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トレーサー

大気拡散データベースシステム WSPEEDI-DB―放射性物質の大気拡散を様々な気象・放出条件で即座に計算―
寺田			宏明

Terada Hiroaki

永井晴康Nagai Haruyasu

1．はじめに2．開発の背景

原子力事故等により放射性物質が環境中へ放出さ筆者らは，福島第一原子力発電所事故に対して，れると，放射性物質は大気中を拡散，降下して地表SPEEDI の予測範囲を超える広域について WSPEEDIに汚染をもたらす。このような事態に対処するためを用いた大気拡散予測結果を旧原子力安全委員会にには，放射性物質の拡散と汚染の状況を正確に把握提供した。また，大気拡散計算と環境モニタリングする必要があり，環境モニタリングによる実測と大を組み合わせることで，放出量の推定や大気拡散と気拡散モデルを用いた計算を相補的に用いた予測と環境汚染形成過程の解析を行ってきた 10-14）。この解評価が有効である。国内の原子力緊急時に，放射性析において，WSPEEDI による地形の効果や気象条物質の大気拡散予測情報を迅速に提供するための緊件を詳細に考慮した拡散計算は，航空機モニタリン

急時対応システムとして，旧日本原子力研究所（現グで測定された放射性核種の沈着量分布を良好に再在の日本原子力研究開発機構，以降「原子力機構」）現し，高い計算精度を示した。

は，緊急時環境線量情報予測システム（System for

北朝鮮による地下核実験（2009 年 5 月，2013 年

P r e d i c t i o n o f E nv i r o n m e n t a l E m e rg e n cy D o s e

2 月，2016 年 9 月，2017 年 9 月）が実施された際

Information: SPEEDI） を開発し，「緊急時迅速放射には，実験直後に原子力規制庁と防衛省が行う高空能影響予測ネットワークシステム」として文部科学の大気浮遊じん等の採取・測定を実施する空域決定省により運用された。その後，原子力機構では，計のための参考情報として，WSPEEDI による希ガス算範囲の拡大と高度な気象及び拡散計算モデルの使核種の大気拡散予測情報を提供してきた 15, 16）。この1）

用 に よ り 予 測 性 能 を 向 上 し た 世 界 版 SPEEDI

対応においては，毎日の定時に発せられる気象条件（WSPEEDI: Worldwide version of SPEEDI）を開発し，をもとに自動予測計算を行い，あらかじめ多数の拡様々な応用研究を行ってきた散計算の結果を作成しておくことで，核実験実施時。筆者らは，2011 年

2-8）

3 月 11 日に発生した東日本大震災に起因する東京に即座に予測結果を提供した。

電力（株）
福島第一原子力発電所事故に対して，この一方，中央防災会議の防災基本計画 17）においては，WSPEEDI の活用により様々な対応を実施してきた。

「国は，地域防災計画・避難計画に係る具体化・充この経験に基づき，様々な気象条件や任意の放出条実化に当たって地方公共団体が大気中放射性物質の件に対する大気拡散計算結果を即座に取得でき，拡散計算を活用する場合には，専門的・技術的観点様々な応用が可能な大気拡散データベースシステムから支援を行うものとする」とされている。これにWSPEEDI-DB を開発した。本稿では，
WSPEEDI-DB

対して具体的な支援の内容を提案するためには，の開発の経緯と本システムの概要について述べる。

WSPEEDI による様々な条件に対する詳細な大気拡

9）44Isotope News

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図1

大気拡散データベースシステム WSPEEDI-DB の構成と計算手法

散計算結果を効率的に提供する必要がある。しかし，
WSPEEDI で用いる高度な気象及び拡散予測モデル
は，従来の SPEEDI のモデルよりも計算時間を要するため（例えば 3 日先までの計算に数時間），計算

3．大気拡散データベースシステム
WSPEEDI-DB
3.1

WSPEEDI-DB の概要

条件を設定してから予測結果を得るまでに時間を要

図 1 に，WSPEEDI-DB の全体構成と新たに開発することから，様々な条件の計算結果を比較検討すした計算手法と従来手法との比較を示す。新たに開るような利用は困難であった。

発した計算手法は，図 2 に示す基本原理に基づいてそこで，原子力緊急時における多様な大気拡散予いる。本手法は，原子力施設等放出点が定まってい測のニーズに対応して，様々な条件に対する詳細なる場合に，放出条件のうち放出点以外の放射性核種，大気拡散計算結果を効率的に提供することを可能と放出期間，及び放出率を特定することなく多数の拡するため，新たな拡散計算手法を開発した 。更に，散計算を実施して事前に計算結果のデータベースをこの計算手法の実行と計算結果を取得するための作成しておき，放出条件を設定するとその条件に基ユーザーインターフェイスを整備し，大気拡散デーづく予測結果を即座に得ることを可能とするものでタベースシステム WSPEEDI-DB を開発し，無償ある。本手法では，以下の手順で計算を行う。

公開した 。

1）放出期間を一定の間隔で分割したそれぞれの期

18）

9）

19）

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No.77545図2

新たに開発した計算手法の原理間について，単位放出条件（1 Bq/h）による大気解析期間に対する大気拡散計算結果を得ることが拡散を計算し，すべての放出期間ケースの結果（大可能となる。

気中濃度と地表沈着量）をデータベースとして保この新規計算手法を適用した試験計算により，放存する（単位放出拡散データ）。計算対象核種（60出から 24 時間後までの大気拡散計算を行う場合，種）を沈着特性が類似する 5 種類のグループに分従来手法と同様の計算結果を従来手法（1 ケースあけ，それぞれのグループを代表する 5 核種のみにたり約 7 分）の 1/100 以下の時間（1 ケースあたりついて計算する。この際に，放射性壊変による減3〜4 秒）で取得可能であることを確認し，本手法衰がない条件で計算を行い，後で指定した放射性の妥当性と有効性を実証した。

核種の沈着特性に対応する単位放出拡散データに対して放射性壊変による減衰を適用することで，3.2

WSPEEDI-DB の活用方法任意の放射性核種の放出に対応可能とした。

今回開発した WSPEEDI-DB により，過去の気象

2）実際の放出条件が与えられた際には，分割期間条件に対する様々な仮想放出源情報による大気拡散ごとの放出条件を単位放出拡散データに適用す計算結果を作成することができる。この大気拡散計る。これによって得られる大気拡散計算結果を全算結果の活用方法として，以下が挙げられる（図 3）。

放出期間について合算することにより，任意の放1）地形や気象の影響による放射性プルームの移動出条件に対する大気拡散計算結果を作成可能となに対する沈着量と空間線量率の分布との関係かる。

ら，原子力防災訓練時に想定すべき大気拡散事象

3）更に，毎日の気象解析・予報データの更新に合を把握する。

わせて気象計算及び前述の大気拡散計算を定常的

2）モニタリングポスト設置地点とその周辺の計算に実行し，単位放出拡散データを連続的に蓄積し値を比較することで，地形の特徴や気象条件とのて過去から数日先までの連続的なデータベースを関連性を考慮した，より効率的なモニタリング方作成することにより，過去から数日先まで任意の法について検討する。

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No.775図3

WSPEEDI-DB の活用3）過去の実際の気象場に対する想定事故シナリオ

30 km 圏内の計算格子の放出 24 時間後の空間線量に基づく拡散計算結果から，モニタリング地点の率を用いて解析を行った。解析では，モニタリング空間線量率の計算結果を出力し，事故を想定したポスト地点（計 180 地点）に対応する計算格子の値

模擬モニタリングデータを作成して訓練に活用すとそれ以外の計算格子の値を比較し，4 つのモニタることで，モニタリング実施の手順の確認や問題リング地点に囲まれた範囲の計算値に，モニタリン点の抽出を行う。

グ地点の計算値の最大値より高い値（ホットスポッ

本システムで得られる拡散計算結果の活用事例とト）が存在する割合とその分布（図 4）を調べた。

して，島根県原子力環境センターとの共同研究によその結果，周辺のモニタリング地点の最大値の 2 倍り実施したモニタリング地点の配置の妥当性の検討

以上の値となる計算値が 1.2％の割合で存在し，こについて述べる 9）。この検討では，モニタリングポれらの地点の高い空間線量率は，ほとんどが降水にストが設置されていない地点に空間線量率の高い場より沈着量が大きくなったことに起因することが分所がどの程度存在する可能性があるかを調べることかった。したがって，現状のモニタリングポストので，モニタリングポスト配置の有効性を評価した。

配置は，降水がない条件において空間線量率の空間まず，島根原子力発電所周辺の 100 km 四方（分解分布を把握するのに有効であると言える。しかしな

能 1 km）及び 390 km 四方（分解能 3 km）の計算

がら，降水時にはモニタリングポストでは把握でき領域について，過去 1 年間（2015 年）の気象デーないホットスポットが想定され，そのような地域にタを用いた 1 時間間隔の単位放出拡散データを蓄積

ついては，可搬型モニタリングポストや走行サーベしてデータベースを作成した。このデータベースかイ等での機動的な測定により補強することが有効と

ら，モニタリングポストが配置されている原発から考えられる。

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タベースを保存しておき，それらを比較することで気象予測計算に起因する大気拡散計算の不確かさの情報を取得する手法の開発への展開を予定している。
参 考 文 献図 4 島根原子力発電所周辺のモニタリングポスト配置の妥
当性評価結果上図の濃淡は，空間放射線量率の計算値が，周辺の 4 つのモニタリング地点の計算値の最大値より 2 倍以上高い値となった割合（%：図右スケール）を示す

4．今後の展開
放射性物質の大気拡散状況は，対象とする地域の地形や気象条件により大きく異なるため，地域の特性を考慮して大気拡散計算結果を活用することが有効である。今後は，島根原子力発電所以外の原子力施設に対して WSPEEDI-DB を適用することで，様々な活用方法の検討を予定している。更に，本システ
ムの拡張として，本計算手法と環境モニタリングで得られる実測値を組み合せて解析することにより，実測値を最も整合的に再現する放出条件を推定し，現実に即した放射性物質の時間空間分布を再構築することが可能となることに注目し，環境モニタリングの測定値からの逆解析により放出条件を推定する

1） Imai, K., et al., JAERI-1297, Japan Atomic Energy
Research Institute, 89pp（1985）
2） Furuno, A., et al., Atmos. Environ., 38, 6989-6998（2004）
3） Terada, H., et al., J. Nucl. Sci. Technol., 41（5）, 632-640（2004）
4） Terada, H. and M. Chino, J. Nucl. Sci. Technol., 42（7）,651-660（2005）
5） Terada, H., and M. Chino, J. Nucl. Sci. Technol., 45（9）,1-12（2008）6） 寺田ほか，日本原子力学会和文論文誌，7（3），257267（2008）
7） Furuno, A., et al., Agric. For. Meteorol., 133, 197-209（2005）
8） Terada, H., et al., J. Nucl. Sci. Technol., 50, 1198-1212（2013）
9） Terada, H., et al., J. Nucl. Sci. Technol., 57, 745-754（2020）
10）Chino, M., et al., J. Nucl. Sci. Technol., 48, 1129-1134（2011）
11）Katata, G., et al., J. Environ. Radioact., 109, 103-113（2012）
12）Katata, G., et al., J. Environ. Radioact., 111, 2-12
（2012）
13）Terada, H., et al., J. Environ. Radioact., 112, 141-154（2012）
14）Katata, G., et al., Atmos. Chem. Phys., 15, 1029-1070（2015）
15）中西ほか，JAEA-Technology 2013-030, 日本原子力研究開発機構，105pp.（2013）16）石崎ほか，JAEA-Technology 2018-007, 日本原子力研究開発機構，43pp.（2018）17）中央防災会議，防災基本計画（2020）http://www.
bousai.go.jp/taisaku/keikaku/pdf/kihon_basicplan.pdf
18）寺田ほか，JAEA Data/Code 2017-013, 日本原子力研
究開発機構，31pp.（2018）19）日本原子力研究開発機構，原子力機構プログラム
等検索システム PRODAS, https://prodas.jaea.go.jp/

機能の開発を進めていく予定である。更に，毎日の気象解析・予報データの更新に合わせた定常実行により予報計算から解析計算に更新されるまでのデー

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No.775（（国研）日本原子力研究開発機構）