20150714
放射線計測フォーラム福島

WSPEEDIによるソースターム推定と汚染拡大プロセスの解明
１．大気放出量の逆推定
２．放射性物質の大気拡散・地表沈着プロセスの解明
３．原子力緊急時における計算予測と環境モニタリングの役割

茅野 政道
日本原子力研究開発機構
1

1. 大気放出量の逆推定 －推定手法の概念－
計算値
1Bq/hの単位放出を仮定

測定値
大気中濃度、空気吸収線量率

測定点の大気中濃度、空気吸収線量率を算出

放出率(Bq/h)＝測定値 / 計算値

1 Bq/h放出計算

計算濃度：10-10 Bq/m3
実際の測定濃度：1 Bq/m3

実放出は1 Bq/hの1010倍2放出量推定フロー
環境モニタリング

拡散シミュレーション

陸側の大気中濃度、沈着量、空間線量率測定

大気拡散、地表沈着、空間線量率計算
逆推定

プルームが陸側に流れた時の放出量時間変動

ソースターム初期値

大気拡散・沈着+ フォールアウトの海洋拡散

海表面濃度測定

逆推定
プルームが陸側及び海側に流れた時の包括的な放出量時間変動結果

3使用した環境モニタリングデータ
放出量推定に利用
１．文部科学省が実施した福島県内でのダストサンプリングデータ (3/20～）
２． JAEA 東海サイトのダストサンプリングデータ
３．福島県のモニタリングポストデータ（一部）（3/12 ~ 3/16)
４．福島県の可搬型モニタリングポストデータ（3/12~3/16)
５．福島第２原子力発電所でのモニタリングデータ（3/12～3/31)
６．JAEA 東海サイトのダストサンプリングデータ

７．海洋調査による海表面放射能濃度検証に利用
１．JAEA 航空機サーベイによる地表沈着量分布２．都道府県による放射性物質の降下量調査
３．米国等、国外での大気中放射能濃度
４．国外の計算予測システムによる相互比較

4

WSPEEDIの計算フロー図
オンライン情報

データベース

気象庁数値予報GPV (GSM, MSM)
地球規模、日本全体の気象予報
初期条件、境界条件

大気力学モデルによる予測対象範囲の詳細な
３次元気象場の予報（運動方程式、熱力学方程式、湿度方程式等の数値シミュレーション）

領域地形情報発電所位置情報

放出源情報 or
単位放出情報粒子拡散モデルによる大気拡散・地表沈着計算（放射性物質を仮定した粒子の拡散状況をモンテカルロシミュレーション）

核種物理情報

核種組成比率情報
大気中濃度、地表沈着量、外部及び内部被ばく線量5福島県モニタリングデータによる再推定*（3月12日午後）
ベントによる圧力低下(14:30-15:00)
2.0E+03
双葉町上羽鳥1.8E+03
3.5E-13

浪江町幾世橋1.5E-13

1.6E+03
1.4E+03
1.2E+03
1.0E+03
8.0E+02
6.0E+02
4.0E+02
2.0E+02
0.0E+00

1.0E-13

Obs.: 37 mGy h-1

5.0E-14

Calc. (mGy h-1)

1.4E-13

双葉町新山

1.2E-13

17–18時約850 mGy h-1

1.0E-138.0E-14

計算(単位放出)
Calc.
(1Bq/h)Obs.
観測3/14 00:00

1.6E-13

3/13 21:00

ベントや水素爆発(15:36)

3/13 18:00

3/13 15:00

3/13 12:00

3/13 09:00

3/13 06:00

3/13 03:00

3/13 00:00

3/12 21:00

0.0E+00

1.2E+03
1.0E+03
8.0E+02
6.0E+02

6.0E-144.0E+02

Obs. (mGy h-1)

15時
1540 mGy h-1

2.0E-13

3/12 18:00

福島第一原発2.5E-13

3/12 15:00

上羽鳥

計算(単位放出)
Calc. (1Bq/h)
Obs.
観測3.0E-13

3/12 12:00

新山

Calc. (mGy h-1)

浪江町浪江

Obs. (mGy h-1)

4.0E-13

4.0E-142.0E+02

Obs.: 250 mGy h-1

2.0E-14

3/14 00:00

3/13 21:00

3/13 18:00/

3/13 15:00

3月12日

3/13 12:00

12 15 18 21 0 3 6

3/13 09:00

3/13 06:00

3/13 03:00

3/13 00:00

3/12 21:00

3/12 18:00

3/12 15:00

事故前のＢＧ：0.05~0.1 μGy/h

0.0E+00

3/12 12:00

0.0E+00

9 12 15 18 21 0

3月13日

（時刻）

* 平成24年度日本原子力学会年会口頭発表

6福島県モニタリングデータによる再推定（3月14日夜間から15日未明）

Obs.

101500

JAEA原科研
大気中137Cs濃度

10003/15-12h

3/15-11h

3/15-10h

3/15-09h

3/15-08h

3/15-07h

3/15-06h

3/15-05h

3/15-03h

3/15-02h

3/15-01h

3/15-04h

Date and time (JST)

福島第一原発福島第二原発広野町広野

3/15-06h

3/15-05h

3/15-04h

3/15-03h

空間線量率の観測結果
3/15-02h

3/15-01h

3/15-00h

3/14-23h

3/14-22h

3/14-21h

3/14-20h

3/14-19h

約5時間遅れ3/15-00h

3/15-06h

3/15-05h

2F

広野町広野
約2時間遅れ

0.01

2000

0 1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11 12
3月15日
（時刻）

1
0.1

Obs.
JAEA原科研

0

3/15-04h

3/15-03h

3/15-02h

3/15-01h

3/15-00h

約30分遅れ3/14-23h

3/14-22h

3/14-21h

3/14-20h

3/14-19h

3/14-18h

100

FNNP2Hirono1

2500

500

SR弁開(01:02)

SR弁開(21:18)

1000

Air dose rate (mGy h-1)

SR弁開(23:25)

2号機炉心
圧力変動

3/14-18h

Reactor pressure (MPa)

4.0
3.5
3.0
2.5
2.0
1.5
1.0
0.5
0.0

Calc. (Bq m-3)

3000

18 19 20 21 22 23 0 1 2 3 4 5 6
3月14日 / 3月15日 （時刻）Date and time (JST)3月14日21時～15日4時の単位放出計算による
空間線量率分布
JAEA原科研7福島県モニタリングデータによる再推定（ 3月15日午前から16日午後）
3/15 21時
浪江町浪江

大熊町大野

福島第一
原発

3/15 11時, 3/16 01, 12時
福島第二原発楢葉町松舘
3/15 8時, 3/16 02, 11時

1000

双葉町山田
16Futaba
4Naraha
楢葉町松舘

大熊町大野
14Ohno
第二原発
FNNP2

浪江町浪江
22Namie100
101

3/15-06h
3/15-08h
3/15-10h
3/15-12h
3/15-14h
3/15-16h
3/15-18h
3/15-20h
3/15-22h
3/16-00h
3/16-02h
3/16-04h
3/16-06h
3/16-08h
3/16-10h
3/16-12h
3/16-14h
3/16-16h
3/16-18h

3/15 13,19,23時
双葉町山田(mGyhh-1-1)
Air dose rate(mGy
空間線量率

10000

6 9 12 15 18 21 0 3 6 9 12 15 18
3月15日 / 3月16日（時刻）
Date and time (JST)8計算領域と大気放出量の再推定に用いた海洋観測点。
×は予備計算によって海洋への直接放出の影響が考えられる測点。
頭文字に“J”が付く測点はHonda et al. (2012)、他は気象研の観測点を示す。

9

WSPEEDIで計算した積算沈着量

3/13放出

3/18放出10

推定結果(３月前半)
プラント事象との関連
3月12日
1号機 ベント 14:00-15:00
１号機 水素爆発 15:36
3月12日午前
１号機 DW
圧力上昇.

3月13日
3号機ベント
9:24, 12:30

3月13日午前
3号機 DW
圧力上昇

3月15日 2号機 DW圧力低下7:00–11:25

3月14日
３号機
水素爆発
11:01 .

3月15日
3号機 ベント
16:05 ～
2, 3号機 DW圧
力低下
16:00–01:00

2号機
SR弁開:
3月14日
21:30,23:25
3月15日
01:02

3月14日
3号機ベント
5:20 .

3月16日
3号機 DW
圧力低下
09:00–12:00

Cs-137

1.E+16I-131

1.E+15

1.E+14
1.E+13
1.E+12日 時

17/3 00:00

16/3 18:00

3/16

16/3 12:00

16/3 06:00

16/3 00:00

15/3 18:00

3/15

15/3 12:00

15/3 06:00

15/3 00:00

14/3 18:00

3/14

14/3 12:00

14/3 06:00

14/3 00:00

13/3 18:00

3/13

13/3 12:00

13/3 06:00

13/3 00:00

12/3 18:00

3/12

12/3 12:00

12/3 06:00

1.E+11

12/3 00:00(Bq h-1)rate(Bq/h)
Release放出率1.E+17

3/171117/3 00:00
17/3 12:00
18/3 00:00
18/3 12:00
19/3 00:00
19/3 12:00
20/3 00:00
20/3 12:00
21/3 00:00
21/3 12:00
22/3 00:00
22/3 12:00
23/3 00:00
23/3 12:00
24/3 00:00
24/3 12:00
25/3 00:00
25/3 12:00
26/3 00:00
26/3 12:00
27/3 00:00
27/3 12:00
28/3 00:00
28/3 12:00
29/3 00:00
29/3 12:00
30/3 00:00
30/3 12:00
31/3 00:00
31/3 12:00
1/4 00:00

放出率rate(Bq/h)(Bq h-1)
Release

推定結果(３月後半)

プラント事象との関連
３号機 ベント.
21:30 3月17日
05:30 3月18日
11:25 3月20日

1.E+16

1.E+153/17
3/201号機, 3号機再溶融の指摘（Tanabe)3/23
日 時

2号機 再溶融の指摘（Tanabe)

Cs-137I-131

1.E+14

1.E+13

1.E+12

1.E+11

1.E+10

3/26
3/29
4/112

国連科学委員会UNSCEARが線量評価に用いた大気放出量- UNSCEAR 2013 Report 放射性核種総放出量(PBq)

放射性核種総放出量(PBq)

Te-132

29

Xe-133

7300

I-131

120

Cs-134

9.0

I-132

29

Cs-136

1.8I-133

9.6

Cs-1378.8

131Iの「総」放出量の推定値は、約100PBqから約500PBqの範囲、137Csは6-20PBqの範囲にあった。これらの範囲は、事故時に稼働中だった3基の原子炉（1号機から3号機）における131Iの総インベントリの約2-8%、137Csについては総インベントリの約1-3%を含むものである。これらは、それぞれチェルノブイリ事故における推定放出量の10%と20%であった。
1号機から3号機の停止時におけるインベントリa (PBq)

大気中への放出(PBq)

131I

6 000

137Cs

700

放射性核種

海洋への放出 (PBq)
直接的

間接的b

100 to 500c

10 to 20e

60 to 100g

6 to 20d

3 to 6f

5 to 8g13２．放射性物質の大気拡散・地表沈着プロセスの解明【入力データ】
地形データ気象庁数値予報データGPV
気象観測データ：アメダスの気象データ、福島第一・第二原発の風速・風向データ

大気拡散計算領域

広域計算【気象場計算】大気力学モデルＭＭ５-気流、乱れ、降雨、雲量等の気象変数を予測
計算格子：3段階で高分解能化(9km→3km→1km)【大気拡散・線量計算】
ラグランジュ型粒子拡散モデルGEARN-放射性核種の移流・拡散・沈着・ 崩壊を考慮-大気中濃度、地表沈着量、被ばく線量を予測(放出核種：131I, 132Te (＋132I), 134Cs, 137Cs)

１F

局地計算

動画はこちら： http://nsed.jaea.go.jp/ers/environment/envs/fukushima/animation5.htm

14広域および狭域の積算Cs-137沈着量の再現性
WSPEEDI

航空サーベイ

狭域

広域15

汚染の広がりの時系列（１）Cs-137の沈着量分布予測（3/13 00 JST)

Cs-137の沈着量分布予測（3/16 12 JST)16

汚染の広がりの時系列（２）Cs-137の沈着量分布予測（3/16 12 JST)

Cs-137の沈着量分布予測（3/23 00 JST)17

3月15日午前から16日午後の降水量と鉛直積算濃度分布
3月15日06～15時

3月15日15～21時
面塗り：積算降水量の計算値
コンター：各時間帯のプルーム存在範囲(WSPEEDI)

3月15日06～15時
福島第一原発・時計回りに移動。中通りで降雨帯と重なるが、ほとんど降雨沈着なし。
3月15日15～21時

3月15日21時～16日06時

3月16日06～18時

・時計回りにゆっくり移動。主に北西方向で降雨帯と重なる。
3月15日21時～16日06時
・降雨地域内を急速に反時計まわりに移動。
3月16日06～18時・ほぼ海上だが、一時的に海岸沿いでも濃度上昇。

183月15日午前から16日午後の汚染地域の形成
3月15日06～15時

3月15日15～21時
面塗り：期間中の積算Cs-137
沈着量の計算値

福島第一原発

3月15日06～15時
・南南西への乾性沈着と栃木から中通り南部、サイト西部に湿性沈着を形成。
3月15日15～21時

3月15日21時～16日06時

3月16日06～18時

・福島市から飯舘村、浪江方向に湿性沈着を形成。

3月15日21時～16日06時
・反時計まわりの移動中にサイト近傍北西部に湿性沈着を形成。

3月16日06～18時・ほぼ海上だが、一時的に海岸沿いでも沈着を形成。

19

3/15 午後 2号機
圧力減少（降雨沈着）
3/15 午前 2号機
圧力減少（降雨沈着）

局地域の地表汚染形成プロセス（主な寄与）
3/12 1号機ベント14:30-水素爆発
15:36を含む。(NNWで乾燥沈着)

3/15 夜中(NNWで降雨沈着)

3/15 午前 2号機圧力減少（乾燥沈着）
3/14夜～15 未明
2号機リーク（降雨沈着）

3/14夜～15 未明 2号機リーク（乾燥沈着）
3/16 朝、3/21夜間、他

下図引用：
http://radioactivity.mext.go.jp/ja/1910/
2011/12/1910_1216.pdf
20拡散計算から推定される広域の地表汚染形成プロセス
航空機サーベイの結果

プルームの動き①3月12日②3月13日③3月14日夜～15日④3月15日朝～夕方⑤3月15日午後～16日⑥3月20日⑦3月21日

3月20日の降雨⑥①⑤②3月15日午後～16日の降雨④③

3月21日の降雨⑦

下図引用：http://radioactivity.mext.go.jp/ja/1910/2011/11/1910_111112.pdf

21３．原子力緊急時における計算予測と環境モニタリングの役割

福島第一原子力発電所事故時の旧原子力安全委員会での対応経験から

22

緊急時の情報の流れ
赤マーク（福島第一原発事故当初）？

23

大気拡散計算はどう使われたか
利用内容

利用者

周辺の緊急時モニタリング計画(SPEEDI)

文部科学省（事故当初）＞高線量地域モニタリングをSPEEDIをもとに的確に指示

仮想放出による被ばく線量評価(SPEEDI)

文科省、原子力安全保安院（事故当初） ＞内部検討の材料

放出量逆推定(SPEEDI/WSPEEDI)

原子力安全委員会（3月）＞被ばく線量評価、事故評価

被ばく線量評価(SPEEDI)

原子力安全委員会（3/23)＞甲状腺被ばく検査の指標

東日本の地表沈着量分布予測(WSPEEDI)

厚生労働省（８月）＞食品検査等の指標

放射性物質の詳細挙動解析(WSPEEDI)茨城県、他（９月）＞線量上昇プロセスの理解

大気拡散情報（仏、独システム）

在留邦人への提供

放出量等の情報が無く、線量や濃度の絶対値までは予測できず、避難区域や屋内退避区域の設定には使われていない。

24

NISA/ERC 1号機ベントによる影響確認のため（3/12 13:42 配信）

14時のベント前に影響を予測。分布は若干南にずれているが、当日、15時前に上羽鳥のモニタリングステーションで線量上昇が認められ、ほぼ予測出来ている。

http://www.nsr.go.jp/archive/nisa/earthquake/speedi/erc/11-03121342.pdf

25

NISA/OFC 緊急時モニタリング計画作成の参考（3/15 02:32 配信）

１５日未明には、すでに１５日夕方の北西部での線量上昇を予測出来ており、実測とほぼ一致する予報ができている。文部科学省の報告書でも、SPEEDIの予報に基づき北西部にモニタリングチームを派遣できたことが記されている。

http://www.nsr.go.jp/archive/nisa/earthquake/speedi/ofc/003-1103150100-006751.pdf

26

検証結果
検証結果
 海上に流れた期間を除き、ほとんどのケースで放射性物質の動きを時・空間的に俯瞰するための精度はあった。また、海上に流れた期間も、陸上側で線量上昇がほとんどないことを予測出来ている点では、相対的な汚染分布予測に対しては精度があるといえる。
 しかしながら、過酷事故において、放出量変動を予測することは、現在の苛酷事故解析
コードでは困難であり、結果的にＳＰＥＥＤＩで絶対値の予報をすることは困難である。
政府事故調、国会事故調、民間事故調、文科省事故調、等の判断：
 計算予測のみで、避難範囲や屋内退避との対策地域の設定は非現実的。モニタリン
グ体制の充実が必要。
 非難のタイミング等の判断には使えたはず。
 緊急時モニタリング計画策定に有効。

原子力規制委員会の方針
 防災対策は炉内状況とモニタリングをもとに決定するとして、計算予測の役割を防災対策指針から除外の方向。
 パブリックコメントで、気象学会や地方自治体等から、再考すべきという意見が多く出されている。

27

具体的改善に向けて「All or Nothing ではなく、何に使えるのか科学的検証が必要」
放出開始以前に予め避難区域を計算で予測＞ 困難。放出量の事前予測は不可能に近く、線量の絶対値のわからない状態で、避難区域は決められない。モニタリングが重視されるべき。
モニタリング計画の策定＞ 汚染の恐れのある地域を予め知って、効率的な計画を作るために使える。農作物や被ばくのスクリーニング地域の策定にも有効。

避難のタイミング判断＞ プルームが飛来するタイミングで避難をするのは避けるべきであり、そのための指標として有効。
モニタリング体制が整う以前の早期の利用＞ 放出が始まってもモニタリング密度が不十分な早期では、計算予測との併用による避難区域の把握が必要なケースがある。
甲状腺内部被ばくを防ぐヨウ素剤投与＞ プルームが飛来する前に投与する必要があり、飛来予測は計算でしかできない。（投与が早すぎても駄目）

放出量の逆推定＞ 事故規模の評価や、早期の公衆の被ばく線量評価のため、モニタリングと計算予測による放出量の逆推定は重要。

28

モニタリングと計算予測を統合した汚染予測体系の再構築
モニタリングと計算予測の補完的特徴
数値の精度
予報性
迅速性
全体把握
安定性
理解の容易さモニタリング◎

計算予測
◎
○○
○

○

モニタリングは、数値の正確性で計算予測よりも優れるが、新指針案で対象とする30 km圏で最大線量地点や分布状況を把握できるようなモニタリング体制の構築には時間を要する。特に、甲状腺内部被ばくについては、ヨウ素の大気中濃度分布の全体像をリアルタイムで常時監視することは困難。

計算予測は不確実性があり、専門家の解釈が必要になるが、予報という計算のみが持つ大きな特徴がある。また、事故早期には非難・退避にかかる様々な判断を計算予測に頼らざるを得ない状況が生まれる（福島原発事故時に緊急時モニタリングが機能し始めたのは事故発生から４日後）。

モニタリングと計算は相補的な道具である。二者択一ではなく、両者の補完的特徴を融合して避難や退避に必要な有効な情報を創出する「１．技術開発」と「２．専門家集団の形成」が必要。
29