福島原発事故収束に向けたバックエンド領域の取り組み（実践編）
環境修復の取り組み（電中研 長岡亨）

略歴（電中研・長岡）

1995 年、北海道大学大学院修了後、（財）電力中央研究所入所。栃木県出身。入所後、微生物による石炭脱硫・脱灰研究に従事（2000年、学位取得）。カナダ国立研究院に留学後、放射性廃棄物処分における微生物影響研究に従事。現在、電力中央研究所 環境科学研究所
バイオテクノロジー領域 主任研究員（専門分野：生物地球化学）。
日本原子力学会バックエンド部会運営小委員会委員、同出版小委員会委員長、同学会クリーンアップ分科会委員。

講演8-5-3-1

第27回バックエンド部会夏期セミナー 2011/8/5 福島県・会津若松市

福島原発事故収束に向けたバックエンド領域の取り組み（実践編）（財）電力中央研究所
環境科学研究所
バイオテクノロジー領域
長岡 亨

主な内容
 放射性核種の環境動態（バックエンド領域の貢献：核種移行に及ぼす微生物影響など）

 東京電力との環境モニタリングに関する取り組み（警戒区域及び計画的避難区域における詳細モニタリング）

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放射性廃棄物処分施設における微生物影響評価

地下深部にもたくさんの微生物が生息している！

表深度, m

地下水中の菌体数
菌体数, cells/ml

350-400

3510 -10

200-950

56Canada (Granite)

10 -10
1場所

Finland (Granite)
5799-1240

2x10 -1.3x10

Stripa, Sweden (Granite)129-1078

1.5x104-1.8x106

Aspo Sweden (granite)

ca. 350

9.5x101-9.0x104

Grimsel. Switzerland(Granite)10-281

9.4x105

Altnabreac, UK (Granite)190-223

1.2x103

Mol, Belgium (Boomclay)

165-3318.6x103-3.5x105

Harwell, UK (Oxfordclay)

750

ND

Asse, Germany (Salt)

60

102-103

Yucca Mountain, USA(Volucanbic tuff)(West et al., 2002)

講演8-5-3-3放射性核種と微生物の相互作用

コロイド取り込み
吸着

Ｍ２＋Ｍ２＋

ＭＯ２２＋ＭＯ２
沈殿・溶解（酸化還元反応）

微生物

沈殿生成
（代謝物との反応）
Ｈ２Ｓ＋Ｍ２＋ →ＭＳ
ＳＯ４２－Ｃｈｅｌａｔｏｒ
ＭＯ２ ⇔ Ｍ-Ｃｈｅｌａｔｏｒ
キレーターによる溶解

放射性核種の地下水移行に及ぼす微生物影響
5

当所の研究紹介 微生物は核種移行を抑制する（硫酸還元菌によるNpの不溶化）

 微生物は核種移行を促進する（微生物が生成するキレーターによるPuの可溶化）

 微生物は処分環境形成を担う（酸化還元状態形成に及ぼす微生物影響）

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地下微生物による核種の化学形態変化～硫酸還元菌との相互作用によるNp(V)の化学形態変化～

100
Under atmosphere; pH7.2, Eh 333mV

8060With 10 mM Na2S; pH7.8, Eh -179mV

40200Bentonite, 0.5g/lNp-237, 1μmol/l
NaNO3, 0.01 mol/l
Tris-HCl buffer, 0.03 mol/lWith cells; pH7.2, Eh -152mV

020406080100Time, hrFIG. Microbial impact on Np(V) sorption (Nagaoka, 2004)
処分環境に生息する微生物が核種の化学形態を変化させ，核種の移行挙動に影響を及ぼす可能性が示唆される
7シデロフォアの影響
土壌中のシデロフォア濃度(Hersman et al, 1995)

10080604020

Hydroxamate siderophore
Desferrioxamate B (DFOB), Sigma-Aldrich

010-810-710-610-510-410-3
シデロフォア濃度, mol/l10-2

図 Pu(Ⅳ)のベントナイトへの吸着挙動に及ぼすシデロフォアの影響

吸着挙動は，キレーターの濃度に大きく依存する（土壌環境中では菌体周辺のみ！？）
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処分環境の酸化還元状態変化に及ぼす微生物影響【目的】下記の現象を理解・モデル化し、最終的に定量的な予測評価コードを開発する。

300m以上100m
約

微生物の影響還元環境への酸素の導入

掘削ズリなど酸化酸化状態
したバックフィル材の導入

還元状態？
還元状態に戻る？

掘削前

掘削
掘削、廃棄体の還元環境への搬入
酸素の導入

埋め戻し
廃棄体搬入・設置

設置・管理
埋め戻し

Ⅰ.掘削前の酸化還元状態の評価

Ⅱ.酸化領域進展の評価

Ⅲ.埋め戻し材の影響評価

Ⅳ.還元環境への回復評価

処分場建設および操業時における処分場周辺の大気などによる酸化から埋め戻し後の還元状態への復帰に与える微生物影響の解明および定量的な評価技術の開発が望まれている9

まとめ：幌延試料を用いた酸化還元模擬試験

ORP, mV vs Ag/AgCl

酸化還元電位大気曝気（処分場の酸化模擬）

200
1000‐100 0‐200‐300‐400‐500‐600‐700

滅菌系10曝気停止(9d)

幌延サイトの地下環境の還元環境形成に関与している微生物反応

曝気停止（処分場の埋戻模擬）

20304050

微生物作用

非滅菌系

Time, day
＜寄与している菌種＞

発酵
鉄還元
好気呼吸（発酵菌）
金属還元菌Shewanella属など
好気性菌Pseudomonas属など

幌延堆積岩懸濁液の酸化還元電位の低下には微生物反応（好気呼吸→鉄還元→発酵反応）が逐次的に関与していることが明らかとなった。
講演8-5-3-610

微生物影響評価モデルのプロトタイプ
モデルの改良・精緻化
PHREEQCにおける複数微生物代謝群の代謝活動微生物増殖速度 rx

・阻害因子
微生物増殖速度は電子受容体の濃度で変化する。各微生物群はエネルギー効率の高い電子受容体により、微生物活動が阻害されるように設定（例：脱窒菌 酸素により阻害）
O2/H2O・スイッチ機能 Ith
各微生物群の活動範囲を電子受容体および電子供与体濃度で区切りその範囲で微生物が増殖するように設定

初期値 単位
7 8 0.002 mol/l
0.001 mol/l
3.00E-04 mol/l
4.00E-04 mol/l
8.00E-04 mol/l
5.12E-03 mol/l
3.12E-03 mol/l
2.23E-18 mol/l
2.72E-08 mol/l
2.23E-16 mol/l

酢酸

5.00E-03 mol/l

項目
初期値 単位
1.00E-08 mol/l
好気性菌
1.00E-08 mol/l
脱窒菌
マンガン還元菌 1.00E-08 mol/l
1.00E-07 mol/l
鉄還元菌
1.00E-08 mol/l
硫酸還元菌
1.00E-07 mol/l
メタン生成菌Eh

項目

Biomass[mol/L]

Fe3+/Fe2+

初期条件
pHpe
Na+
ClO2
NＯ3SO42CO32Ca2+
Fe2+
Fe3+
Mn2+Mn4+/Mn2+

NO3/N2

SO42-/HS-

CH4/HCO3-

Time[day]

６微生物群を対象とした地下水化学変化のPHREEQCによる解析例

11

137Csの環境動態

I-131, Cs-137,(Sr-90)長崎県西山土壌中のCs-137の分布（長崎原爆＋グローバルフォールアウト）

Cs
土壌・無機粒子（砂、粘土鉱物など）
・有機物（腐植、微生物など）

土壌粒子表面（負電荷）－－－－－

Cs+ 溶存態
Cs+物理吸着

静電的引力、Van der Waals力など

Cs+ 化学吸着－－共有結合、水素結合など

Csは１価の陽イオンとして振る舞うため、負電荷の土壌粒子に収着されやすい

馬原（1985)：電研報告385027

Cs-137は、40年経過後も土壌深さ約40cmに残留→涵養水などではCsはあまり動かない。
講演8-5-3-7放射性核種と微生物の相互作用

コロイド
取り込み
吸着

Ｍ２＋
Ｍ２＋

ＭＯ２２＋
ＭＯ２
沈殿・溶解（酸化還元反応）

微生物沈殿生成（代謝物との反応）
Ｈ２Ｓ＋Ｍ２＋ →ＭＳＳＯ４２－Ｃｈｅｌａｔｏｒ
ＭＯ２ ⇔ Ｍ-Ｃｈｅｌａｔｏｒ
キレーターによる溶解

放射性核種の地下水移行に及ぼす微生物影響
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セシウムを濃縮する微生物

Avery (1995) Microbial Interactions with cesium , J.Chem.Tech.Biotechnol.,62, 3-16
14

講演8-5-3-8

主な内容 放射性核種の環境動態（バックエンド領域の貢献：核種移行に及ぼす微生物影響など）

 東京電力との環境モニタリングに関する取り組み（警戒区域及び計画的避難区域における詳細モニタリング）

警戒区域及び計画的避難区域における詳細モニタリング
文科省・内閣府の傘下にて、東電と共同にて実施。実施項目
は以下の３つ。
①基礎データ収集モニタリング（100mメッシュ）②広域モニタリング（2kmメッシュ内20点）③個別詳細モニタリング（住宅や道路など）

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文科省HPより

講演8-5-3-10

基礎データ収集モニタリング結果(7/1文科省HP掲載）【実施期間】
平成23年6月13日～6月23日【調査場所（右図）】
浪江駅及び富岡駅付近の2kmメッシュ地点【測定点】
上記2地点を100mメッシュに区切り、各々400地点で空間線量率を計測（地上高1m、地上高1cm）【実施者】電力中央研究所、東京電力

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結果のまとめ（今回の測定で得られた知見）＜全般＞
・2kmメッシュ内においても、線量にばらつきがある
浪江駅：0.5～17.9μSv/h（地上1m高） 0.5～25.4μSv/h（地上1cm高）
富岡駅：0.2～14.7μSv/h（地上1m高） 0.5～39.1μSv/h（地上1cm高）
・線量分布結果は、文科省及び米国DOEによる航空機モニタリング結果とほぼ合致＜土地利用形態など＞
・地表面が土などの場合→一般的に地表面に近いほど高い値を示す
・道路や駐車場など広いアスファルト面の場合→周囲の線量率より低い値を示す傾向を示す。
・比較的大きな屋根（カーポートなど）の下→線量測定値は低い傾向を示す
・住宅地に点在する林→周囲の線量率より高い傾向を示す
・草地や田畑
→線量測定値は高い傾向を示す。

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今後の予定（１）東京電力との連携①基礎データ収集モニタリング（100mメッシュ）②広域モニタリング（2kmメッシュ内20点）③個別詳細モニタリング（住宅や道路など）（２）所内研究の実施

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