環境行政改革フォーラム論文集 Vol.6 No.1

川内原発事故時の市内への放射線予測 ①前提
青山貞一（環境総研）、鷹取敦（環境総研）、池田こみち（環境総研）
2014 年の春段階において日本全国各地で運転休止中の原子力発電所（以下原発と略）の中で運転の再稼働が具体的に課題となっているのは、九州電力川内原発（鹿児島県薩摩川内市）である。実際には桜島爆発による影響評価が電力会社、原子力規制委員会などで行われていないことから再稼働は 2014 年 9 月以降とされている。同川内原発は約 10 万人規模の都市、薩摩川内市の西端に位置しているため、理由を問わず福島第一原発事故並みの過酷な事故が生じた場合、原発直近（PAZ）のみならず UPZ（おおむね原発から 30km）に居住する多くの住民への放射性物の移流、拡散の影響が懸念される。本論では環境総合研究所（東京都目黒区）が研究開発し活用してきた大気汚染などを対象とした有限差分法を用いた数値計算モデル（３次元流体シミュレーションモデル）と国土地理院のデジタル標高データ、鹿児島管区気象台などの気象データをもとに、事故時の原発周辺地域の自治体への影響の予測と評価を行うことを目的としている。

１．シミュレーションの前提
１－１

予測モデル

放射性物質の拡散現象を再現する大気拡散シミュ
レーションモデルには、大別して①定常モデルと非定常モデル、また②正規モデルと非正規モデルがあるが、地形を詳細に考慮可能であること、予測結果を１時間単位の平均値として表現可能な定常・非正規モデルを用いることとした。さらに大気拡散現象をシミュレーションするためのモデルには、①解析ータ・モデルの使用言語は Fortran であり、国立環境研究所のスーパーコンピュータ用として開発されたモデルを環境総合研究所（東京都目黒区）がパソコン用に改良し、かつ計算結果を３次元コンピュータグラフィックスに連動させるシステムを構築し用いている。同コンピュータ・モデルの精度検証には国立環境研究所の風洞実験が使われている。図１は国立環境研究所の風洞実験設備である。
１－２

予測の方法

解モデル（正規プリュームモデル・パフモデル）、②数値計算モデルを用いて原発事故時の放射性物質数値計算モデル（有限差分法などを使った３次元流の移流、拡散現象をシミュレーションするためには、体モデル）、③統計モデル、④模型実験（風洞実験）、図２に示すフロー図にあるように、はじめに地形を⑤ランダムウォークモデルなどがある。本研究では考慮した風の流れをシミュレーションし、そのデー地形を考慮可能なこと、費用対効果などを考慮しコタをもとに汚染物質の流れをシミュレーションする。

ンピュータ、それもパソコンで稼働する数値計算モ

その場合、調査対象の範囲の設定、すなわち拡散のデルを用いることとした。なお、コンピュータ・シ場、境界条件の設定のための検討が重要なものとな

ミュレーションモデルは、当初、森口祐一ら国立環る。

境研究所メンバーにより研究開発された。コンピュ

図１

コンピュータ・シミュレーションモデルの精度検証に用いた風洞実験設備-1-

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それをもとに条件の仮設定を行い、課題があれば分な場合、計算が発散するなど、収束せず正しい計再設定することになる。境界条件を設定する際には、算結果が得られなくなることが多い。その意味でい直接的な調査対象範囲の周りに相当規模の予備的なかに調査対象の範囲の設定を適切に行うかが差分法空間を確保する。実際の数値計算は、それら予備的を用いた３次元流体シミュレーションの鍵となるとな空間を含めて行う。この予備的空間の設定が不十言っても過言ではない。

図２ 地形を考慮した 3 次元流体シミュレーションの流れ
なお、図３と図４に数値計算のイメージを示す。

図４
図３

数値計算のイメージ-2-数値計算のイメージ

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１－３

む排ガスの濃度を求めるため、煙突から離れた５地シミュレーションの要素・要件

点で３ヶ月にわたりダイオキシン類の大気環境濃度数値計算では、以下が重要な要素となる。

を測定し、それらのデータをもとに発生源の汚染濃(1)発生源の強度
爆発の規模、放射性物質の排出量度を推定し、別途求めた排ガス量とあわせ発生源強拡散開始点の高さ（有効煙突高）度を推定した。これについては、環境アセスメント
学会誌及び環境行政改革フォーラム論文に概要を掲(2)気象条件
風向・風速

載している。

大気安定度（大気の乱れ）（２）気象条件降雨(Fall out)、積雪・降雪

風向、風速、 大気安定度（大気の乱れ）とともに(3)地形条件

降雨(Fall out)、積雪・降雪などの気象データは放射

山・丘・谷・窪地、建築物・構造物など性物質の大気拡散にとってきわめて重要な要素であ(4)測定条件る。シミュレーションの初期段階で風向、風速を与測定する高さ(通常、グランドレベル、GL)える場合はもとより、放射性物質の移流・拡散は風

地表面粗度

向、風速、大気安定度は地形の影響を強く受ける。
さらに原子力防災においては汚染物質の初期到達時（１）発生源の強度
まず(１)の発生源の強度だが、シミュレーション間との関連においても重要なものとなる。図６はでは、通常単位時間当たりの排ガス量と排ガス濃度2000-2009 年平均の月別の鹿児島管区気象台の風向から排出強度を計算する。原発の場合、排出強度はデータである。

ベクレル（放射線を放出する強度を表す放射能の単位）、予測する対象は空間放射線量率であり、時間当たりのシーベルトである。しかし、原発事故では当然のことながら、あらかじめ発生強度や排出量が分かっていない。そこで地形を考慮した３次元流体シミュレーションモデルを用い、2011 年 3 月 15 日、福島第一原発事故時の原発から風下に位置するモニタリングポストにおける空間方線量率をもとに逆シミュレーション法を用いて１時間平均の発生源強度を求めた。ただし、実際には理想的な気象条件と地表での放射線量の測定が存在したわけでは無いので、さまざまな条件下で試行錯誤を試みた。図５は逆シミュレーションデータの例である。

図６ 月別の鹿児島管区気象台の風向データ
さらに図７は、2000 年 1 月から 2006 年 12 月にお図５ 逆シミュレーションデータの例

ける鹿児島空港における年間を通じての風配図（年間風配図）である。風配図から鹿児島県南部では圧なお、逆シミュレーション法は、神奈川県厚木基倒的に北北西の風が卓越していることが分かる。

地に隣接する場所にあった神奈川環境保全という産業廃棄物業者の焼却炉から出るダイオキシン類を含-3-

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気象データにおける風向は、通常、北から北北西（３）地形条件まで１６の方位にモデル化している。シミュレーシ
ョンにおける風向もこれに沿って用いている。

本研究は鹿児島県南部など広域を対象としているが、地形条件としては山・丘・谷・窪地、等を考慮する必要がある。データとしては国土地理院が製作し公表している 50m×50m メッシュのデジタル標高データを集約して用いた。

図７ 南鹿児島における年間風配図
鹿児島空港（2000 年 1 月～2006 年 12 月）
図８

図９ 鹿児島県南西部の地形図

図１０

九州南西部の地形図

鹿児島県南西部の３次元地形図

ただし本図は高さ方向を３倍拡大している-4-

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図１２と図１３はともに福島第一原発事故規模、(４)測定条件
シミュレーションの数値計算は、上から見ると北風、2m/s を想定した北海道泊原発事故時のシミュ

XY 軸、碁盤の目のようなメッシュ図となるが、３レーション結果である。図１２は地形を考慮できな次元流体計算ではさらに鉛直方向が加わり図１１のい正規プリュームモデル、図１３は地形を考慮したようになる。繰り返し行われる差分計算の結果は、３次元流体（数値計算）モデルの結果である。

図中のグリッドの交点○の中にしまわれる。
空間放射線量の測定は通常地上１．５ｍで行われているが、数値計算シミュレーション結果は、地表面に最も近い図 13 の交点にしまわれる。
シミュレーション結果は、通常、地表面に最も近いグリッドの値としているので、地形が平坦の場合は、予測結果は地表面の一時間当たりの空間放射線量率ということになる。実際のシミュレーションでは、平面方向、すなわち X 軸、Y 軸それぞれ１メッ
シュを 500m から 2km、さらにＺ軸方向（鉛直方向）に高さにより異なるが計算結果を入れるグリッドを設定して行くことになる。したがって、250 メッシ

図１２

正規プリュームモデルによる結果

ュ×250 メッシュ×50 メッシュを設定するような場合には、グリッドの数は、300 万個以上になる。

図１３

３次元数値計算モデルによる結果

同じ前提条件でありながら結果がまったく異なったものとなっていることが図 14 図 15 より分かる。
つづく図１１３次元流体計算における計算結果を格納するグリッドイメージ図◆引用参考文献

1) 青山貞一・鷹取敦・池田こみち：福島原発事故になお、実際には原発から拡散した放射性物質は雨起因する放射性物質による地域汚染の実態解明とや重力により地表面に沈降する。その際、地表面が汚染構造の把握, 環境アセスメント学会誌、2011
年,Vol.9 No.2

アスファルトやコンクリートのような場合と土壌、底質、森林などの場合により，その後、その場所の2)青山貞一、梶山正三、鷹取敦、環境大気濃度から排放射能や発せられる放射線量は異なるが、シミュレ

ガス濃度を推定する手法の研究～厚木米海軍基地に隣ーションでは底までは考慮していない。

接する産廃焼却炉を事例として－、環境行政改革フォ

１－４

ーラム 2001 年度研究発表会予稿集、2001 年 12 月

モデルによる結果の違い

ここで鹿児島県の川内原発事故時シミュレーショ

3)青山貞一、鷹取敦、地形・構造物・建築物を考慮

ンに移る前に、シミュレーションモデルの違いによした大気拡散シミュレーション～川内原発事故をる結果の違いを具体的な事例で示してみたい。

事例として, 講演パワーポイント、2014 年 4 月-5-