため初期値を０と考え、岩石が冷えてからは逸脱できずに岩石の中にたまっていくと考える。Ａｒ-40は岩石を熱することにより集める事が出来るためこの量を測定すると、岩石が溶岩から固まってからの年代を測定できる。
ただし、変成作用などにより岩石が途中で熱せられると一部のAr-40が逸脱してしまうた
め、評価年代が若くなってしまう。U-Pb法などと併用すると逆に変成作用を受けた年代が評価できる。

20放射壊変系列 1: ウラン系列 (4n+2)放射壊変系列 2: トリウム系列 (4n)

放射壊変系列 3: アクチニウム系列 (4n+3)空気中のラドンの娘核種の捕集と崩壊曲線
10000

市販の掃除機吸入口先端にガーゼ（ベンコット）をかぶせて5分ほど吸引し、広窓型
GMサーベイメータ TGS-136のスケーラーモードで1分間計数した

計数率 / cpm

T1/2 = 44.7min
1000

y = 1789.5e -0.0155x10001020304050

経過時間 / min

60708090天然原子炉（オクロ原子炉）
１．天然原子炉の発見の経緯
２．天然原子炉の存在の証明
３．天然原子炉に関する研究

核反応部
砂岩
鉱層

花崗岩

P.K.Kuroda： １９５６年、天然原子炉を予言
U―２３５の存在比が現在より大きかった昔のウラン鉱床の中では、中性子減速に効く水の量と不純物など環境条件が満たされると核分裂連鎖反応が起きることを、公開されたばかりのFermiの原子炉理論を使って計算。
当時ほとんどの研究者がその現象の存在を疑問視し、注目されず。
１９７２年、オクロ鉱山で１７億年前に核分裂連鎖反応が起きたことが立証された。
その他、太陽系初期における消滅核種Pu―２４４の存在の証明など

食品からの放射線

福島事故以前から含まれる放射能

K-40は半減期12.5億年、同位体比0.012% の放射性核種であり、天然のカリウム1gに30BqのK-40が入っている。畑にまく肥料の一つにカリ肥料があり、カリウムは作物に、そして人間にも必須の元素の一つである。
昆布や椎茸、キュウリなどに沢山含まれており、これらの食物を通して人間の体の中にはおよそ4000BqのK-40 が存在しており一年間で170μSv被曝する。
カリ肥料

Po-210 はU-238系列に属する放射性物質で魚介類に多く含まれ、日本人は特に多く摂取しており、60kgの人間の体の中にはおよそ 20Bq 存在する。カリウム-40 がβ線/γ線を放出するのに対して、このPo-210 はα線を放出するため、内部被曝量は年間で800μSvにもなる。

タバコ1本には 24mBq のポロニウム-210が含まれており、一日一箱の喫煙で年に100μSv 被曝する
内部被曝の実効線量を求める際は、対象となる放射能を摂取した瞬間に成人の場合今後50年間、子供は70歳までにに体内に放射能が存在することによって被曝するであろう線量を積算して、いっぺんに被曝した物として線量評価を行う、預託線量という考え方が取り入れられている。
実際に被曝する線量は、放射能の物理的半減期に加え、代謝による排泄で体内の量が減る生物学的半減期も加味して実効線量係数が算出される。

ラドンの影響は小さい

ポロニウムの影響が大きい

一人あたりの年間被曝線量の比較
54.5
4

年間線量(mSv)

3.5
その他
フォールアウト*
医療被曝
自然放射線

32.5
21.5
10.50その他
フォールアウト*
医療被曝
自然放射線

120.0130.11
0.61
2.40.006
0.012
2.25
2.1

合計

3.13

原子力・エネルギー図面集 2011版 のデータのうち、自然放射線量のみ2014年版に更新

4.37* 福島の事故の影響は加味されていません
中学生以下を対象に、平成24年11月から平成25年1月までの3ヶ月間、個人線量計（ガラスバッジ）により外部被ばく線量の測定 を行った結果、98%が0.5mSv 以下 （81%が0.1～0.5mSv）。

人工放射線医療での放射線胸のX線検診で 50μSv胃のX線検診で 600μS、CT スキャンでは 数mSv

先進医療により被曝線量は増える

これらの被曝による健康への影響は、ゼロではない→ 検査をせずに命を失うリスクよりもずっと小さい→ トータルでメリットがある★ 100mSv でガンによる死亡率 0.5% 上昇

より積極的に、放射線による治療も行われている。
いかに患部に集中的に放射線を当てるかがポイント
基本は正常細胞と癌細胞の放射線感受性の違いを利用
・高精度放射線治療: 多方向からの照射や画像誘導でのピンポイントの照射・甲状腺ガン: 3.7～7.4GBqの大量のヨウ素-131を投与
・体の奥の手術が難しいガン:加速器からの粒子線のブラッグピークを利用
・広範囲に分散したガン:
ホウ素を取込ませた癌細胞に中性子をあてる
熊取町ウェブサイトより

RI従事者の線量限度: 50mSv/y, 100mSv/5y

世界平均と日本平均の自然放射線量の差

0.92

タバコ（20本/d） (Po-210による)

0.1

平常時の値

大気圏核実験によるフォールアウト（放射性降下物）
米、英、露などの核保有国は、1963年の部分的核実験禁止条約で大気圏核実験が国際的に禁止されるまで、南太平洋（ビキニ環礁やクリスマス諸島）、サハラ砂漠、北極海などで核実験を繰り返した。これまでの大気圏核実験で7.8×1015Bq(7.8PBq)のPu-239が大気圏に放出されて地球全体に広がった。
環境試料の測定値などから推定して、平均するとすべての人の体内に40～70mBqが沈着しているとされる。
地球上の生き物すべてが逃れることができないものであるが、この量では生き物に悪影響を及ぼすかどうか医学的に判断できない。

核実験や原子力事故による Fall Out（雨水・ちりなどに含まれる放射性降下物）

大気中核実験:
TMI: 1979年
チェルノブイリ: 1986年
福島: 2011年
大気中核実験: 1945～1963年
TMI: 1979年
チェルノブイリ: 1986年
福島: 2011年
気象研究所「環境における人工放射能の研究2011」」
気象研究所「環境における人工放射能の研究
http://www.mri-jma.go.jp/Dep/ge/ge_report/2011Artifi_Radio_report/2011Artifi_Radio_report.pdf

水道水
Cs-137

Sr-90

日本分析センター「日本の環境放射能と放射線」
http://www.kankyohoshano.go.jp/kl_db/servlet/com_s_index

Cs-137

牛乳

Sr-90

日本分析センター「日本の環境放射能と放射線」
http://www.kankyohoshano.go.jp/kl_db/servlet/com_s_index

原子力発電所の事故に伴う放射能の総放出量

１９８６年
チェルノブイリ
１３３Ｘｅ (５．３ｄ)
１３１Ⅰ

７ＥＢｑ
２ＥＢｑ
９０ＰＢｑ

( ８ｄ )
１３７Ｃｓ (３０ｙ)１３4Ｃｓ (2ｙ)90Ｓｒ(29ｙ) 1０ＰＢｑ
239Ｐｕ (2400y) ２０ＴＢｑ

２０１１年
福島第一
１１ＥＢｑ
(Ｅ=1018)
０．１６ＥＢｑ
１５ＰＢｑ(Ｐ=1015)
１８ＰＢｑ
０．１４ＰＢｑ
３．２ＧＢｑ (Ｔ=1012
Ｇ=109)※出典：原子力安全に関する IAEA 閣僚会議に対する日本国政府の報告書-東京電力福島原子力発電所の事故について-（平成２３年６月）原子力災害対策本部

福島事故で放出された土壌中の放射能測定結果

Cs-137 と Cs-134 から放出される放射線の実行線量等量率の経過年数に伴う減少

線量率 / μSv/h1
放出量
Cs-134 15 PBq
Cs-137 18 PBq
半減期
Cs-134 2 y
Cs-137 30 y
実行線量率係数 ΓCs-137
Cs-137 + Cs-134

0.8
0.60.4（μSv・m2・MBq-1・h-1）

0.2
0

Cs-137: 7.8×10-2
Cs-134: 0.21

01020
経過年数

3040放射性ヨウ素による内部被爆

ヨウ素131を用いた治療

原子炉事故時、気体になりやすいヨウ素が広がり、食物や呼吸を通して体内に。
131I(t132I(2.3h),133I(20.8h)
1/2=8d),特に甲状腺に集まる。
体の中のヨウ素の量が少ないほどその割合が大きくなる。→昆布などを日頃から食べることである程度の予防が可能

バセドウ病などの甲状腺機能亢進症や、一部の甲状腺癌の治療に用いられる
数GBqの I-131→等価線量数10Sv→ 甲状腺細胞の死滅

甲状腺への集中を防ぐための対策：
妊婦および小児への安定ヨウ素剤（ヨウ化カリウム）投与が重要。一方，成人では甲状腺がんのリスクは小さく，特に40歳以上の成人に対する安定ヨウ素剤投与の必要性はない。
逆に、過剰摂取による害が知られており、公衆に対するヨウ素剤の投与にはリスクが存在する。
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