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太陽放射線被ばく警報システム WASAVIES

久保勇樹

Kubo Yûki

太陽放射線被ばく警報システム WASAVIES（Warning

₁ はじめにSystem for Aviation Exposure to Solar Energetic Particles）4）2018 年，国際連合の専門機関である国際民間航を開発してきた。

空機関（ICAO）において，国際民間航空条約第 3附属書「国際航空のための気象業務」の第 78 次改訂が行われ，宇宙天気情報の利用が盛り込まれた 1）。

₂ 銀河宇宙線と太陽放射線

ICAO では，主に次の 3 つの観点から民間航空機の宇宙から飛来する宇宙放射線は，太陽系外から定運航に際し宇宙天気情報の重要性が認識されてい常的に飛来している銀河宇宙線と，太陽フレア等のる。第 1 に航空機と地上管制との短波通信障害の回発生時に突発的に太陽から飛来する太陽放射線（太避，第 2 に電子航法に関連した衛星測位誤差の増大

陽高エネルギー粒子，太陽宇宙線とも呼ばれる）に防止，第 3 に航空機乗務員の宇宙放射線被ばくの低大別される。銀河宇宙線も太陽放射線も主成分は陽減である。これを受けて，2019 年 11 月 7 日，世界子であり，これらは一次宇宙線と呼ばれる。

気象機関の査察を経て ICAO から指名された機関

銀 河 宇 宙 線 は，keV 領 域 か ら 100 EeV（1020eV）（ICAO 宇宙天気センターと呼ぶ）による，民間航付近まで非常に広範囲に及ぶエネルギースペクトル

空機の運航に特化した宇宙天気情報の配信が開始さを持つが，航空機被ばくに寄与する宇宙線のエネルれた。

ギーはおおよそ数十 MeV〜数百 GeV 程度であるた

ICAO 宇宙天気センターでは，宇宙天気情報としめ，以後はこのエネルギー範囲に絞って話を進める。て宇宙放射線被ばくに関する情報を提供することが地球周辺にやってくる銀河宇宙線流量は，約 11 年決められている。航空機乗務員の宇宙放射線による周期で変動する太陽活動に連動して変化し，太陽活被ばくは，国際放射線防護委員会 1990 年勧告に

動極大期には減少，極小期には増加する。つまり，おいて，職業被ばくとして認定されていることから，銀河宇宙線流量は太陽活動と反相関しているという民間航空会社では，乗務員の宇宙放射線被ばく管理ことになる。一方，銀河宇宙線流量は，数日というを行うことが必要とされている 。情報通信研究機

短い時間スケールではほとんど変化しないため，銀構では，ICAO 宇宙天気センターの一員として宇宙

河宇宙線による被ばく線量率は，数日という短い時放射線による被ばくに関する情報を提供するため，間スケールでは変化せず，避けることができない定日本原子力研究開発機構，国立極地研究所，広島大常的な被ばくとなる。

2）3）学，茨城工業高等専門学校，名古屋大学と協力し，

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No.770一方，太陽放射線流量は，大規模太陽フレア等に子であるため，地球の磁気圏内を伝搬する際に磁場の影響を受け伝搬軌道が変化する。それにより，地球大気上層に到達した際には，緯度，経度によって流量が異なってしまう。例えば，北極や南極等の高緯度地域では一般的に流量が大きくなり，逆に赤道付近の低緯度では流量が小さくなる。このように，一次宇宙線の流量分布は，仮に地球磁気圏外では一様であったとしても，地球大気上層では緯度，経度依存性が大きく現れる。
更に，一次宇宙線が地球大気に飛び込むと，大気を構成する様々な原子，分子と衝突して，空気シャ
図1

現状の WASAVIES の概念図

ワーと呼ばれる核反応の連鎖を起こし，大量の中性子や μ 粒子，γ 線等を発生させる。これらを二次宇宙線と呼び，この二次宇宙線が航空機等の被ばく線伴って突発的に増加し，数時間の時間スケールで減量率の増加を引き起こす。

少する。その流量は，極端な場合には銀河宇宙線の100-1,000 倍にも達することもある。
航空機高度での被ばく線量率は，一次宇宙線のエ3 太陽放射線被ばく警報システム WASAVIES

ネルギーに大きく依存することから，そのエネル

1 節で述べたように，航空機乗務員の宇宙放射線ギースペクトルを知ることが重要である。地球近傍被ばく管理という観点から，常に航空機高度での被で観測される太陽放射線のエネルギースペクトルはばく線量を知る必要がある。しかしながら，日本で現象毎に，また，時間的にも大きく変化する。太陽は通常，航空機に放射線量計は搭載されていないた

放射線現象開始直後は，エネルギーの高い，つまりめ，航空機高度での宇宙放射線被ばく線量を計測す

速度の速い太陽放射線しか太陽から地球へ到来できることは困難である。そのため，数値計算を基に推ないため，この時間帯では，低エネルギー側の放射定することになり，航空機高度での被ばく線量率を線が少ないようなスペクトルを示すが，時間の経過推定する数値モデルが必要である。宇宙放射線によと共に低エネルギー放射線も地球に到来する様になる被ばく線量率を推定する数値モデルは，世界各国り，徐々にスペクトルが変化していく。更に，太陽で開発されている。米国では NASA によって開発

放射線現象開始直後に地球近傍で観測される粒子のが進められている NAIRAS5）や，米国連邦航空局が速度の方向は，磁力線に沿った方向を向いたものが開発している CARI-7 ベースモデル 6）等，欧州では，多数を占めるビーム状の方向分布をしており，非常オーストリア・サイベルスドルフ研究所によって開に大きな角度異方性を示す。その後時間が経つにつ発されている AVIDOS7）や，フランス・パリ天文台

れ，太陽から地球への伝搬中に磁場の乱れによってが 開 発 し て い る SiGLE8） 等 が あ る。 日 本 で は，散乱されることによって様々な方向を向いた粒子がWASAVIES4）が開発されている。

地球近傍に到来する様になり，粒子の方向分布は徐々に等方的になっていく。

WASAVIES は，定常的に起こっている銀河宇宙線による被ばく線量率に加えて，太陽放射線の突発

このように，太陽放射線流量やエネルギースペク的な増加をリアルタイムに検出し，それをトリガとトル，角度分布は現象毎に，また，短い時間スケーして地表から高度 100 km までの地球上のあらゆるルで，大きく変動するため，太陽放射線による被ば場所における太陽放射線による被ばく線量率を，太く線量率の推定は，短い時間スケールでは一定と考

陽フレア発生直後からリアルタイムに推定することえて良い銀河宇宙線による被ばく線量率の推定と比ができるシステムである。

較して，様々な難しさがある。
銀河宇宙線や太陽放射線等の一次宇宙線は荷電粒

前述の，欧米で開発されている被ばく線量率を推定する数値モデルの多くは，地上の中性子モニタか

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No.7703図22005 年 1 月 20 日 6 時 55 分 UTC での，高度 12km の全世界の被ばく線量率マップ

米国の気象衛星 GOES による高エネルギー粒子のである。2，3 番目のコードは，太陽放射線に限らどちらかの観測データを航空機高度まで外挿するこず銀河宇宙線による被ばく線量率の計算時にも用いとで被ばく線量率を推定している。また，前述したられる。これら 3 つの数値シミュレーションを 1 つ

太陽放射線エネルギースペクトルの時間変化等も考に統合することで，太陽から放出された太陽放射線慮されていない。一方で，WASAVIES はこれらのが地上に到来する間に起こる様々な過程を再現し，システムとは異なり，地上の中性子モニタで太陽放太陽放射線による被ばく線量率を高い精度で推定し射線量の増加を検出した直後に GOES の観測デーている。このように WASAVIES は，異なる分野をタも用いて，その間を数値シミュレーションによっ専門とする研究者の協力によって実現した，異分野て内挿することで，地表から高度 100 km までの地融合システムである。図 1 に現状の WASAVIES の球上のあらゆる場所での被ばく線量率を推定してい概念図を示す。

る。

図 2 は，2005 年 1 月 20 日に発生した大規模太陽人工衛星高度と地上の間を内挿するために，3 つフレア時の，WASAVIES により推定された一般的の数値シミュレーションが用いられている。1 番目

な航空機高度（高度 12 km）での全世界の被ばく線は，太陽放射線の現象毎の変動及び時間発展を計算量率マップである。最も被ばく線量率が高かったとするものであり，太陽物理学の専門家によって開発推定される，6 時 55 分 UTC のマップを示す。極域されたコード 9）である。これは太陽放射線被ばくのでの被ばく線量率が非常に大きくなっているのが良計算時にのみ用いられる。2 番目は，地球磁気圏内く分かる。この時の高度 12 km での最大被ばく線量の伝搬による，地球大気上層での太陽放射線流量の率は，南極上空付近で約 720 μSv/h 程度と推測され緯度，経度依存性を計算するものであり，超高層大ている。これは，大規模太陽フレア発生前の同一高気物理学の専門家によって開発されたコードで度， 同 一 地 点 で の 被 ば く 線 量 率（ す な わ ち 高 度ある。3 番目は，地球大気に突入した太陽放射線が12 km での銀河宇宙線のみによる被ばく線量率）で大気中で空気シャワー反応を起こして二次宇宙線をある約 6 μSv/h の 120 倍にも上る線量率である。

10）

生成，それによる被ばく線量率を計算するものであ

被ばく線量率マップ上に描かれている 5 本の白曲り，原子核工学の専門家によって開発されたコード線は，代表的な航空路を示している。WASAVIES

4Isotope News

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図3

東京（NRT）－ロンドン（LHR）の航空路に沿った被ばく線量率分布

では，これらの航空路に沿った被ばく線量率も計算値として，年間 5 mSv と設定されている。保田のすることができる。図 3 に 1 つの例として，東京

調査 3） によれば，2007 年度の 1 年間での日本の航（NRT）−ロンドン（LHR）の航空路に沿った，前空会社の乗務員の宇宙放射線被ばく線量は，管理目

述の日時での被ばく線量率を示す。仮に，この時刻

標値の 5 mSv を下回っていたが，2007 年度は太陽に シ ベ リ ア 上 空 12 km を 飛 行 し て い た 場 合，放射線現象が発生していなかったため，仮に大規模80 μSv/h を超える線量率で被ばくしていたことが分

太陽フレア発生した場合には，航空機乗務員の被ばかる。

く線量の更なる増加が懸念される。

一方で，航空機高度での太陽放射線による被ばく前述の宇宙放射線による被ばく線量率推定モデル

線量率の大きな増加が起こっているときであっては，ほとんどが現在の被ばく線量率を推定する現況

も，地上で生活している人々にとっては，被ばく線モデルであるが，放射線防護の基本的な考え方であ量率の増加は非常に小さいことも同時に示されている ALARA の 原 則（as low as reasonably achievable：る。前述の日時での地上での被ばく線量率は，太陽合理的に達成可能な限り低く）を考えると，被ばくフレア発生前の地上での被ばく線量率とほぼ同じか線量率の現況推定だけでなく，被ばく線量率の予測らせいぜい 4 倍程度と WASAVIES では推定されてができることが望ましいと言える。実は WASAVIESいる。

は，太陽放射線の増加を地上で検出した直後から，数時間先までの被ばく線量率の予測することが原理

4 今後の展望的には可能である。しかしながら，この被ばく線量率の予測はまだ実運用に耐えうるだけの予測精度に宇宙放射線による航空機乗務員の被ばく線量の増は達しておらず，予測精度向上が必要とされている。

加という問題は，近年，航空業界で重要な問題としこれが実現すると，「今どうなっているか」の警報て活発に議論されており，被ばく線量率推定モデルだけでなく，「今後どう推移していくか」の情報をの更なる発展が大いに期待されている。

含んだ警報を発信できるようになり，被ばく線量の日本では，2006 年 4 月に文部科学省の放射線審低減に資することが期待される。

議会が策定したガイドラインにおいて，航空機乗務現状の WASAVIES は，任意の航空路に沿った被に伴って起こる宇宙放射線による被ばくの管理目標

ばく線量率を推定することはできないが，これがでIsotope News

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No.7705きる方が望ましいことは明らかである。
これらの 2 つの大きな課題に取り組んでいくことが今後の WASAVIES の進むべき方向であると考えている。
WASAVIES の詳細については，ウェブサイトを参照いただきたい。https://wasavies.nict.go.jp/参 考 文 献1） International Civil Aviation Organization, Annex 3 to theConvention on International Civil Aviation, Twentieth
Edition, 3-5（2018）
2） International Commission on Radiological Protection,
ICRP Publication, 60（1991）
3） 保田浩志，Isotope News, 663, 8-12（2009）4） Sato, T., et al., Space Weather, 16（2018）, https://doi.
org/10.1029/2018SW001873

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No.7705） Mertens, C. J., et al., Space Weather, 11, 603-635（2013）6） Copeland, K., Federal Aviation Administration Technicalreport, DOT/FAA/AM-18/6（2018）
7） Latocha, M., et al., 2016 16th European Conference onRadiation and Its Effects on Components and Systems（RADECS）, Bremen, pp. 1-4.（2016）8） Lantos, P., Radiation Protection Dosimetry, 118, 363-374（2006）
9） Kubo, Y., et al., Earth, Planets, and Space, 67, 117-129（2015）
10）Kataoka, R., et al., Space Weather, 12, 380-386（2014）11）Sato, T., et al., Radiation Protection Dosimetry, 161,274-278（2014）（（国研）情報通信研究機構 電磁波研究所 宇宙環境研究室）