平成３０年度福島研究開発部門
成果報告会

湖沼等の底質中の放射性セシウムの深さ分布の可視化
平成31年2月20日
国立研究開発法人日本原子力研究開発機構
福島研究開発部門 福島研究開発拠点
福島環境安全センター
越智 康太郎概要 (動画)1目次

1. ため池をモニタリングする背景
2. 底質中放射性セシウム分布の測定手法
2-1. 底質表層の放射性セシウム濃度の推定
2-2. 底質中放射性セシウムの深さ分布の推定
3. まとめ2背景 (放射性セシウムの挙動)

3

福島県内には3700ヵ所以上のため池が存在⇒農業用水として利用

土壌侵食
ため池

河川下流への移行

海洋

放射性セシウムはため池に留まる傾向にある: 河川の動き: 放射性セシウム

営農再開に向けてため池底に蓄積した放射性セシウムの濃度把握は喫緊の課題

背景 (池底の放射性セシウムの状況)

4

事故から8年経過しようとする現在、池底の底質中放射性セシウムは、場所によって分布が異なることが様々な調査から分かっている。
水中
放射性セシウム(A)(B)

深さ (cm)

底質[セシウムの深さ分布が変化する要因]①ため池内の上流から下流の土砂の移行、堆積②水の流れ③除染(浚渫)④生物濃縮(A) 表層に濃度ピーク (B) 深層に濃度ピーク0★場所によって深さ分布が異なる⇒たくさんの場所の情報を簡便に取得
5⇒表層だけでなく深層の情報も取得することができるモニタリング手法が必要
10
15

セシウム
濃度

現状のサンプリングによる評価手法は時間と手間がかかる

20
放射能濃度 (Bq kg-1)★直接池底の底質を測定する方法の開発

背景 (測定方法の課題、解決策)
[従来法]

5

・モニタリング工程 (20地点)
採取

分割

乾燥

分析

解析

約1週間
ため池の中の代表点で柱状試料を採取[本手法]

・モニタリング工程 (20地点)
測定

解析
約1-2日間⇒ため池全体を面的に迅速なモニタリング可能(ダイレクトな測定で表層のセシウム濃度と深さ分布の両方を知ることができるか検討)現場水底測定用検出器 (Asub-D)

52 cm結晶: NaI(Tl)シンチレーション検出器
製作会社: 株式会社日立製作所
重量: 11kg
電源: 12Vバッテリー
測定: γ線スペクトルを2分間測定(着底してから)

水結晶

空気

γ線
セシウムセシウム

土壌計数率 (cps)

100
103

セシウム

6

直接γ線
Cs-134: 605 keV
Cs-137: 662 keV

102
10: 底質表面: バックグラウンド

101
0.1
1
K-40: 1461 keV

0.01
10-1

0.001
10-2
0500
1000
γ線エネルギー (keV)★スカート状の空洞が測定の範囲を広げる役目、土壌との距離を均一化

1500表層の平均放射性セシウム濃度
GPSを基に同地点で取得した直接測定結果と土壌サンプルとを比較・検出器で測定したγ線スペクトル上の放射性セシウムの計数率
・底質コアサンプルの表層セシウム濃度 (0-10 cm)
良好な相関関係＝直接測定したA-subDの計数率情報から表層の放射性セシウム濃度の換算が可能
実際の底質試料のデータ放射能濃度 (Bq kg-1)

20000
y = 64.1x
r = 0.98
n = 1715000
10000
5000
00100200300
計数率 (cps)
検出器で測定したデータ

7

ため池への適用例（表層の放射性セシウム濃度)8

ため池全体の表層放射性セシウム濃度分布を可視化[ため池の特徴および情報]

N: 測定地点 (42地点)
: 流入口
: 流出口
池の表面積: 4.7×104 m2
水深: 0.2-1.8 m
体積: 4.1×104 m3
集水域の表面積: 1.2×106 m2

050

100 150 200 m[表層の放射性セシウム濃度マップ]

N

放射性セシウム濃度 (Bq kg-1)
3000

6000

9000

測定結果を内挿した測定結果を内挿した050

100 150 200 m

A-subDの精度評価(表層セシウム濃度)9

γ線スペクトルを基に算出した推定表層セシウム濃度は、サンプルを実測した表層セシウム濃度とよく一致した。全体のうち77%の測定結果は濃度が±50%以内
30%30n = 253

頻度(%)
Frequency

20%2010%
100%0-100-1.0 -50

Ralative deviation

050

100 1501.5

相対偏差 (%)(推定表層セシウム濃度-実測表層セシウム濃度)/(実測表層セシウム濃度)原理 (放射性セシウムの深さ分布推定)[底質表面でのγ線スペクトル測定]

10[異なる底質中放射性セシウムの深さ分布におけるγ線スペクトルの変化]

放射性セシウムの深さ分布が A): 浅い場合、B): 深い場合
散乱γ線領域の計数率 (150-250 keV)
RPC (Ratio of Peak and Compton) =直接γ線領域の計数率 (550-850 keV)
図Cの枠で囲った各エリアの計数率の合計値をそれぞれ計算⇒RPCの値が大きいほど底質中で放射性セシウムは深くに分布放射性セシウムの深さ分布推定のためのパラメータ 11
分布の異なる深度分布を一律に評価するため、深さを表すパラメータを設定[ 実効的重量緩衝深度 βeff ][沈着量が90%になる深さ D90]

セシウム量 (Bq m-2): 対数表示

001010深さ (cm)深さ (cm)

セシウム量 (Bq m-2): 対数表示

D9020 D90304090%90%: セシウム量: 積算沈着量比率
セシウムの深さを直接的に表現★下層にピークを持つデータの評価が難しい⇒上のケースはD90の値が同じ

2030

βeff: 小βeff: 大

40: セシウム量: 指数近似（傾き=βeff)
濃度の減少を表す傾きを表現(βeffの値が大きいと放射性セシウムは深い所に分布)★下層にピークを持つデータも評価可能⇒上のケースはβeffの値が異なる

1) 松田ら, 平成27年度東京電力株式会社福島第一原子力発電所事故に伴う放射性物質の分布データの集約事業成果報告書, (2015)

放射性セシウムの深さ分布
GPSを基に同地点で取得した土壌サンプルと直接測定結果を比較・検出器で測定したγ線スペクトル上のRPC
・底質コアサンプルのβeff
良好な相関関係＝直接測定したA-subDのスペクトル情報から放射性セシウムの深さ分布の換算が可能
y = 0.849 x – 1.39
r = 0.83n = 34

Log βeff (g cm-2)

実際の底質試料のデータ
Log βeff (g cm-2)

2.02
1.5
1.5
1.01
0.5
0.5
02344
RPC
RPC
検出器で測定したデータ

12

ため池への適用例(放射性セシウムの深さ分布)13

ため池全体の放射性セシウムの深さ分布を簡便に確認可能[ため池の特徴および情報]

N: 測定地点 (42地点)
: 流入口
: 流出口
池の表面積: 4.7×104 m2
水深: 0.2-1.8 m
体積: 4.1×104 m3
集水域の表面積: 1.2×106 m2

050100 150 200 m[放射性セシウムのβeff分布マップ](赤いほど深い所に分布)N

βeff (g cm-2)

01020304050

測定結果を内挿した050

100 150 200 m

A-subDの精度評価(セシウムの深さ分布)14

γ線スペクトルを基に算出した推定βeffは、サンプルを実測したβeffとよく一致した。
全体のうち77%の測定結果はβeffが±50%以内
4040%

n = 235

頻度 (%)

30%
3020%
2010%
100%0-100-1.0 -50

050

1001501.5

相対偏差 (%)(推定βeff-実測βeff)/(実測βeff)

表層濃度＋深さ分布マップ15

底質表面でγ線スペクトル測定をすることで、広範囲のため池における・底質表層 (0-10cm) の平均放射性セシウム濃度
・底質中放射性セシウムの深さ分布を知ることができた
二つの結果からため池内の放射性セシウムの3次元的な分布を可視化[ため池の特徴および情報]

N

測定地点 (42地点)流入口
流出口
池の表面積: 4.7×104 m2
水深: 0.2-1.8 m
体積: 4.1×104 m3
集水域の表面積: 1.2×106 m2[表層の放射性セシウム濃度マップ]

N

放射性セシウム濃度 (Bq kg-1)

50 100 150 200 m

Nβeff (g cm-2)
3000

6000

9000
0

表層に放射性セシウムが存在
深層濃度は低い0[放射性セシウムのβeff分布マップ](赤いほど深い所に分布)

050 100 150 200 m

1020304050

深層に放射性セシウムが存在
表層濃度は低い0

50 100 150 200 m

表層＋深さ分布マップ その2

16ため池の・流入口、流出口の数 ・表面積 ・水深 ・体積 ・集水域の面積 ・土地利用といった条件により、セシウムの分布は大きく異なる[ため池の特徴および情報]
測定地点 (30地点)
流入口
流出口
池の表面積: 1.7×104 m2
水深: 1.2-3.0 m体積: 3.4×104 m3
集水域の表面積: 9.5×105 m2

0N [表層の放射性セシウム濃度マップ] N
放射性セシウム濃度 (Bq kg-1)

25 50 75 100 m[放射性セシウムのβeff分布マップ] N(赤いほど深い所に分布)
βeff (g cm-2)

3000

6000

90000025 50 75 100 m

1020300405025 50 75 100 m

まとめ[結果および考察]「広範囲のため池の放射性セシウムの分布状況を知る」というニーズに対し、底質表面でγ線スペクトル測定をすることで、広範囲のため池における・底質表層 (0-10cm) の平均放射性セシウム濃度
・底質中放射性セシウムの深さ分布を「迅速」かつ「簡便に」知ることができた

二つの結果からため池内の放射性セシウムの3次元的な分布を把握した[今後]本手法によりため池のセシウムの分布状況を評価することで・湖沼におけるセシウム分布の中長期的な評価・湖沼からのセシウムの土砂流出量、堆積速度の解析に役立つことが期待されます17

18

ご清聴ありがとうございました
本発表およびプレスリリースした論文の作成にあたり・調査に協力頂いた水土里ネット福島※の皆様
・解析業務を補助頂いた株式会社NESIの皆様
・放射線検出器の保守、校正に従事頂いた
日本放射線エンジニアリング株式会社の皆様に深く御礼申し上げます。
※水土里ネット福島: 福島県土地改良事業団体連合会