第４章

排出トリチウムの生物体移行に関する調査研究

4.1 大気排出トリチウムの大気－植物間移行パラメータに関する調査研究
Tritium Transfer from the Atmosphere to Crops
谷 享, 新井 竜司, 多胡 靖宏, 中村 裕二
環境シミュレーション研究部

Takashi TANI, Ryuji ARAI, Yasuhiro TAKO, Yuji NAKAMURA
Department of Environmental Simulation
Abstract
3Trace amounts of tritium ( H) are expected to be discharged into the environment from operation ofthe spent nuclear fuel reprocessing plant in Rokkasho, Japan. Since tritiated water (HTO) is transferred toplants through the leaf surface and root, it is necessary to assess the local radiological impact of 3H from thereprocessing plant to predict the 3H concentration in the edible parts of crops. In this study, a dynamic
compartment model was established to describe tritium accumulation in a type of leafy vegetable plant.
In FY 2010, we investigated the deuterium enriched water (HDO) uptake of Brassica campestris(Komatsuna) via the root, and constructed a three-compartment model of hydrogen metabolism in the shoot,which has two compartments of free water with (FW1) and without (FW2) transpiration and a
non-exchangeable organically-bound hydrogen (NxOBH) compartment in the shoot. Water from both theleaf surface and root enters into the FW1 compartment and is exchanged with the FW2 compartment. Freewater in the FW1 compartment is transpired, and H in the free water is transferred to the NxOBH
compartment mainly by photosynthesis. The free water resulting from degradation of NxOBH is returned tothe FW1 compartment. Transfer parameters in the model, such as transpiration rate and rate constants of H
transfer between compartments etc., were cited from the literature. Although the model fairly well described
D concentration in free water in Komatsuna shoot, D concentrations in NxOBH were not examined.
In FY 2011, the HDO uptake via the leaf surface was studied using Komatsuna to obtain actual valuesof parameters in the model. Komatsuna plants were exposed to HDO vapor during a light or dark period at
15 d after seeding, and D concentrations in free water in the shoot during the exposure were determined.
Komatsuna plants were also exposed to HDO vapor at 10, 15, 20 or 25 d after seeding, and D concentrationsof NxOBH in the shoot harvested at 28 d after seeding were determined. The parameter values in the modelwere estimated from the results of the experiments, and some parameter values differed by a factor of 2-7
from those in the literature. The model using the obtained parameter values mostly well described D
concentrations measured in free water and NxOBH of the shoot.
1. 目的

一部は代謝によって有機結合型トリチウム（OBT）

大型再処理施設の稼働に伴い大気中に排出されとなる。OBT が人体に摂取された場合の実効線量換るトリチウムは、水分子の形態（HTO）で作物体内算係数は、HTO の約 2.3 倍高いとされており（ICRP,に移行し、作物体内の自由水トリチウム（FWT）の1995）、現実的な被ばく線量評価のためには、作物中の FWT 及び OBT 濃度を推定できるモデルを構築する必要がある。

−k12 (t ) M F1 (t ) − PL (t ) − k FA (t ) M F1 (t )dM F2= k12 (t)M F1(t) − k 21 M F2 (t)dt(2)

する調査を行い、作物のトリチウム代謝モデルを構

dM O= PL (t) − k OF M O (t)dt(3)

築することを到達目標とする。平成 23 年度は、葉菜と表した。MF1(t)、MF2(t)、MO(t)は、それぞれ地上部のコマツナを対象として、葉面吸収された HTO のの自由水コンパートメント 1 と 2（FW1、FW2）おトリチウム代謝モデルを構築するため、安定同位体

よび地上部の非交換型の有機結合型水素コンパートである重水素（D）をトレーサとして使用したばくメント（NxOBH）の水素量（mol H）である。IAF(t)、露実験を行った。ばく露した植物の地上部の FWD

IRF(t)、PL(t)は、それぞれ、葉面吸収、経根吸収、FW1及び非交換型有機結合型重水素（NxOBD）濃度の実からNxOBHへの代謝による水素移行速度（mol H測値を基にしてコマツナのトリチウム代謝モデルをd-1）を表す。k21はFW2 からFW1 への水素移行速度作成した。

定数（d-1）、k12(t)はFW1 からFW2 への水素移行速度

本調査研究では、大気－植物間の FWT の移行パ
ラメータ及び植物中における OBT の生成・蓄積に関係数（d-1）、kFA(t)は蒸散速度係数（d-1）、kOFはNxOBH

2. 方法の分解速度定数（d-1）を表す。なお、kFA(t)は明期と大気－植物間のFWDの移行を調べるため、コマツo

暗期で値が変わり、明期は成長曲線データから求めナを気温 25 C、相対湿度 65%、光量子束密度 220～た気孔抵抗より算出し、暗期はクチクラ蒸散によっ260 μmol mて自由水が失われることから定数とした。

-2-1s 、日長 12 時間で栽培し、播種後 15日目の明期と暗期にそれぞれ 11 時間、 D濃度を 6%

IAF(t)、IRF(t)、PL(t)、k12(t)は、に調整した重水水蒸気にばく露して、ばく露中の地

IAF(t) = r(t){NF(t) + NO(t) + kFA(t)MF1(t)}(4)

上部FWD濃度の時間変化を調べた。

IRF(t) = {1 – r(t)}{NF(t) + NO(t) + kFA(t)MF1(t)}(5)

PL(t) = NO(t) + kOFMO(t)(6)と同様に栽培したコマツナを、播種後 10、15、20、k12(t) = {φNF(t) + k21MF2(t)}/MF1(t)(7)

25 日目の明期と暗期に 2 時間 6%重水水蒸気にばくと表した。ここで、NF(t)とNO(t)は地上部の成長曲線露した。ばく露終了後、バックグラウンドの重水水データから得られる自由水とNxOBHの増加速度

蒸気濃度の人工気象器内でコマツナを栽培し、播種、φは地上（mol H d-1）、r(t)は大気相対湿度（0～1）

後 28 日目の地上部を採取した。粉末状にした地上部部の自由水に占めるMF2(t)の比率（0～1）である。の乾燥試料を重水フリー水（D 濃度 2～3 ppm）と混

平成 22 年度の調査では、経根吸収に由来するFWD合し、交換型 OBD の除去を行って、NxOBD 濃度をの地上部中濃度の時間変化を調べており、NxOBDの測定した。

データは実験系を構築中であったために取得してい植物中の OBD の生成・蓄積を調べるため、前述ない。そのため、平成 22 年度のモデルでは、φ、k21、3. 成果の概要

kOF、暗期のkFA(t)に文献値を用いた。そこで平成 23

平成 22 年度に行ったコマツナに重水を経根吸収

年度は、φ、k21、kOF、および暗期のkFA(t)を実験デーさせた実験では、地上部の自由水コンパートメント

タ（Figs. 2, 3）より最小二乗法を用いて推定した。

（FW）を 2 つに分ける必要があることが示唆された

なお、平成 22 年度と同様に、明期のkFA(t)は成長曲（Fig. 1）。平成 22 年度に試験的に構築したコンパー線データから求めた気孔抵抗から算出した。

トメントモデルでは、各コンパートメント内の水素ものもあったが、2～7 倍の違いが認められた場合も量の時間変化を

dM F1= I AF (t) + I RF (t) + k OF M O (t) + k 21 M F2 (t)dt

得られたパラメータの値は文献値と大差がないあった。今回得たパラメータを用いたモデルによる(1)

推定値は実験結果と概ねよく一致したが、栽培期間後半の暗期に生成した OBD の収穫時濃度の推定値

kFA(t)

は実測値よりも低くなった（Fig. 3B）。モデルでは、
FW2

暗期に起こる地上部から根への有機物の再分配

MF2(t)（Kim et al., 2011）を考慮に入れておらず、この点を

k12(t)FW1
MF1(t)

k21

改良することでモデルの推定精度が向上する可能性

IAF(t)

PL(t)

kOF

NxOBH
MO(t)

IRF(t)がある。
Fig. 1

引用文献

Scheme of the dynamic
three-compartment model.

ICRP (1995) ICRP Pub. 72, Pergamon Press, Oxford.
Kim, S.B. et al. (2011) J. Environ. Radioactivity, 104,
94-100.

0.04

0.4(A) Light-period exposure

0.03

0.02
Observed0.01
Estimated
0.00
048120.012(B) Dark-period exposure
0.008

0.004

0.000

04812

Deuterium concentration in leaf NxOBH (mol D mol-1 H)

Deuterium concentration in leaf free water (mol D mol-1 H)(A) Light-period exposure
0.3

Observed
Estimated

0.2
0.1

0.00

Observed and estimated deuterium
concentrations in free water ofBrassica campestris shoot exposed
to deuterium-enriched water vapor
during light (A) or dark (B) periods
at 15 d after seeding.

2030

0.4(B) Dark-period exposure
0.3

0.2

0.1

0.0

0102030Days after seeding (d)Time after the start of exposure (h)Fig. 2

10Fig. 3

Observed and estimated deuterium
concentrations in NxOBH in Brassica
campestris
shoot
exposedtodeuterium-enriched
water
vapor
during light (A) or dark (B) periods at
10, 15, 20 or 25 d after seeding andharvested at 28 d after seeding.