SALT & SEAWATER SCIENCE SEMINAR 2012
財団法人 塩事業センター

海水総合研究所

元素の世界から眺める海水の科学2012 年 12 月 7 日 ( 金 ) 13:00 ～ 16:00
講演
1. 宇宙と元素の創生、太陽系・地球・海の誕生
財団法人塩事業センター

海水総合研究所

2. 海水を構成する元素、その特徴と分離方法
財団法人塩事業センター

3. 元素から見た放射能 Q & A

財団法人塩事業センター所長

長谷川 正巳

海水総合研究所

主任研究員

正岡 功士

海水総合研究所

主任研究員

野田 寧

協賛
公益財団法人 ソルト・サイエンス研究財団、日本海水学会、公益社団法人 化学工学会、分離技術会、日本イオン交換学会、日本膜学会、日本海洋学会、公益社団法人 日本分析化学会

Salt & Seawater Science Seminar 2012
元素の世界から眺 める海水の科学― 講 演 プログラム ―2012 年 12 月 7 日 （金 ）
13:00

開 会

13:00～13:10

挨 拶

13:10～16:00

講 演（受 付 12:00～ ）財 団 法 人 塩 事 業 センター 理 事 長 柘 植 秀 樹

ページ

講 演 1

宇 宙 と元 素 の創 生 、太 陽 系 ・地 球 ・海 の誕 生······················· 1

財 団 法 人 塩 事 業 センター 海 水 総 合 研 究 所
所長

長谷川 正巳講 演 2

海 水 を 構 成 する元 素 、その特 徴 と 分 離 方 法····················· 11

財 団 法 人 塩 事 業 センター 海 水 総 合 研 究 所
主任研究員

正岡 功士

休 憩
コーヒーブレイク
講 演 3

元 素 から見 た放 射 能 Q&A································· 25

財 団 法 人 塩 事 業 センター 海 水 総 合 研 究 所
主任研究員

閉 会

野田 寧

Salt & Seawater Science Seminar 2012 ― 元素の世界から眺める海水の科学
講演 1 宇宙と元素の創生、太陽系・地球・海の誕生

Salt and Seawater Science Seminar 2012

元素の世界から眺める海水の科学
宇宙と元素の創生、太陽系・地球・海の誕生
話題① 宇宙と元素の創生② 太陽系の誕生③ 地球の誕生④ 海の誕生海水総合研究所
長谷川正巳

2

Prologue
元素＝物質を構成している原子レベルでの基本成分であり、原子の種類を表す。
･･･水は酸素(という元素)と水素(という元素)からなる。
原子＝物質を構成する基本的な粒子であり、正電荷を持つ原子核と核外をまわる負電
荷を持つ電子からなる。･･･水は水素原子2個と酸素原子1個からなる。
原子核＝陽子と中性子で構成され、その重さは陽子≒中性子
質量数＝陽子の数＋中性子の数
原子量＝12C(陽子=6、中性子=6)の原子量を12として基準
周期律表をみると、C＝12.0107
同位体＝同じ元素でも中性子の数の違う原子がある。
例えば、12C(98.93％)、13C(1.07%)
中性子6個と7個の違い
12×0.9893＋13×0.0107＝12.0107
安定同位体＝1H(水素：陽子1個、中性子0個)
2H(重水素：陽子1個、中性子1個)
放射性同位体＝3H(三重水素：陽子1個、中性子2個)･･･1個の中性子から電子を放出して陽子となり、3He(ヘリウム：陽子2個、中性子1個)ができる。

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1

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Salt & Seawater Science Seminar 2012 ― 元素の世界から眺める海水の科学
講演 1 宇宙と元素の創生、太陽系・地球・海の誕生

宇宙と元素の創生･･･｢無｣から｢有｣を生んだビッグバン

3

東京大学大学院理学系研究科 須藤 靖先生 講演資料より

私の中では、宇宙をつくった創造主は必ずいると信じている。宇宙・元素の創生、太陽系・地球・海の誕生、すべてに奇跡があり、我々の地球が成り立っていると思うからだ。
137億年前に起こったビッグバン(宇宙の創生)後の宇宙の変化(時系列)経過時間
10-34秒後
1/10万 秒後
3分後
30万年後
10億年後

出来事

内容
温度
陽子や中性子の素であるクオークやレプトンである電子や1028℃素粒子の飛び交う世界
ニュートリノ、光の粒子が超高温の世界で飛び交う
陽子・中性子が生まれる
クオーク[(u),(d)]が結合し陽子と中性子が生まれる
1兆℃
原子核のみが生まれる
陽子と中性子が結合して、初めて原子核が生まれる
10億℃
自由に飛び交っていた電子が原子核にとらえられ、水素・ヘリ
原子が生まれる[宇宙の晴れ
4,000℃
ウムが生まれる。電子によって阻まれていた光の直進が可能と上がり]なり、光がさし始める
最初の銀河が生まれる
銀河には数多くの恒星が重力により誕生する
現在は-270℃

宇宙と元素の創生･･･夜空を眺めてみると

4

オリオン座を眺めてみよう。
ベテルギウス(赤の一等星)

オリオン座大星雲
リゲル(青の一等星)
Wikipedia より

－

2

－

Salt & Seawater Science Seminar 2012 ― 元素の世界から眺める海水の科学
講演 1 宇宙と元素の創生、太陽系・地球・海の誕生

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宇宙と元素の創生･･･恒星の質量と表面温度との関係
・恒星は「主系列星」「赤色巨星」「白色わい星」に分類できる。赤色巨星は年寄りの星。
・恒星の色は表面温度で決まる。青い星が温度が高い星で、白、黄色、オレンジ色と温度が低い星になり、赤い星は特に温度が低い星(それでも3,000度位)である。
・星の明るさと表面温度の関係をあらわしたものがHR(ヘルツシュプリング・ラッセル)図。縦軸は恒星が出す光の強さ、横軸は温度。大部分の恒星は左上から右下へほぼ一列に並ぶ。このグループの恒星が主系列星を示す
・HR図の横軸は表面温度にすることも、色にすることもある。我々の太陽は、HR図上では主系列のほぼ中央。

ヘルツシュプリング・ラッセル(HR)図科学技術振興機構 理科ネットワークより

6

宇宙と元素の創生･･･恒星の質量と表面温度、寿命との関係
科学技術振興機構 理科ネットワークより・中心部で核反応が続く間、恒星は安定して輝き続け、質量の大きい星は核反応がさかんなため
明るく輝き、また表面温度が高くなる。

表面温度(K)
52,000・リゲルのような恒星(太陽質量の約20倍)の寿命
は500万年、我々の太陽の寿命は100億年と質量が大きな恒星ほど、指数的に寿命が減少する。
・因みに太陽の年齢は46億年。人間でいうと中年か。寿命は半分ほど残されているが、いずれ金星の公転軌道ほどまで膨張すると考えられている。
・リゲルの末路は超新星爆発後に中性子星、太陽は白色矮星だと考えられている。

44,000650万年

24,0002,900万年

9,200

2,900万年

5,400

100億年

3,800

ベラ・パルサー中心部に中性子星がある。
半径10km程度で、太陽と同じ質量を
持つ。

寿命
500万年

1,800億年

白色矮星(シリウスの伴星)
赤色巨星の外層部が剥がれ、核のみとなっている。余熱が残るが、いずれは黒色矮星に。
半径は地球と同じ、質量は太陽と
同じ。

－

3

－

Salt & Seawater Science Seminar 2012 ― 元素の世界から眺める海水の科学
講演 1 宇宙と元素の創生、太陽系・地球・海の誕生

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宇宙と元素の創生･･･2012年宇宙の旅
青い星(若者)の集団
おうし座の散開星団。プレアデス星団(通称：昴(すばる))。雲のように見えるのは星間ガス。誕生後、約6千
万 ～ 1億年。

オリオン大星雲(散光星雲)
肉眼でも見える星雲。真ん中の明るい部分は、1万年前に生まれた｢トラペジウム｣と呼ばれる新しい恒星。

赤い星(年寄り)の集団
さそり座の球状星団M80。互
いに、重力によって拘束されるため、球状に集まる。誕生が100億年前のものも。星の誕生も確認されている。

Wikipedia より

さそり座の球状星団M4。
○で囲まれた星はすべて白色矮星。星間ガスがなければ、星の墓場となる。

太陽系の誕生･･･それは巨大な恒星の死から始まった

8

どうして、Feで核反応が終了してしまうのか？

巨大な恒星の断面図。核融合により、Fe(原子番号26)までの元素がつくられる。
太陽は質量が小さいため、C(原子番号6)、O(原子番号8)までしか、つくられない。

第1世代の核融合では原子同士が反応して熱量を発生する。つまり、核融合が進むと放熱による質量欠損によって原子は軽くなる。Feが最も軽い。
第2世代では、超新星爆発に伴う高温・高圧下で吸熱反応により、Fe以上の元素が生まれ、質量は増加することになる。(核分裂の際に熱を発生=原発)
http://www.nssmc.com/company/nssmc/science/pdf/V15.pdfより

－

4

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Salt & Seawater Science Seminar 2012 ― 元素の世界から眺める海水の科学
講演 1 宇宙と元素の創生、太陽系・地球・海の誕生

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太陽系の誕生･･･それは巨大な恒星の死から始まった
今、もっとも期待できる天空ショー

核融合ができないFeが中心に集まり、恒星が収縮を始めると、Fe原子は分解して、陽子は電子と結合して中性子となる。中性子生成の際に大量に放出されたニュートリノ(物質の基本粒子の一つ)は外層の原子にぶつかり大爆発を起こす(超新星爆発)。

・超赤色巨星であるベテルギウスは、木星公転軌道に達するほど膨張しているが、近年の観測では15
年間に15%も収縮している。
・その意味では、ベテルギウスは既に超新星爆発を起こしている可能性も否定できない。現在、見えているベテルギウスの姿は640年前のもの。
・もし、超新星爆発を起こしたら、地球に影響はないのだろうか。γ線バーストの角度によっては、オゾン層の破壊、地上へのγ線到達を生じ、甚大な影響を受けるとも言われている。
・自転軸は20%ずれているので、直接の影響はなく、3カ月程度は満月の100倍以上の明るさで輝くともいわれている。
・ただし、数年もすれば輝きを失い、オリオン座からベテルギウスの姿は消える。ベテルギウスは中性子星か、その重さに耐えきれず、ブラックホールになっているかもしれない。
東京大学 数物連携宇宙研究機構 版 CG
YouTube: http://www.youtube.com/watch?v=nILpwCX4nPg

科学技術振興機構 理科ネットワークより

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太陽系の誕生･･･地球を構成する元素
1
H
3
Li
11
Na
19
K
37
Rb
55
Cs
87
Fr

原子番号の青色は人工原子
4
Be
12
Mg
20
Ca
38
Sr
56
Ba
88
Ra

テクネチウムTc、プロメチウムPmが青色なのは、すべてが放射性同位体であり、半減期が最も長いものでも、前者で98年、後者で17.7年であるた
め、既に自然界には存在しない。
21
Sc
39
Y
57～
７１
89～
103

22
Ti
40
Zr
72
Hf
104
Rf

23
V
41
Nb
73
Ta
105
Db

24
Cr
42
Mo
74
W
106
Sg

25
Mn
43
Tc
75
Re
107
Bh

26
Fe
44
Ru
76
Os
108
Hs

27
Co
45
Rh
77
Ir
109
Mt

28
Ni
46
Pd
78
Pt

29
Cu
47
Ag
79
Au

30
Zn
48
Cd
80
Hg

5
B
13
Al
31
Ga
49
In
81
Tl

ランタ
ノイド
アク
チノイ

57
La
89
Ac

58
Ce
90
Th

59
Pr
91
Pa

60
Nd
92
U

61
Pm
93
Np

62
Sm
94
Pu

63
Eu
95
Am

64
Gd
96
Cm

65
Tb
97
Bk

66
Dy
98
Cf

6
C
14
Si
32
Ge
50
Sn
82
Pb

7
N
15
P
33
As
51
Sb
83
Bi

8
O
16
S
34
Se
52
Te
84
Po

9
F
17
Cl
35
Br
53
I
85
At

2
He
10
Ne
18
Ar
36
Kr
54
Xe
86
Rn

67
Ho
99
Es

68
Er
100
Fm

69
Tm
101
Md

70
Yb
102
No

71
Lu
103
Lr

超新星爆発を起こした恒星から飛び散った元素が原始地球を構成したが、ウラン(原子番号92)より原子番号が大きな元素は、かつては存在していたかもしれないが、すでに核分裂して消滅したと考えられている。ただし、ネプツニウムNp、プルトニウムPuはわずかに検出される。

－

5

－

Salt & Seawater Science Seminar 2012 ― 元素の世界から眺める海水の科学
講演 1 宇宙と元素の創生、太陽系・地球・海の誕生

地球の誕生･･･人体が必要とするミネラル
生物とミネラル(塩)の働き
1
H
3
Li
11
Na
19
K
37
Rb

生体必須元素
4
Be
12
Mg
20
Ca
38
Sr

22
Ti
40
Zr

多量に必要
0.7-7g
Cl
2- 4g
K
Na
＜10g
900mg
P
600mg
Ca
300mg
Mg

23
V
41
Nb

24
Cr
42
Mo

2
He
10
Ne
18
Ar
36
Kr
54
Xe

微量必須元素

必須元素(量不明)

主要必須元素
21
Sc
39
Y

11

25
Mn
43
Tc

26
Fe
44
Ru

27
Co
45
Rh

28
Ni
46
Pd

微量必要
必要量不明
S
12 mg
Fe
As
15 mg
Zn
Sn
4 mg
Mn
B
2.5 mgCu
Si
0.1 mgIBr
0.1 mgF
Cd
0.16 mg
Co
Pb
0.13 mg
Se
Li
0.15 mgMo
0.25 mg
V
0.29 mgCr
0.19 mg
Ni

29
Cu
47
Ag

30
Zn
48
Cd

5
B
13
Al
31
Ga
49
In

6
C
14
Si
32
Ge
50
Sn

7
N
15
P
33
As
51
Sb

8
O
16
S
34
Se
52
Te

9
F
17
Cl
35
Br
53
I

・様々な元素が生命維持に必要なミネラルである。
・鉄より原子番号の大きい元素も必須元素となっている。
創造主は我々の生命維持に必要な元素を与えた。

12

地球の誕生･･･原始地球の誕生から海の形成へ(1)
科学技術振興機構 理科ネットワークより

地球半径の0.25
超新星爆発で飛び散った物質が微惑星となって原始地球に衝突し、徐々に半径が大きくなる。
衝突によるエネルギーによってガスが噴出するようになる。

地球半径の0.4
大気の形成が始まる。主要成分は水蒸気、二酸化炭素だと考えられている。
微惑星の衝突が続く。
地球半径の0.5
マグマオーシャンの形成

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6

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Salt & Seawater Science Seminar 2012 ― 元素の世界から眺める海水の科学
講演 1 宇宙と元素の創生、太陽系・地球・海の誕生

13

地球の誕生･･･原始地球の誕生から海の形成へ(2)

科学技術振興機構 理科ネットワークより

地球半径の0.6
マグマオーシャンの底に沈んだ鉄などの金属成分が、一気に地球の中心に落下。
落下する金属の重力エネ
ルギーによって、地球内部は急激に高温になるとともに、核を形成した。

地球半径の1
原始海洋の形成。
この頃には微惑星の衝突が減る。

海洋形成から1億年程度で地球は冷却。マグマオーシャンは消滅する。

40億年前には海洋の形成が終了していたと考えられている

海の誕生･･･海水はどのようにしてできたか？

14

海水は、揮発性物質(マグマオーシャンから発生した大気(原始大気))と火成岩が反応してできた。
・原始大気はCO2(下層)とH2O(上層)に分かれていた。
①大量のCO2 は，マグマ中のMgOと反応
MgO＋ CO2 →MgCO3としてCO2を固定
http://rikanet2.jst.go.jp/contents/cp0150a/contents/2631_f.html②温室効果が減少し，H2Oは雨となって地表を冷やす③1000年にも及ぶ降雨(年間降雨量10m)により海が誕生④雨には，マグマオーシャンからのHClなどが溶け込む
つまり，原始の海は酸性→岩石を溶かすことで中性にNaClなどもこのとき生成⑤中和反応で大量に生成したCaイオンはCO2 と反応し，
CO2＋H2O→CO32-＋2H+(岩石の溶解で消滅)
Ca2+＋CO32-→CaCO3
CaCO3(石灰岩)が大量に生成し，温室効果が減少
http://rikanet2.jst.go.jp/contents/cp0150a/contents/2590_f.html

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7

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Salt & Seawater Science Seminar 2012 ― 元素の世界から眺める海水の科学
講演 1 宇宙と元素の創生、太陽系・地球・海の誕生

15

海の誕生･･･海水はどのようにしてできたか？
・火成岩は、長石、輝石、カンラン石などが主成分．
基本的にはNa，K，Mg，Caなどとケイ酸，ポリケイ酸との塩．
Na，K，Mg，Caなどは強塩基，ケイ酸，ポリケイ酸は弱酸(例えば、曹長石(NaAlSi3O8))
例えば、これらの物質と塩化水素(HCl)が反応すると、NaCl(塩)を生成する。
徐々に海水は、中性(実際は弱酸性)に変化していくとともに、塩分濃度が高くなった。

箱根大涌谷における火山ガスの温度、成分(一例)出典：大場ら，神奈川県温泉地学研究所報告，第40 巻，1-10，2008

16

海の誕生･･･生物の誕生とCO2固定化(1)
固体金属コア
溶融金属コア

地殻
マントル
コア
コア?
水星

金星

地球

月

地球にはFe、Niなどの金属が溶融したコアがある。こうしたコアは金星、火星にはない。液体となったコアでは自転や熱対流によって回転することで電流が流れる(ダイナモ効果)。この電流によって磁場が生まれ、さらに磁場ができることで電流が流れ、次第に強力な磁場が形成されていく。
磁場によって、太陽から来る太陽風(プラズマ粒子の流れ)が直接地球の上にふりそそぐことを防いでくれる。
磁場ができたことで、生物は海から陸(潮干帯)に上がることができるようになった。

創造主は我々に灼熱地獄から逃れる術を与えた。

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8

－

火星
Wikipedia より

Salt & Seawater Science Seminar 2012 ― 元素の世界から眺める海水の科学
講演 1 宇宙と元素の創生、太陽系・地球・海の誕生

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海の誕生･･･生物の誕生とCO2固定化(2)磁場によってプラズマの影響が弱まった結果として、太陽光のエネルギーを利用する｢光合成生物｣が生まれた。27億年前以降の世界各地の地層から、ストロマトライトという岩石が見つかっており、シアノバクテリアという光合成を行う生物によってできたものだと考えられている。

Wikipedia より

シアノバクテリア。シアノバクテリアは、非常に幅広い
環境条件下で生きていけるため、大繁殖することで大気中のCO2を急激に減らした。現在も絶滅することなく生きのびている。

NaCl結晶メキシコの塩田で見られる高度好塩菌。紅色細菌(シアノバクテリア)ではないかといわれている。

シアノバクテリアの繁殖により、大気中のCO2は劇的に減少し、光合成によってつくられたO2に置き換わっていった。これによりオゾン(O3)層が形成され、陸上で生物が安全に生活可能な環境が備わっていった。 また、CO2 由来の炭素Cは生体内に固定されるようになる。創造主は生物が繁殖する上で安全な環境を与えた。

海の誕生･･･生物の誕生とCO2固定化(3)18動植物が大繁殖できる環境が整うと、 CO2の炭素Cはこれらの生体内に固定されるようになる。
海中の動植物の死骸は海底に堆積し、加圧や加熱されることによって分解され、石油などに変化した。創造主は我々人間に豊かな生活を得る手段を与えた。
余談：光合成によってCを生体内に固定するということは、太陽のエネルギーと生物の働きによって行われたもので、とてつもない時間を要したに違いない。もっと言えば、我々が生存するのに、邪魔だったCO2をエネルギーとして利用できるようになったのは太陽の力である。
産業革命以降、化石燃料が大量に消費されるようになり、加速度的にCはCO2に戻されて環境中に放出されている。創造主の怒りに触れなければいいが。

終わりに・137億年前に起こったビッグバンでは、一瞬の間にこの宇宙を構成する物質の元が供給された。
・宇宙創成後、30万年でHやHeが生まれ、これらが集まることで恒星が誕生した。
・恒星の中で様々な元素が生まれる。Fe(原子番号26)が生成すると恒星は超新星爆発を起こす。
・超新星爆発によって鉄より原子番号が大きい元素ができる。
・超新星爆発を起こした恒星の残骸を原料として、46億年前に太陽系が生まれた。
・地球を構成している元素も恒星の残骸であり、今ではU(原子番号92)までの元素が存在。
・マグマオーシャンからのガス(H2O、CO2)が原始大気に。 CO2はMgCO3として除去。
・原始大気中のCO2が減少すると大量の雨が降り、海が形成される。 CO2はCaCO3として除去。
・大気中の酸成分（HClなど）と火成岩(Na、Ca、Mg塩など)が反応し、塩分濃度が上昇。
・シアノバクテリアの光合成反応により、 CO2はさらに減少。現在の大気と海が完成。

－

9

－

Salt & Seawater Science Seminar 2012 ― 元素の世界から眺める海水の科学

Memo

－

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Salt & Seawater Science Seminar 2012 ― 元素の世界から眺める海水の科学
講演 2 海水を構成する元素、その特徴と分離方法

Salt and Seawater Science Seminar 2012
元素の世界から眺める海水の科学

海水を構成する元素、その特徴と分離方法

海水総合研究所 正岡功士

2

講演内容
話題1 海水を構成する元素の特徴
Q. 海を構成する元素にはどの様な物がありますか？
Q. 海水中に存在する元素は、どのくらいの量がありますか？
話題2 分離回収技術の例
Q. 海水に溶けている資源はどうすれば回収できますか？

Q. 実際に実用化されている回収技術にはどの様な物がありますか？
話題3 海水資源回収の将来
Q. 他の元素が回収できないのはなぜですか？
Q. 今後、新たな資源が海水から回収されることは無いのですか？
Q. 海水総合研究所ではどの様な検討をしていますか？

－

11 －

Salt & Seawater Science Seminar 2012 ― 元素の世界から眺める海水の科学
講演 2 海水を構成する元素、その特徴と分離方法

話題1 海水を構成する元素の特徴

3Q. 海を構成する元素にはどの様な物がありますか？

_______________________

海に存在する元素の例
・海水中に存在している元素
水素、酸素←水ナトリウム、塩素 ←塩など______________________________________________

・海産生物中に蓄積される元素
ヨウ素
←海藻
ヒ素
←貝
など

______________________________________________

・海底に堆積している元素
マンガン←マンガン団塊など______________________________________________

4_______________________

海水中に存在している元素の存在形態
ガス状態で溶存している
He、Neなど

溶存ガス______________________________________________

イオンとして溶存している
Na(→ Na+)、Cl(→ Cl－)など

イオン_______________________
錯体、錯イオン 他のイオンと結合して錯体、錯イオンを形成している
Ag+（→AgCl2－) など_______________________

オキソ酸、オキソアニオン 海水中の酸素原子と結合して存在している
C（→HCO3－)、S（→SO42－)など______________________________________________

海水中に存在している元素の多くはイオン状態で存在している。

5
イオンとは？

塩素原子

－
－

－

－

－

－

－

－

17＋ －

－

－

－

－

－

－

－

－

12＋

－

－

－

塩化物イオン（Cl-)

－

－

－

12＋

－

－

17＋

______________________________________________

－

－

－

______________________________________________－_______________________－_______________________
マグネシウムイオン（Mg2+)

マグネシウム原子最も外側の電子殻が埋まるように電子の数が変化して帯電した原子やその集合体をイオンと呼ぶ。

－

12

－

_______________________

Salt & Seawater Science Seminar 2012 ― 元素の世界から眺める海水の科学
講演 2 海水を構成する元素、その特徴と分離方法

6_______________________

溶存ガスとして存在する元素の特徴－_______________________
2＋

－

－

－

－

10＋

－

－

_______________________
ヘリウム原子

ネオン原子_______________________－－_______________________
－

－

18＋

－

－

－

－

_______________________
アルゴン原子_______________________

原子の最も外側の電子殻が埋まっている元素はガスとして溶存している。

7_______________________

錯体、錯イオンとは？
－

－

－

6＋

－

－

－

_______________________

－
－

－

－

－

6＋

－

－

－

－

6＋

－

－

6＋

－

－

－

_______________________

－
－

－

－

－

6＋

－

－
－

－

6＋

－

－

[Cl：→Ag←：Cl]－

－

－

6＋

－

_______________________

－

－
－

－

－

6＋

－

－

－

－

6＋

炭素の共有結合
（ダイヤモンド）－_______________________－

銀と塩素の配位結合による錯イオン（ジクロロ銀(I)酸イオン）

共有結合の一種である配位結合により形成された分子を錯体と呼ぶ。
電荷が打ち消しあっていない錯体は錯イオンと呼ぶ。

______________________________________________

8_______________________

オキソ酸、オキソアニオンとは？

O

O
H

O

C

O

H

O

C

_______________________

O
O

H

O

C

_______________________

O

炭素のオキソ酸、オキソアニオン（炭酸、炭酸水素イオン、炭酸イオン）_____________________________________________________________________

ある原子と酸素原子との共有結合により形成され、酸の性質をもつもの
をオキソ酸とよぶ。オキソ酸から水素イオンが解離して生成する陰イオンを
オキソアニオンと呼ぶ。

－

13

－

_______________________

－

0.0104
Ca2+

38

Sr

0.0102
K+

37

Rb

21

22

Ti

23

V

Y

39

Zr

40

Nb

41

15×10-12 (0.13×10-9) 40×10-9
Sc(OH)30 Ti(OH)40 H2VO42-

Sc

主成分

イオン

24

42

Mo

5×10-9
CrO42-

Cr

14－

アクチノイドランタノイドアクチノイド89～103

ランタノイド

57～７１

72

73

Ta

74

W

75

Re

9×10-12
CeCO3+

90Th

40×10-12
La3+

89

Ac

0.2×10-12

58

Ce

57

La
91

Pa

6×1012
PrCO3+

Pr

59

92

13.4×10-9
UO2(CO3)34-

U

25×10-12
NdCO3+

Nd

60

19×10-12 14×10-12 57×10-12 10×10-12
Hf(OH)40WO42ReO42-

Hf

Np

93

Pm

61

Os

76

0.05×10-12

Ru

44

27

Pu

94

28

47

Au

79

Ag

2×10-9Cu(OH)20

30

Hg

80

Cd

48

14

Si

7

32

63

Am

95

Eu

64

96

Cm

8

33

51

65

97

Bk

1.5×10-12
TbCO3+

Tb

Bi

83

Sb

23×10-9
HAsO42-

As

34

52

66

98

Cf

8×10-12
DyCO3+

Dy

67

99

Es

3.8×10-12
HoCO3+

Ho

68

100

Fm

8×10-12
ErCO3+

Er

101

Md

2×10-12
TmCO3+

Tm

69

Po

84

Te

2×10-9
SeO42-

Se

0.0846
SO42-

S

16

O

9

Kr

36

12×10-6ArAr

18

7×10-9NeNe

10

1.7×10-9
He

102

No

7×10-12
YbCO3+

Yb

70

At

85

I

53

103

Lr

2.2×10-12
LuCO3+

Lu

71

Rn

86

Xe

54

0.84×10-3 2.7×10-9
Kr
Br-

Br

35

0.546
Cl-

Cl

17

F

2

He

日本海水学会、ソルト・サイエンス研究財団共編、「海水の科学と工業」、P668

8×10-12
GdCO3+

Gd

Pb

82

Sn

50

Ge

2×10-6
H2PO4-

P

15N

65×10-12 13×10-12 0.15×10-12
Pb(CO3)0
Tl4+
BiO+

Tl

81

In

49

Ga

31

1×10-9 0.11×10-3
H2SiO4
Al(OH)30

Al

13

6

C

0.42×10-3 2.2×10-3 0.59×10-3 0.25×10-3 68×10-6
HBO3
O2
HCO3N2,NO3F-

B

5

分析値なし

6×10-9 (15×10-12) 70×10-12
Ga(OH)4- H4GeO4
Zn2+

Zn

1×10-12 0.15×10-12 2×10-12
AuCl2HgCl42-

Pt

78

29

Cu

未分類

0.6×10-12 30×10-12 0.75×10-9 1.7×10-12 4×10-12
2×10-9 5.6×10-12 0.46×10-6 0.5×10-9
Xe
AgCl2CdCl20
In(OH)30 SnO(OH)3- Sb(OH)6TeO32IO3-

Pd

46

8×10-9Ni2+

Ni

4.2×10-12 1.2×10-12
SmCO3+
EuCO3+

Sm

62

10×10-9

Ir

77

Rh

45

Co

・自然界に存在する元素はほとんど海水中にも存在していると考えられる。
・海水中に存在している元素の濃度は非常に幅広い。

88

Ra

87

Fr

2.3×10-9 0.12×10-6
Cs+
Ba2+

56

Ba

55

Cs

Tc

43

Fe

26

海水中での主な存在形

海水中の濃度 [mol/kg]

オキソ酸、オキソアニオン

0.3×10-9 0.6×10-9 20×10-12
Fe(OH)30
Mn2+
Co2+

Mn

25

0.4691
+
Na

Na

11

錯体、錯イオン

1.45×10-6 89×10-6 0.15×10-9 0.2×10-9 50×10-12 0.11×10-6
YCO3+
Zn(OH)40 Nb(OH)6- MoO42Rb+
Sr2+

20

Ca

19

0.0527Mg2+

0.4691
Na+

K

12

Mg

11

22×10-12
BeOH+

25×10-6
Li+

Na

4

Be

3

溶存ガス

Li

55.5
H2O

H

1

海水の元素組成9Salt & Seawater Science Seminar 2012 ― 元素の世界から眺める海水の科学
講演 2 海水を構成する元素、その特徴と分離方法

Salt & Seawater Science Seminar 2012 ― 元素の世界から眺める海水の科学
講演 2 海水を構成する元素、その特徴と分離方法

10
Q. 海水中に存在する元素は、どのくらいの量がありますか？
海水中の濃度と鉱石中の濃度との比較（1）
海水中濃度6[g/g]×10
Na
Ca
Mg
K
Li
Fe
Al
Mo
U
V
Ni
Zn
Cu
Ag
Au

10780
400
1294
387
0.18
0.01
0.01
0.01
0.003
0.001
0.00050.00040.00010.000003
0.000001

代表的な鉱石中の
元素濃度
[g/g]
0.39
0.19
0.12
0.14
0.042
0.35
0.15
0.60
0.88
0.036
0.154
0.50～0.67
0.006
0.44
1

_______________________

鉱石名_______________________

岩塩（NaCl)
石灰石(CaCO3)
マグサイト（MgCO3）
カーナリット（KCｌ・MgCl2・6H2O）
アンブリゴナイト（LiAl(SiO)3）
ヘマタイト（Fe2O3）
ボーキサイト(Al2O3、55%含有)
輝水鉛鉱(MoS2)
閃ウラン鉱(UO2)
褐鉛鉱(Pb5(VO4)3OH)
珪ニッケル鉱(Ni3Si2O5(OH)4)
閃亜鉛鉱(ZnS、75～100%含有)
斑岩銅鉱床(Cu、0.6%含有）
輝銀鉱(Ag2S)
砂金____________________________________________________________________________________________

Wikipedia
日本海水学会、ソルト・サイエンス研究財団共編、「海水の科学と工業」、P394_______________________

11_______________________

海水中の濃度 [g/g]

海水中の濃度と鉱石中の濃度との比較（2）1_______________________
10-3_______________________
10-6_______________________

10-9_______________________

10-12
10-12 10-9 10-6 10-3
鉱石中の濃度 [g/g]_______________________

1_______________________

各元素の海水中の濃度は非常に低い。

12_______________________

海水中の存在量と鉱石中の存在量との比較（1）
海水中の総量 [ton]
Mg
K
Li
Fe
Al
Mo
U
V
Ni
Zn
Cu
Ag
Au

16

1.7×1015
5.0×10
2.4×1012
11
1.3×10
1.3×1011
11
1.3×1010
4.0×10
1.3×1010
9
7 ×10
9
5 ×10
9
1 ×10
7
4 ×10
7
1 ×10

陸上資源としての総量（推定値）[ton]10
8.5×1011
6.5×10
1.4×10812
5 ×10
1.4×1011
7
2.5×107
3 ×10
2 ×10887 ×10
91.0×109
2.8×106
1.7×105
3 ×10__________________________________________________________________________________________________________________________________________

日本海水学会、ソルト・サイエンス研究財団共編、「海水の科学と工業」、P394

－

15

－

Salt & Seawater Science Seminar 2012 ― 元素の世界から眺める海水の科学
講演 2 海水を構成する元素、その特徴と分離方法

13_______________________

海水中の総存在量 [ton]

海水中の存在量と鉱石中の存在量との比較（2）_______________________

1024_______________________

1021_______________________

1018_______________________

1015
1015

1018

1021

_______________________

1024

陸上の総存在量（推定値） [ton]_______________________

海水は量が多いため、元素も膨大に存在している。
話題2 分離回収技術の例

14

溶解度 [mol/L]

Q. 海水に溶けている資源はどうすれば回収できますか？
水酸化マグネシウム溶解度のpH依存性_______________________

1_______________________

10-3_______________________

10-6_______________________

10-9_______________________
78

9 10 11 12 13 14pH_______________________

下田正雄、産業公害、13、11、P29_______________________

pHを高めて溶解度を下げることで、水酸化マグネシウムを析出させる
ことができる。

15_______________________

蒸発濃縮による海水の成分変化
100
Na
K
Mg

濃度 [g/kg]

80_______________________

60_______________________

40_______________________

20_______________________

0
01

10

20

30

40

50

_______________________

蒸発による濃縮倍率 [倍]塩事業センター、海水と製塩－データブック－、P46

海水の水分を蒸発させて濃度を向上させることで、塩化ナトリウムを析出させることができる。

－

16

－

_______________________

Salt & Seawater Science Seminar 2012 ― 元素の世界から眺める海水の科学
講演 2 海水を構成する元素、その特徴と分離方法

16_______________________

溶解度(g/kg)
溶解度[g/kg]

KCl-NaCl-H2O系における溶解度の温度依存性
300300_______________________

KClは温度が高くなると溶解度が増加

250
250
200
200

_______________________

150
150
100
100
KCl
：KCl
NaCl
：NaCl

50
50
0
00

20
20

40
40

60
60

80 10080
100 120120

NaClは温度が高くなると、KClが多く溶解する
ために溶解度が低下______________________________________________

温度(℃)
温度
[℃]

______________________________________________
高温の苦汁を冷却することで、塩化カリウムを析出させることができる。

17_______________________

イオン交換体を利用した純水の製造_______________________

イオン交換樹脂OH
OH陰イオン
交換樹脂
OHOHClClCl-

ClCl-

Cl-

Na+

Na+

Na+

Na+

陽イオン
交換樹脂
H+

H+

H+

Na+
H+

H+
Na+

OHCl陰イオン交換樹脂
ClClOH- - OHOH
H+______________________________________________

H2O
H2O

_______________________

H2O_______________________

H+

Na+

Na+
陽イオン
交換樹脂
Na+
H+

_______________________

18_______________________

リチウム選択性イオン交換体の概要_______________________

K+
Na+

Li+

_______________________
Na+
Li+______________________________________________

溶液中における
イオンふるい作用Li＋を選択的に吸着______________________________________________

イオン交換体を用いて、海水からイオンを分離することができる。

－

17

－

Salt & Seawater Science Seminar 2012 ― 元素の世界から眺める海水の科学
講演 2 海水を構成する元素、その特徴と分離方法

19_______________________

アミドキシム基による金属酸化物イオンの捕捉
H2N

NOH
R

C

C

R

+

HON

NH2

_______________________

2+
4－
[M―O]
[UO
2(CO3)3]

金属酸化物のイオン

アミドキシム基______________________________________________

NOR

C

H2N

2+
[UO2]2+
[M―O]
-ON
NH2

C

R

+2H++3CO32－______________________________________________

２つのアミドキシム基が１個の金属[M]を捕まえる_______________________
官能基を利用して、海水からイオンを分離することができる。

20_______________________

イオンの水和_______________________
δ+
H

δ+
H

_______________________

O
δ+
δ+

δ-

δ-

O
δ+
H

H

Cl-

O

Na+

H

δ+
H

δ-

_______________________

δ-_______________________

O
H

H

δ+

δ+

______________________________________________
イオンは水分子を引き寄せて、水和イオンを形成している。

21_______________________

半透膜_______________________

Cl-___________________________________________________________________________________________________________________
半透膜は水分子を通し、水和したイオンを通さない。

－

18

－

Salt & Seawater Science Seminar 2012 ― 元素の世界から眺める海水の科学
講演 2 海水を構成する元素、その特徴と分離方法

22
浸透圧よりも高い
圧力で加圧半透膜を利用した海水淡水化の概念______________________________________________

浸透圧______________________________________________
淡水

水

淡水

海水

半透膜

海水

淡水

半透膜

浸透

水

海水

_______________________

半透膜_______________________

逆浸透

平衡

_______________________
逆浸透法を用いて、海水から水を分離することができる。

23_______________________

半透膜を利用した海水淡水化の概念+

陰イオン交換膜Na+

陽イオン交換膜

＋

－

＋

－

＋

Na+

＋
＋

-

______________________________________________－_______________________

－

Cl-

－

_______________________

Cl＋

－

＋

－

______________________________________________

陽イオン交換膜は、陽イオンを通し、陰イオンを通さない。
＋－
陰イオン交換膜は、陰イオンを通し、陽イオンを通さない。

24_______________________

電気透析槽の概要___________________________________________________________________________________________________________________
電圧をかけると濃縮室される部屋と希釈される部屋とが交互にできる。
イオン交換膜を用いて、海水からイオンを分離することができる。

－

19

－

_______________________

Salt & Seawater Science Seminar 2012 ― 元素の世界から眺める海水の科学
講演 2 海水を構成する元素、その特徴と分離方法

25
Q. 実際に実用化されている回収技術にはどの様な物がありますか？
逆浸透膜を利用した海水淡水化プロセス_______________________

逆浸透膜
ろ過

_______________________

飲料水_____________________________________________________________________
海水

高圧
ポンプ

生産水タンク_______________________

濃縮海水
塩分 6～7%_______________________

26
イオン交換膜と蒸発を利用した製塩プロセス_______________________

蒸発

苦汁
タービン

_______________________

蒸気

・・・

_______________________

電力

ボイラー

塩化
ナトリウム

かん水

______________________________________________

・・・
ろ過

海水

_______________________

電気透析_______________________

27_______________________

製塩苦汁を原料とした各種資源回収プロセス
塩酸

臭素

苦汁

炭酸カルシウム（石灰） 硫酸
マグネシウム_______________________

蒸発

蒸発_______________________
冷却

冷却_______________________

通気
中和

塩化
カリウム

塩素
（気体）

反応

硫酸カルシウム
（石こう）

塩化
カリウム

塩化
マグネシウムカーナライト（KCl・MgCl2・6H2O）

－

20

－

_____________________________________________________________________

Salt & Seawater Science Seminar 2012 ― 元素の世界から眺める海水の科学
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28_______________________

海水を原料とした酸化マグネシウム回収プロセス_______________________

水酸化カルシウム（石灰乳）_______________________

海水_______________________
反応_______________________水酸化マグネシウム

酸化マグネシウム_______________________

焼成_______________________

話題2 海水資源回収の将来

29

Q. 他の元素が回収できないのはなぜですか？
Driscollの経済性評価（1982）
10,000 Pt

Au
Ga
Ag

100

Ge Cs

10

_______________________●：既に工業化
●：研究中
○：未検討

Re

1,000

市場価格 [＄/lb]_______________________

Co

1

U
V

Cr
Fe

0.1

_______________________

Rb
Mo

Ni
Cu
Zn
Mn

Li
I

Mg

Sr

Br

_______________________

経済性が
成り立つ

_______________________

経済性が成り立たない0.01
0.001
10-4 10-3

10-2

0.1

1

10

100

1000

104

濃度 [μｇ/l]_______________________

105 106
Driscoll、MIT Report、1982

市場価格と海水中の濃度（分離の難易度）との関係から経済性が成り立つ元素は限られている。

_______________________

30
Q. 今後、新たな資源が海水から回収されることは無いのですか？
金属マグネシウム市場価格の経時変化_______________________

生産量 [ton]

0.8

6000

0.6

4000

0.4
2000

0.2
0
1970

1980

1990

2000

2010

市場価格 [$/ton]1_______________________[×106]

西暦 [年]
各元素の市場価格は変動し、近年は上昇傾向にある。

21_____________________________________________________________________

0

滝山、大村、正岡、三角、松本、尾上、日本海水学会誌、64、6、P318(2010)－_______________________－_______________________

Salt & Seawater Science Seminar 2012 ― 元素の世界から眺める海水の科学
講演 2 海水を構成する元素、その特徴と分離方法

31_______________________

経済性の再評価（2007）
市場価格 [円/kg]

105

Mg

Ba I Mn
Mo P
Li

B

Br K Ca

104

Na
SO4

LiCO3

103

_______________________

Na
Br2

102

_______________________
MgO

MgCl2

_______________________

NaOH
NaCl

_______________________

10-3 10-2 10-1 100 101 102 103 104 105
濃度 [mg/L]_______________________

101
KCl
100

滝山、大村、正岡、三角、松本、尾上、日本海水学会誌、64、6、P318(2010)

市場価格の変動、対イオンを工夫することで採算性が見込める可能性がある。

_______________________

32_______________________

価格と不純物濃度との関係（塩化ナトリウム）

価格 [￥/kg]

10

7

天日塩
食用塩
試薬

106

_______________________

105_______________________

104_______________________

103
102
101
10-4 10-3 10-2 10-1 100_______________________
101_______________________

不純物濃度 [%]
高純度化などの付加価値を付ける技術を開発することで、市場価値を高めることができる。

_______________________

33
製塩苦汁を原料とした各種資源回収プロセスの全体像_______________________

蒸発
苦汁
タービン

蒸気

_______________________

・・・

電力

ボイラー

・・・
海水

ろ過

_______________________

塩化
ナトリウム

かん水

塩酸

電気透析
苦汁

臭素

炭酸カルシウム（石灰） 硫酸
マグネシウム_______________________
蒸発

蒸発_______________________

冷却
冷却

通気
中和

塩化
カリウム

反応

塩素
（気体）

硫酸カルシウム
（石こう）

塩化
カリウム

カーナライト（KCl・MgCl2・6H2O）プロセスの統合によりすることで生産コストを削減できる。

－

22

塩化
マグネシウム－______________________________________________

Salt & Seawater Science Seminar 2012 ― 元素の世界から眺める海水の科学
講演 2 海水を構成する元素、その特徴と分離方法

34
Q. 海水総合研究所ではどの様な検討をしていますか？
海水総合研究所の製塩技術開発______________________________________________

製塩技術のイノベーション_______________________

・高速ろ過装置の開発
・次世代イオン交換膜の開発
・高効率晶析装置の開発
・耐食性材料の適正な選定手法の開発______________________________________________→詳細はポスターセッションにて______________________________________________

製塩プロセスについての研究開発は海水資源回収に応用できる。

35_______________________

海水総合利用プロセスの例

NaOH

海水

_______________________

Br2

Cl2
電解

苦汁

KCl

NaCl

蒸発晶析

H2 O

ろ過

電気透析

逆浸透

______________________________________________

Mg(OH)2
濃縮海水_______________________

Mg(OH)2

CaCO3
希少元素

_______________________

CaSO4

製塩プロセスと他のプロセスとの組み合わせによるシナジー効果について検討中_______________________

36
海水総合研究所の応用研究例(1)・南米塩湖かん水からのリチウム回収→三菱商事と共同でウユニ塩湖（ボリビア）、
カウチャリ塩湖（アルゼンチン）について実用化検討中
苦汁 (LiCl, MgCl2, B)
蒸発______________________________________________

Li2CO3Mg(OH)2
B_______________________

KCl_______________________

・・・

NaCl+KCl

NaCl

・・・

塩湖かん水 ろ過

Li 回収プロセス

電気透析
苦汁(KCl, MgCl2)

Mg(OH)2
MgCO3
KCl

蒸発
・・・

ろ過

_______________________

NaCl

NaCl

_______________________

・・・

海水

_______________________

日本の製塩プロセス

電気透析

－

23

－

Salt & Seawater Science Seminar 2012 ― 元素の世界から眺める海水の科学
講演 2 海水を構成する元素、その特徴と分離方法

37
海水総合研究所の応用研究例(2)_______________________

・福島第1原発汚染海水からの脱塩による循環利用→基本設計を担当し、4号機プールなどで活用
4号燃料プール

保管タンク

ろ過
Cs除去

かん水

混合槽

逆浸透

_______________________
淡水

脱塩水

濃縮水

電気透析

反応槽
ろ過

_______________________

BaCl2、 Na2CO3_______________________

BaSO4
CaCO3
Mg(OH)2_______________________

製塩プロセス、海水総合利用プロセスの一部を様々なプロセスに応用
して実用化しており、海水総合利用の実現に向けて前進している。

______________________________________________

まとめ

38

海水を構成する元素、その特徴と分離方法
話題1 海水を構成する元素の特徴
・自然界に存在する元素はほとんど海水中にも存在している
・海水中に存在している元素の多くはイオンの状態で存在している。
・海水中の濃度は元素により大きく異なる。
・鉱石と比較すると濃度は非常に低いが、量は非常に多い。
話題2 分離回収技術の例
・イオンの性質に着目することで様々な回収方法が考えられる。
・水、塩のほか、マグネシウム、カリウム、カルシウム、臭素などの回収が実用化されており、それらの技術は主に日本で開発されている。
話題3 海水資源回収の将来・実用化には経済性の評価が重要である。市場価格の変動、回収する化合物の付加価値化、プロセスの統合などにより、経済性を高めることができる。
・海水総合研究所においては、日本独自の製塩技術をベースとした海水資源回収技術の確立を目指して検討を進めている。

－

24

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Salt & Seawater Science Seminar 2012 ― 元素の世界から眺める海水の科学
講演 3 元素から見た放射能 Q&A

Salt and Seawater Science Seminar 2012

元素の世界から眺める海水の科学
元素から見た放射能Q&A
話題
1 原子力について
2 海水への放射能汚染
3 放射能の測定
4 放射能測定の実際
海水総合研究所
野田 寧

3

－

25

－

Salt & Seawater Science Seminar 2012 ― 元素の世界から眺める海水の科学
講演 3 元素から見た放射能 Q&A

2

話題1 原子力について
原子力エネルギー
原子力発電所での核分裂とは？
なぜセシウムが注目されるのか4

話題1 原子力について
原子力発電所での核分裂とは？

_______________________

原子力発電所 主な沸騰水型原子炉(BWR)では、燃料はウラン-238が約95%、ウラン-235が約5%である。
原子炉内の核分裂

中性子

ウラン-235は中性子を取り込んで、ウラン-236になる。これは非常に不安定であるため核分裂
して、2つの原子と２～３個の中性子に分裂す
る。
92Kr

235U

____________________________________________________________________________________________

U

236_______________________

141Ba_______________________

2~3個の中性子5

話題1 原子力について
なぜセシウムが注目されるのか_______________________

U-235が核分裂した時に生じる原子の質量数分布

核分裂生成率 (%)

核分裂反応で生成する原子____________________________________________________________________________________________

85~100の質量数の原子と130~140の質量数の原子が主に生成する

質量数 (u)H. W. Schmitt, J. H. Neiler, and F. J. Walter, “Fragment Energy
Correlation Measurements for 252Cf Spontaneous Fission and 235U
Thermal-Neutron Fission”, Phys. Rev. 141, 1146–1160 (1966)

－

26

－

______________________________________________

Salt & Seawater Science Seminar 2012 ― 元素の世界から眺める海水の科学
講演 3 元素から見た放射能 Q&A
福島第一原子力発電所事故により放出された全ての放射性物質

話題1 原子力について
なぜセシウムが注目されるのか

質量数が85~100の放射性物質 質量数が130~140の放射性物質
核種
放出量 (Bq)
核種
放出量 (Bq)
Xe-133
1.1×1019
Sr-89
2.0 ×1015
I-131
1.6×1017
14
Sr-90
1.4 ×10
Te-132
8.8×1016
Zr-95
1.7 ×1013
I-133
4.2×1016
Y-91
3.4 ×1012
Cs-134
1.8×1016
9
Cs-137
1.5×1016
Ru-103
7.5 ×10
Sb-127
6.4×1015
Mo-99
6.7 ×109
Te-131m
5.0 ×1015
9
Ru-106
2.1 ×10
Te-129m
3.3×1015
Ba-140
3.2×1015
I-135
2.3×1015
Te-127m
1.1×1015
Sb-1291.4×1014
Ce-141
1.8×1013
I-132
1.3×1013
Nd-147
1.6×1012
Ce-144
1.1×1013
Pr-143
4.1×1012

なぜセシウムが注目されるのか
核種
I-132
Sb-129
I-135
I-133
Te-131m
Mo-99
Te-132
Np-239
Sb-127
Xe-133
I-131
Nd-147
Ba-140Pr-143Ce-141
Te-129m

半減期
2時
4時
7時
21時
30 時
66時
78時
2日
4日
5日
8日
11日
13日
14日
33日
34 日

その他の放射性物質
核種

放出量 (Bq)

Np-2397.6×1013

Pu-241

1.2 ×1012

Cm-242

1.0 ×1011

Pu-238

1.9 ×1010

Pu-2393.2 ×109

Pu-2403.2 ×109核種
Ru-103
Sr-89
Y-91
Zr-95
Te-127m
Cm-242Ce-144
Ru-106
Cs-134
Pu-241
Sr-90
Cs-137
Pu-238
Pu-240
Pu-239

半減期
39日
51日
59日
64日
109日
163日
284日
1年
2年
14年
29年
30年
88年
6537年
24065年____________________________________________________________________________________________

7___________________________________________________________________________________________________________________

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－原子力災害対策本部より引用______________________________________________

8

なぜセシウムが注目されるのか
100

放射能の残留割合 (%)_______________________

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－原子力災害対策本部より引用

話題1 原子力について
半減期______________________________________________

福島第一原子力発電所事故により放出された全ての放射性物質

話題1 原子力について

6_______________________

Cs-137
Cs-134______________________________________________

50_______________________

A:放射能
λ：壊変定数t：経過時間_______________________

0
0

10

20

30

経過日数 (年)－27______________________________________________－

Salt & Seawater Science Seminar 2012 ― 元素の世界から眺める海水の科学
講演 3 元素から見た放射能 Q&A

9

話題1 原子力について
なぜセシウムが注目されるのか

今後モニターが必要である放射性物質
核種

半減期(年) 放出された量(Bq)

Cs-1342

1.8 ×1016

Cs-13730

1.5 ×1016

Sr-90

29

1.4 ×1014

Pu-24114

1.2 ×1012

Pu-23888

1.9 ×1010

Pu-2406537

3.2 ×109

Pu-23924065

3.2 ×109

Ru-1061

2.1 ×109

半減期が年単位である物質
以外は、既に検出できない
レベルになっている。

_____________________________________________________________________

食品中の放射能濃度は放射性セシウムを測定する。

______________________________________________

Sr-90、Pu類、Ru-106は、セシ
ウム換算して基準化されている。

______________________________________________

文部科学省,”食品中の放射性物質に係る新基準値の誘導の考え方”

10

話題2 海水への放射能汚染
放射性セシウムの放出量
海水中の放射性セシウムの除去

11

話題2 海水への放射能汚染
放射性セシウムの放出量

5枚目のスライド参照

Cs-137は1.5×1016 Bq_______________________

1 Bq ＝0.312 × 10-12 g

4.7 kg_______________________

物質量としては、非常に少量_______________________(0.312 ×10-12 g/Bq) × (1.5×1016 Bq) = 0.47 ×104 g
PCBの使用量の推移

年間使用量 (t)_____________________________________________________________________
磯野直秀（1975） ：化学物質と人間－
PCB の過去・現在・未来．中央公論社

年

－

28

－

_______________________

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講演 3 元素から見た放射能 Q&A

話題2 海水への放射能汚染

12

海水中の放射性セシウムの除去_______________________

海水中のセシウム量１Lの海水に含まれるCs-137は、1 mBq程度と仮定
文部科学省による海域モニタリング結果より海洋に放出されたCs-137は、8.45 ×1015 Bq と推測されている。

15×0.5+(0.94+0.0096) = 8.45

単位：ペタベクレル

独立行政法人日本原子力研究開発機構,“太平洋における放射能濃度分布のシミュ
レーションについて”,
平成23 年6 月24 日 文部科学省プレス発表

8.45 ×1018 Lの海水を処理する必要がある。
琵琶湖の水量 2.75 ×1013 L
約300,000個の琵琶湖分を処理することになる。

話題2 海水への放射能汚染
高濃度汚染海水(1000Bq/L)中の放射性セシウムを除去する
1000 Bq/L

海水中のCs放射性セシウムの除去_____________________________________________________________________

13

海水中の放射性セシウムの除去

海水中の放射性Cs______________________________________________

放出されたCs-137の内、海洋に流れた割合50%
2回の海洋放出_____________________________________________________________________

0.3×10-9 g/L
0.3×10-6 g/L_______________________

セシウム全ての除去

高度に汚染された海水であっても、除染するためには海水に通常含まれている大量のセシウムを除去しなければならない。

______________________________________________

海洋汚染は修復することが困難である。
_______________________

今後も放射能をモニター（測定）することが必要である。
_______________________

－

29

－

Salt & Seawater Science Seminar 2012 ― 元素の世界から眺める海水の科学
講演 3 元素から見た放射能 Q&A

14

話題3 放射能の測定
放射線の種類放射線を目で見る
放射線測定の種類

話題3 放射能の測定

15

放射線の種類

放射性物質は、エネルギーが高い状態であるため
よりエネルギーレベルの低い安定な原子核になろうと放射線を放出する。
α線 ヘリウム原子核の放出
余分なエネルギーは γ線をβ線放出して調節電子の放出______________________________________________

光子(γ線)
原子核
ヘリウム原子核(α線)

陽子_____________________________________________________________________核子_______________________

中性子
電子 (β線)_______________________

話題3 放射能の測定

16

放射線の種類_______________________

中性子の数
β崩壊領域

陽子の数

α崩壊領域

______________________________________________

安定線______________________________________________
G. Audi, O. Bersillon, J. Blachot and A.H. Wapstra,“The NUBASE evaluation of nuclear anddecay properties”, Nuclear Physics A, vol. 729, p. 3128 (2003)

－

30

－

______________________________________________

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講演 3 元素から見た放射能 Q&A
話題3 放射能の測定

17

放射線の種類

鉛などの厚い板

放射線の遮蔽イメージ_______________________

アルミニウムな
どの薄い金属板______________________________________________紙
α線 (ヘリウムの原子核)______________________________________________

β線 (電子)_______________________
γ線 (光子)_______________________

話題3 放射能の測定

18

放射線を目で見る_______________________

α線
放射線は見える化できる
測定するには特殊な方法が必要______________________________________________

直線の太い飛跡がα線(ヘリウム)の飛跡
空気中のラドン-222から放出_______________________

β線_______________________

放射線を見てみよう(http://flab.phys.nagoya-u.ac.jp/2011/ippan/hcloudchamber_movie/)(alpha and beta rays in a cloud chamber – Youtube2)______________________________________________

細く、縮れた髪の毛のように見える飛跡がβ線の飛跡
β線(電子)は空気中の窒素や酸素にぶつかって曲がる。

話題3 放射能の測定

19

放射線測定の種類_______________________

α線

カウント(個)透過力が弱い⇒ 試料から不純物を除き、薄い試料を作り、真空中で測定
U-234

Pu-239

U-238

Am-241______________________________________________

Canberra製 α線スペクトロメーター
物質を透過できないため、単離する処理が必要_______________________

波長(keV)
α線スペクトル(Canberra社提供)

現実にはウランやプルトニウムなどは、α線スペクトロメトリーでは処理が困難なため、ICP-MSによる質量分析が用いられる。

－

31

－

_____________________________________________________________________

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講演 3 元素から見た放射能 Q&A

20

話題3 放射能の測定
放射線測定の種類

エネルギーを分け合う

β線 エネルギーが連続スペクトル

中性子

陽子

_______________________

νe－_______________________

ニュートリノ_______________________
頻度______________________________________________

Canberra製 β線計数器
物質を特定できないため、単離する処理が必要

電子の運動エネルギー_______________________ATOMICA β壊変 より_______________________

話題3 放射能の測定

21

放射線測定の種類

ストロンチウム-90の分析_______________________
2週間放置

試料を溶解

_______________________
アルカリ性

Y-90が生成

シュウ酸沈殿

イオン交換カラムでCaとSrを分離
Yを水酸化鉄により除去_______________________

Yのみを沈殿分離_______________________

β線測定器により測定______________________________________________

手間がかかり迅速にできない_______________________

話題3 放射能の測定

22

放射線測定の種類

γ線

α崩壊、β崩壊、核分裂等によりできた新しい元素がエネルギー
過剰なときにγ線（光子）を放出して安定化する。

_______________________

透過力が高いので試料を前処理なしで測定できる。
核種由来のエネルギーが正確に決まっている。
非常に簡単に測定できる
NaI(Tl)シンチレーション検出器

サーベイメータが多い

ヨウ化ナトリウムにタリウムを0.1%程度添加した結晶
ゲルマニウム半導体検出器____________________________________________________________________________________________

定量用が多い_______________________

ゲルマニウムの高純度結晶_______________________

－

32

－

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話題3 放射能の測定

23

放射線測定の種類_______________________NaIシンチレーションサーベイメータ
γ線
見える化_______________________

結晶内で発光

NaI結晶_______________________

光を電子に変換
光
電
子
増
幅
管

キャンベラ製インスペクター1000※NaIの代わりにLaBr3を装着

電子を増幅
電流を計測

当所の測定器はヨーロッパ規格で校正されているため日本用に変換(校正)が必要。

_____________________________________________________________________

増幅器_______________________

話題3 放射能の測定

24

放射線測定の種類

常温で測定できるため、持ち運びしやすく、隠れた線源、汚染を見つける
ためのサーベイメータとして使用されることが多い
メーターに反応あり！

ここら辺少し高い______________________________________________

発生源発見っ！

___________________________________________________________________________________________________________________

25

話題3 放射能の測定
放射線測定の種類

ゲルマニウム半導体検出器

波高分析器_______________________
試料室______________________________________________

電子のエネルギー

エネルギーギャップが大きいと絶縁体となる。ゲルマニウム半導体は、このギャップが非常に小さい。そのため放射線により電離作用が起こると電流が流れる。

Ge半導体______________________________________________

液体窒素

伝導帯
エネルギーギャップ

価電子帯_______________________

Ge半導体は冷却しないと測定できない－_______________________

33－

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話題3 放射能の測定

26

放射線測定の種類_____________________________________________________________________
試料容器(マリネリ 0.7 L) 断面図_______________________

試料と検出器の空間的配置による検出割合の変化を、検出効率が高い定型の容器に充填することで画一化_____________________________________________________________________

試料室を取り除いたイメージ(青い部分はマリネリ容器)
話題3 放射能の測定

27

放射線測定の種類_______________________

試料室を開ける______________________________________________
試料を試料室にセット____________________________________________________________________________________________

話題3 放射能の測定

28

放射線測定の種類

カウント(個)Cs-134 (605keV)汚染された土壌試料のγ線スペクトル例

Cs-137(662keV)______________________________________________

Cs-134 (796keV)_______________________

Cs-134 (569keV)_______________________

Cs-134 (563keV)
Cs-134 (1365 keV)______________________________________________

エネルギー(keV)

－

34

－

_______________________

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話題3 放射能の測定

29

放射線測定の種類

セシウムの壊変
半減期
エネルギー
の高さ
β－
崩壊の種類
と放出割合

_______________________

137
55 Cs
30.04 y94.4%_______________________

γ線が1種類だけである_______________________

2.552 mIT 100%5.6%_______________________

γ 85.1%_______________________

137
56 Ba
*IT：核異性体転移_______________________

アイソトープ手帳第11版より

話題3 放射能の測定_______________________

30

放射線測定の種類

Cs-134の場合_______________________

134_______________________

Cs
55

γ線の種類がたくさんある____________________________________________________________________________________________

134
56 Ba
アイソトープ手帳第11版より

－

35

－

_______________________

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講演 3 元素から見た放射能 Q&A

31

話題4 放射線測定の実際
塩の放射能濃度測定
その他の方法，装置
塩事業センターが販売している商品の調査

32

放射線測定の実際
塩の放射能濃度測定_______________________

放射能を測定するためには、試料ごとの特性に合わせることが必要である。

発泡スチロールでアルミナを抑えている_______________________

アルミナに放射性物質を吸着させている_______________________(Cd-109、Co-57、Ce-139、Cr-51、Sr-85、Cs-137、Mn-54、Y-88、Co60)① 標準線源で校正 （機器の校正）② 塩で測定(標準試料の調製)③ 再現性の確認_____________________________________________________________________

塩試料の場合・タップして詰める
・塩の不純物からでるノイズを把握する_______________________

放射線測定の実際

33

塩の放射能濃度測定_______________________
検出下限 (Bq/kg)

マリネリ0.7 L容器 ：塩1.2 kg

マリネリ2 L容器 ：塩3 kg

20

マリネリ0.7L容器

15

Cs-134
Cs-13710______________________________________________

5_______________________

0
0

10

20

30

測定時間 (分)U8容器 ：塩0.1 kg要求される検出下限を約1 Bq/kgとした場合、U8では2時間、マリネリ
0.7L容器では30分間であった。マリネリ 2Lでは、試料必要量が大きい

－

36

－

_____________________________________________________________________

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放射線測定の実際

34

塩の放射能濃度測定

厚生労働省：食品中の放射性セシウムのスクリーニング測定法_______________________

検出下限（Bq/kg)

必要条件①検出下限25 Bq/kg以下②50 Bq/kgの測定値の99%信頼性上限が100 Bq/kg
35
30
25
20
15
10
5
0

測定時間と検出下限
3分が良い

1

3

6 9 12 15 30
測定時間 (分)_______________________

50Bq/kgの試料測定値 (Bq/kg)
Cs-134 Cs-137 総Cs
Run1
26.5
27.1
53.6
Run2
20.8
31.4
52.2
Run3
23.4
30.9
54.3
Run4
27.7
28.1
55.8
Run5
19.2
29.1
48.3
52.8
平均
σ
2.9
平均値 ＋ 3.747 σ ＜ 100 Bq/kg

充分にスクリーニング法の要件を満たしていた。

話題3 放射能の測定___________________________________________________________________________________________________________________

35

塩の放射能濃度測定_________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________

放射線測定の実際

36

その他の方法、装置

β線の測定 = 表面汚染測定
当研究所では、表面の放射能汚染を検出するために表面汚染測定器を使用している。
γ線サーベイメーター 汚染源を探す
β線サーベイメーター 対象の汚染が無いかを探す_________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________

富士電機製 表面汚染測定計 NHJ2

－

37

－

Salt & Seawater Science Seminar 2012 ― 元素の世界から眺める海水の科学
講演 3 元素から見た放射能 Q&A

37

放射線測定の実際
塩事業センターが販売している商品の調査___________________________________________________________________________________________________________________

現在、製造している工場
海水を原料とする5工場と天日塩を原料とする1工場_______________________

神奈川県、兵庫県、岡山県、香川県、徳島県、長崎県_______________________

38

放射線測定の実際
塩事業センターが販売している商品の調査

現在の製造工場 (海水5工場、天日塩1工場)
神奈川県、兵庫県、岡山県、香川県、徳島県、長崎県原料である各地の海水(天日塩)と製品を毎月チェックしている。

_____________________________________________________________________

不検出
不検出

不検出：10 Bq/kg以下______________________________________________

不検出_______________________
不検出

不検出 不検出_______________________

放射線測定の実際

39

塩事業センターが販売している商品の調査_______________________

流通環境（倉庫）調査_______________________
新潟倉庫
広島倉庫

仙台倉庫

京都倉庫

_____________________________________________________________________

熊本倉庫
和歌山倉庫
高知倉庫

那覇倉庫

千葉倉庫

_______________________

富士倉庫_______________________

－

38

－

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40

放射線測定の実際
塩事業センターが販売している商品の調査

試料の採取・現地測定_______________________

空間線量(γ線測定)____________________________________________________________________________________________

大気(γ線測定）
JIS指定 ヨウ素サンプラー_______________________

製品検査(表面汚染測定)_______________________

41

放射線測定の実際
塩事業センターが販売している商品の調査

倉庫調査結果－大気・製品－_______________________

大気(5m3中)

空間線量(µSv/hr)

製品の表面汚染(Bq/cm2)

仙台

不検出0.08～0.09

＜0.4

新潟

不検出

0.07～0.08

＜0.4

千葉

不検出

0.09～0.10

＜0.4

富士

不検出

0.09

＜0.4

京都

不検出

0.07

＜0.4

和歌山

不検出

0.09

＜0.4

広島

不検出

0.10

＜0.4

高知

不検出

0.07～0.08

＜0.4

熊本

不検出

0.07～0.08

＜0.4

那覇

不検出

0.06

＜0.4

__________________________________________________________________________________________________________________________________________

今後について42

海水総合研究所の放射能測定におけるこれまでの対応
・原料となる海水等の調査
・製品の測定・塩の倉庫調査
・塩の放射能測定の受託分析
・地域貢献：研究所の近隣である神奈川県西部の団体からの依頼測定・調査・機器の貸出
今後の対応
海水中の放射性物質は希釈され減少すると予測されている。放射性物質も他の環境汚染物質と同様に、今後も調査を継続し、安全を確認する必要がある。
今後も食用塩の安全を確保するために調査を継続していく

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Salt & Seawater Science Seminar 2012 ― 元素の世界から眺める海水の科学

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