【緊急学習会：プルトニウム被曝を問う】

２００６年 7 月 15 日（土）

プルトニウムという放射能とその被曝の特徴
京都大学

原子炉実験所小出裕章

Ⅰ．プルトニウムの危険性の根源
プルトニウムは天然には存在せず、人類が初めて作り出した放射性核種であり、かつて人類が遭遇した物質のうちでも最高の毒性を持つと言われる。その根拠は、プルトニウムがアルファ（α）線を放出すること、比放射能が高いこと、そして体内での代謝挙動にある。

Ⅱ．α線による被曝
この世に存在するあらゆるものは、生命体を含め、原子・分子から成り立っている。分子は原子が結合したものだが、その結合のエネルギーは数電子ボルト（１個の電子を１ボルトの電圧に逆らって移動させるために必要なエネルギーが１電子ボルト）である。一方、放射線のエネルギーはキロ電子ボルトあるいはミリオン電子ボルトであらわされるように、分子が結合して生命体を形作っているエネルギーの千倍、百万倍というような桁違いのエネルギーである。生命体に放射線が飛び込んでくれば、分子はいともたやすくその結合を破壊される。
ただし、一口に放射線といっても、レントゲンが発見した X 線のほか、α線、ベータ（β）線、ガンマ（γ）線、中性子線、重粒子線と言うように多種多様な放射線がある。そして、それぞれ透過度が違う。X 線やγ線の正体は光子であり、透過度が大きい。そのため、X 線やγ線を放出する放射性核種が体外にあっても、人体は被曝する。また、γ線を放出する放射能を仮に体内に取り込んだ場合には、一部のγ線は人体の外に飛び出して行ってしまうし、人体に被曝を与える場合も希薄で広範囲に与える。
一方、α線の正体はヘリウムの原子核で透過力が著しく弱く、紙 1 枚あれば遮蔽できる。したがって、外部被曝に関してはγ線が恐ろしいが、α線は問題にならない。逆に、α線を放出する放射能を体内に取り込んでしまえば、その放射能が存在しているごくごく近傍の細胞だけに濃密な被曝を与える。たとえば、プルトニウム（Pu239）のα線のエネルギーは 5.1 ミリオン電子ボルト（MeV）であり、組織中の飛程はわずか 45μm しかない。
物理・化学的に被曝を計る場合の単位は「グレイ」であり、物体 1kg が放射線から 1 ジュールのエネ
ルギーを得た場合に相当する。しかし、生物的には放射線の透過度が違うため、エネルギーを受ける密度が異なり、影響の発現にも差が出てくる。そこで、生物的な被曝を計る単位としては「シーベルト」を使うことにし、「グレイ」単位の被曝量に線質係数なる係数をかけて求めることになった。γ線とβ線に対する線質係数は１であり、α線に対しては 20 とするように定められている。すなわち、γ線やβ線の場合には、「１グレイ」は「１シーベルト」であるが、α線の場合には「1 グレイ」は「20 シーベルト」となる。つまり、同じだけのエネルギーを放射線から受ける場合でも、α線から受ける場合にはγ線やβ線から受けるよりも 20 倍危険なのである。

1Ⅲ．比放射能1895 年 11 月、ドイツの物理学者レントゲンは陰極管（TV のブラウン管もその一種）の実験中に偶然、正体不明の放射線を発見した。人類が放射線を発見した最初であった。翌 96 年にはフランスの物理学者ベクレルがウランも謎の放射線を発することを見つけた。つまり放射性物質の発見である。98 年にはキュリー夫妻がポロニウム（キュリー夫人の祖国ポーランドにちなんで命名）とラジウムを発見した。
「ベクレル」や「キュリー」は放射能の強さを表す単位となっている。
放射能の強さは決められた時間にいくつの原子核が崩壊するかで測り、それを決めるのは原子核の質量数と崩壊定数（半減期とは逆数関係にある）である。1975 年に放射能の国際単位は「ベクレル」とされたが、「ベクレル」は１秒間に１個の原子核が崩壊する時の放射能の強さを表す。「比放射能」とは重さ当たりの放射能の強さのことであり、質量数を M、半減期を T1/2 で表した場合、ベクレルを単位とした比放射能は下の式で計算できる。

1.32 × 1016
A［ベクレル / g］=
T1［年］
×M/2
半減期がこの式の分母にあるように、半減期が短ければ比放射能が大きくなるし、半減期が長ければ比放射能が小さくなる。代表的な放射性核種について半減期と比放射能の関係を次頁の表に示す。キュリー夫妻が発見したラジウムは質量数が 226 で、その半減期は 1600 年、１グラムのラジウムがあれば、その放射能の強さは 370 億ベクレルである。つい最近まで Ra-226、１グラムが持つ放射能の強さを１キュリーと決めてきたのであった。
半減期が極端に短くなれば、放射能は極端に強くはなるが、その代わりすぐに消えてなくなってしまう。逆に半減期が極端に長ければ、いつまでたってもなくならない代わりに、放射能は著しく弱くなる。放射性核種には右の表にも示すように多様なものがある。人間や人類にとって危険な放射性核種は、個体としての人間、あるいは類としての人類と同じ程度の寿命を持った放射性核種である。原子力発電所とは、放射能を製造する現場であり、被曝で問題になるのは比較的寿命の短い放射能であるが、再処理工場では、原子力発電所から運び込まれる前に寿命の短い放射能はなくなってしまっているので、寿命の長い核種が問題となる。
それぞれの放射能を体内に取り込んだ場合の被曝量などを次頁の下の表に示す。天然に存在する放射性核種のうちα線を放出する核種の2核種I-134
Te-129
Kr-87
I-132
Kr-88
Kr-85m
Tc-99mI-135
Xe-135
Sr-91
Zr-97
I-133
Te-131m
Ce-143
La-140
Np-239
Y-90
Te-132
Xe-133
I-131
Ba-140Cs-136Ce-141
Te-129m
Ru-103
Sr-89
Y-91
Zr-95
Cm-242
Ag-110m
Ce-144
Ru-106
Th-228
Cs-134
Sb-125
Rh-102
Eu-155
Eu-154
Kr-85
H-3
Eu-152
Cd-113m
Pu-241
Cm-244
Cm-243
Sr-90
Cs-137
Pu-238
Sm-151
Am-242m
Am-241
Cm-246
Pu-240
Am-243
Cm-245
Pu-239Pa-231
Th-230
Tc-99
U-234
Pu-242
Zr-93
Np-237
I-129
U-236
U-235
U-238

半減期
52.7
1.2
1.3
2.3
2.8
4.4
6.0
6.7
9.2
9.7
17.0
21.0
1.3
1.4
1.7
2.3
2.7
3.3
5.3
8.1
12.8
13.0
32.3
34.0
39.5
52.1
59.0
65.2
162.9
252.0
284.0
1.0
1.9
2.1
2.7
2.9
4.9
8.5
10.7
12.3
13.0
14.0
14.3
18.1
28.5
28.8
30.2
87.7
90.0
152.0
433.0
4700.06570.07370.08500.024100.032800.0
80000.0214000.0245000.0373300.01500000.0
2140000.0
16000000.0
23420000.0
703800000.04468000000.0

分
時
時
時
時
時時時
時
時
時
時日日日日日日日日日日日日日日日日日日日
年
年
年
年
年
年
年
年
年
年
年
年
年
年
年
年
年
年
年
年
年
年
年
年
年
年
年
年
年
年
年
年
年
年
年
年

代表はウランやトリウム

核種名

質量数

半減期［年］

重量当りの放射能量M

T1/2

Ａ［ベクレル／g］であるが、同じ放射能当りで比べれば、α線を放コバルト 60

60

542,000,000,000,000

出する U-235, U-238 とクリプトン 85851115,000,000,000,000

Pu-239 では、ほぼその毒トリチウム

312360,000,000,000,000性も等しい。しかし、ストロンチウム 90

90

295,100,000,000,000

Pu-239 の半減期 24100

セシウム 137137

30

3,200,000,000,000

年は、U-235（7 億年）やラジウム 226

226

1,600

37,000,000,000

U-238（45 億年）に比べプルトニウム 239

239

24,1002,300,000,000て４桁も５桁も小さいた

ウラン 235

235

703,800,000

80,000ウラン 238238

4,468,000,000

12,000トリウム 232232

14,100,000,000

4,000

め、重さ当りの毒性で比べるとプルトニウムが圧倒的に高くなり、人類が遭遇した最高の毒物とも言われるようになったのである。単独の U-235 の場合、年摂取限度の値は 2mg（2000μg）だし、U-238の場合は 14mg（1 万 4100μg）であることが表２から分かる。
Pu-239 の場合には、その値が 0.000052mg（0.052μg）であり、たしかに強烈な毒物であることが分かる。
実効線量係数[mSv/Bq]

実効線量係数[mSv/g]

年摂取限度(μg)

吸入経口吸入吸入

H-30.000000018

0.000000018

Co-60

0.000017

0.0000025

Sr-90

0.000030

Cs-137経口6,400,000

6,400,000.00

経口

0.16

0.16

710,000,000 100,000,000.00

0.00140.00960.000028

150,000,000 140,000,000.00

0.00650.00700.0000067

0.000013

21,000,000

42,000,000.00

0.047

0.024

Ra-2260.00220.00028

81,000,000

10,000,000.00

0.012

0.098

Th-2320.012

0.000092

490.37 21000

2700000

U-235

0.00610.0000083

490

0.66

2000

1500000

U-238

0.00570.0000076

71

0.09 14000

110000000

Pu-2390.00830.0000090

19,000,000

21,000.00

0.052

48Ⅳ．不均等被曝の問題
その上、プルトニウムを含めα線を放出する放射性核種を吸入する場合には、肺中での不均等被曝の問題が生じる。

ICRP は Publication26 の第 18 項で、線量当量 H を以下の様に定義している。
H = DQN
この式で D は吸収線量、Q は線質係数、N は「その他すべての修正係数の積」である。
α線についての Q が 20 であることはすでに記した。問題は「その他すべての修正係数の積」とされ3た N である。この係数に対して ICRP は「現在のところ、委員会は N に１という値をあてている」と述
べ、不均等被曝についても何の考慮も払わないとの態度を示している。
しかし、そんなことで本当にいいのだろうか？
粒径 1μm、比重 10 の PuO2 粒子を考えると、その放射能量は 0.0106Bq となる。その粒子１個を吸い込み、それが肺中のどこかに沈着した場合の被曝量を考える。Pu239 のα線のエネルギーは 5.1MeV、組織中の飛程は 45μm 程度である。言い換えれば、この粒子から被曝する肺の組織は粒子から半径 45μm以内のものだけであり、その重量はわずか 0.4μg でしかない。そして、その他の肺の細胞はまったく被曝しない。一方、ICRP の評価方法では、1000g の重量を持つ肺全体で平均化した線量を計算する。両者の被曝量の計算結果を表に示すが、結果は９桁以上の違いとなる。もっとも、粒子が厳密に１箇所だけに固定されてまったく動かないということもありそうもなく、ギーサマンの評価によれば、およそ 65μg 程度の細胞が被曝するという。その場合の評価も表に書き込んでおいたが、その場

重量Sv/年比42.6×109

被曝組織（ギーサマンの評価）

65μg 8.4×101

1.5×107

肺全体の重量1000g 5.5×10-6145μm 以内の細胞0.38μg 1.4×10

合でも ICRP の評価値とは７桁以上の違いがある。
1974 年に、タンプリンとコクランはこの肺中の不均等被曝問題を取り上げて、「Radiation Standardfor Hot Particle」と題する論文を発表した。彼らは、その粒子が沈着した周辺の細胞に 10Sv 以上の被曝を与えるような粒子を「ホットパーティクル」と定義し、そのような被曝を受けた細胞ががん化する確率を動物実験の結果から 1/2000 とした。当時職業人の年間許容被曝線量は 5rem／年であり、この値は、がんになる危険度が 1/1000 という仮定から導かれたものであった。それに対応して ICRP が示していた、肺中のプルトニウムの最大許容沈着量は 16000pCi であった。それに対し、タンプリンとコクランが考えた「ホットパーティクル」による不均等被曝の場合には、１個 0.07pCi の放射能を持つホットパーティクル２個、つまり 0.14pCi で、がんになる危険度が 1/1000 になってしまう。
それゆえ、タンプリンとコクランはホットパーティクルの吸入を問題にする場合の許容量を 115000分の１（0.14/16000）に引き下げるよう求めたのであった。

Ⅴ．原子炉プルトニウムの問題
プルトニウムの同位体のうち何と言っても重要なのは、Pu-239 である。何故なら、それこそが長崎原爆の材料になり、今日の厖大な核兵器を支え、そして高速増殖炉の燃料になるといわれている核種だからである。しかし、被曝を問題にするならば、それだけ考えていては足りない。何故なら、今日の軽水炉で生み出されるプルトニウムのうち Pu-239 が占める割合は重量で量って約６割、残りの４割はその他の同位体が占める。その中には Pu-239 に比べて半減期が短い核種がある、つまり比放射能の高い核種があるからである。
次頁の表に今日の軽水型原子力発電所で生じる代表的な組成の原子炉プルトニウムの危険度を示す。
たとえば、Pu-238 は原子炉プルトニウム中でわずか２％しか占めず、Pu-239 の約３０分の１である。
しかし、その半減期が Pu-239 の半減期の３００分の１であるため、比放射能は逆に３００倍強く、結4原子炉 Pu の危険度
質 量 半減期

比 放 射 使用済燃 １ m ｇ 中 内部被曝数能の比

料中組成の放射能

外部被曝

αβ線 質 相対（平均）
年

係数

keV

γ

相対

危険度 （平均） 危険度%

Bq
7keV

keV

5474

-

20 5.9

0.017

11.7

23888

276

2

1.3×10

239

24130

158

1.3×1065142-

20 0.58

0.008

0.6

240

6570

3.7

24

2.0×1065142-

20 0.88

0.028

3.08-

20.8

1 0.0400.000

7.04890-

20 0.0023

0.019

0.0

241

14

1667

12

4.6×10242396300

0.06

45.5×103
α 合 計
1.6×107.422.37

果的に原子炉プルトニウムでは Pu-238 のα線強度は Pu-239 のものの１０倍になってしまう。

Ⅵ．六ヶ所再処理工場での最近の被曝
六ヶ所再処理工場では、アクティブ試験に入っ

ＩＣＲＰ-26 による呼吸器系モデルて以降、被曝事故が相次いでいる。特にプルトニ
ウムの内部被曝は問題である。

酸化プルトニウムのような不溶性でクラスＹプルトニウムを呼吸で取り込んだ場合、肺中でに分類される放射能に対する場合について、そどのように挙動するかについては、モデルを決めれぞれのコンパートメントにおける分布割合て予測する以外にないが、国際放射線防護委員会（上段の括弧の中）と、半減期（下段）を示しが採用してきた呼吸器系モデルは右の図のようた。

なものである。「鼻道（N-T）」、「気管及び気管支（T-B）」、「肺実質（P）」に到達する割合をまず仮

鼻道

ＤN-T

0.30

ａ（0.01）0.01

ｂ（0.99）0.40

気管及び気管支 ＤT-B

0.08

ｃ（0.01）0.01ｄ（0.99）
0.2ＤP

0.25ｅ（0.05）
500ｆ（0.4）
0.01ｈ（0.15）500ｇ（0.4）500

定し、それぞれの領域に到達したもののうちある割合はある半減期を持って胃腸管や体液に移行体していくと考えるのである。胃腸管に出たものは便として体外に出て行くし、体液に出たものは、胃腸ある仮定した速度で、尿に出て行くことになる。
肺実質

体内に入ってしまったα線核種を体外から測液定することはできないので、尿や便の中に出てきた核種を調べるしかないが、それが正しい情報を与えるか否かは、厖大な仮定のもとに作られたモデルの妥当性による。しかし、放射性核種もそのｉ（0.9）
1000

化学形、取り込む時の粒径が違えば、それぞれの部位に到達する割合、排泄される割合が違ってしｊ（0.1）∞

まうし、さらに言うならば、生物体としての個性

5

リンパ節管も大きく影響する。尿や便の分析から得られる情報など、大きな誤差を持ったものでしかない。
今回の事故では信じがたい出来事が次々と思っている。たとえば、①

分析する試料中に３価の状態のプルトニウムがどれほどあるかを調べることが目的であり、そのためには大部分を占めるはずの４価のプルトニウムをまず除去する作業が必要であった。ところが、その作業がまったく行われずに、大量の４価のプルトニウムを含んだままの試料が測定試料作成係に送られてしまった。

②

それを受け取った測定試料作成係は、４価のプルトニウムを除去した試料であるかどうかまったくチェック機構を持っていなかった。

③

本来は放射能測定のプロであるはずの測定試料作成係は、放射能強度が強すぎると測定器が応答しなくなる性質を持っていることを知らずに、厖大なプルトニウムを含んだままの試料を無造作に次の測定係に引き渡した。

④

それを受け取った測定係もずさんな取り扱いでプルトニウムを飛散させて、自分自身を含めて汚染を生じさせた。何と１９歳の「協力会社」の社員であった。
分析すべきもとの廃液試料中にはプルトニウムが 4mg/ml 含まれていたと言う。4mg の原子炉プルトニ

ウムの中には Pu-239 が約５００万ベクレル、Pu-238 がその１０倍の５０００万ベクレル、Pu-240 も約８００万ベクレル、合計で６０００万ベクレルを超えるα線放出核種が含まれていた。それを 100 倍に希釈した測定では 900,000cpm のα線を計測したとのことで、計測効率を３０％とすれば、作成した試料には 3,000,000dpm のα線放出核種が含まれていた、すなわち、５万ベクレルである。そうなれば、１００倍に希釈した試料の約 0.1ml を焼き付けたことになる。実際の廃液の性状や分析の現場を私は知らないが、操作としてはほぼ納得できる（古川路明さんからのご教示を受け原燃の報告書を読み返した
ところ、焼付けに使った試料の量は 0.2ml となっていた）。原液のまま焼き付ければ、その 100 倍の放射能を含むし、計数もそれにつれて多くなるはずであるが、何と原液から作った試料での計数は 4800cpmでしかなかったという。つまり、これは放射能が強すぎ、測定器の不感時間が長くなり過ぎたため、測定器が死んでしまっていたのである。放射線測定に携わる者としてまず第一に知っていなければならない知識である。
４価のプルトニウムを除去すべき作業を行わなかったのは「協力会社」の社員であった。測定試料作成係には日本原燃の社員も含まれていたようだが、多数は協力会社社員であった。さらに、不幸にして被曝した人は、上にも書いたように弱冠 19 歳の「協力会社」社員であり、放射線測定の経験はどんなに長くても 1 年しかないし、おそらくはほとんど知識がなかったのだろう。再処理工場において放射能の分析作業は必須であり、もともと日本原燃が自分の仕事として行うべきものである。それを下請け化することがそもそも間違っている。

6