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
Estimation of the specific activity of tritium in edible parts of crops is necessary to assess the local
radiological impact of tritium released from the spent nuclear fuel reprocessing plant in Rokkasho, Japan.
Chemical forms of tritium in plant are thought to be tritiated water (HTO) and organically bound tritium(OBT). In this study, tritium transfer from the environment to a leafy vegetable plant was described in athree-compartment model consisting of 2 compartments of free water in leaf associated (FW1) and notassociated with transpiration (FW2) and organically bound hydrogen compartment in leaf (OBH). Tritium inthe environment moves as free water into the FW1 compartment, and a part of the free water accumulated
there is released into the atmosphere by transpiration and evaporation. The other part of free water in theFW1 relates to OBH synthesis and decomposition. The FW2 compartment exchanges free water only with
the FW1 compartment. Leafy vegetable plants were experimentally exposed to deuterium (D)-enrichedwater under artificial illumination for 14 hours, and temporal changes in D concentrations of free water inleaf were determined. The model estimates of D concentrations of free water in leaf agreed relatively wellwith the experimental observation. In order to optimize the values of model parameters, the concentration oforganically bound deuterium (OBD) in leafy vegetable plant needs to be determined using a newly
developed experimental system.
1. 目的なる。OBT が人体に摂取された場合の被ばく線量は、大型再処理施設の稼働に伴い大気中へ排出される水の形で摂取された場合の約 2.3 倍高いと評価されトリチウムは、葉面からの吸収や根からの吸収によていることから（ICRP, 1995）、作物のトリチウム濃り作物へと移行し、この作物摂取を通して人体内に度の推定では FWT と OBT を区別する必要がある。

取り込まれる。したがって、作物のトリチウム移行

本調査研究では、大気− 植物間の FWT の移行パモデルを構築し、収穫物中のトリチウム濃度を推定

ラメータ調査と、植物中における OBT の生成・蓄積することは、被ばく線量評価を行うために重要であに関する調査を行う。これらの調査によって自由水る。

及び有機物としてのトリチウムの移行データを収集

大気中に排出されたトリチウムは、水分子の形態し、作物でのトリチウム移行を表現できるモデルの（HTO）で作物体内に移行する。作物体内の HTO作成を到達目標とする。平成 22 年度は、葉菜での経は自由水トリチウム（FWT）と呼ばれる。FWT の一根吸収による FWT の移行データの取得と、OBT の部は代謝によって有機結合型トリチウム（OBT）と生成・蓄積に関する調査のための実験系の構築を目的とした。なお、本調査では、天然存在比が 0.015%コンパートメント 2（FW2）の水素量（mol H）であの安定同位体である重水素（D）をトリチウムの代り、MO(t)は葉の有機結合型水素コンパートメントわりにトレーサとして使用した。

（OBH）の水素量（mol H）である。また、IAF(t)、IRF(t)、PL(t)は、それぞれ、大気からFW1 へ、根から2. 方法

FW1 へ、FW1 からOBHへの水素移行速度（mol H d-1）

大気− 植物間の FWT の移行パラメータ調査では、を表す。さらに、kOF、kFA(t)、k12(t)、k21は、OBHか葉菜のコマツナでデータを収集した。播種後 13 日目

らFW1 へ、FW1 から大気へ、FW1 からFW2 へ、FW2の明期（14 時間）に重水を添加した養液を供給し、からFW1 への水素移行速度係数（d-1）を表す。

その後収穫日（播種後 22 日目）までは通常の養液で植物中における OBT の生成・蓄積に関する調査でコマツナを栽培した。そして、播種後 13 日目の明期は、OBT の生成に関与する光合成活性を測定するたから収穫日までの葉自由水中重水素（FWD）濃度のめの同化箱を作成し、コマツナ個体の光合成活性測時間変化を調べた。

定に適用できるかどうかを検討した。また、OBT にまた、葉の自由水を 2 つのコンパートメントに分は自由水中の水素と容易に交換する交換型 OBT とけた 3 コンパートメントモデルで水素移行を表現し炭素原子に結合した非交換型 OBT があり、有機物と（Fig. 1）、葉 FWD 濃度の時間変化の推定を試みた。

してのトリチウムの移行を評価するためには両者をモデルでは、大気および土壌中の水が葉の自由水コ区別する必要がある。ここでは、有機物に結合したンパートメント 1（FW1）に移行する。FW1 は土壌水素（OBH）全量に対する交換型 OBH の比率を求から植物を介して大気に水が移行する蒸散流に直接めるため、通常条件で栽培したコマツナの葉の乾燥関与するコンパートメントであり、FW1 に移行した試料を濃度既知の重水にばく露し、同位体交換によ水素の一部は蒸散によって大気中に放出される。ヒ

り試料中の水素が D に置換される割合を調べる方法

マワリでの報告例に基づき（Couchat et al., 1983）、について検討した。

FW1 は葉の全自由水の 84%を占めると仮定する。
FW1 と葉の自由水コンパートメント 2（FW2）の間

3. 成果の概要

では自由水の交換が起こり、FW2 の半減期は 30 h

重水を経根吸収させたコマツナの、葉 FWD 濃度とする（Belot et al., 1979）。自由水として葉内に蓄積の時間変化を Fig. 2（黒丸）に示す。重水添加養液

した水素の一部は、光合成や呼吸などの代謝によっでの栽培開始後、FWD 濃度が急激に増加し、栽培開て有機結合型水素となる。また、有機結合型水素の始から 8 時間後にほぼ平衡に達した。重水添加養液

一部は呼吸によって自由水に戻る。ここでは、FW1での栽培終了後、葉 FWD 濃度は減少していった。と有機結合型水素コンパートメント（OBH）の間でこの減少は、蒸散による FWD の消失と葉の成長に代謝による水素の移行が起こると仮定する。

よる FWD 濃度の希釈のためと考えられる。葉 FWD各コンパートメント内の水素量の時間変化は、

dM F1= I AF (t) + I RF (t) + k OF M O (t) + k 21 M F2 (t)dt(1)−k12 (t)M F1(t) − PL (t) − k FA (t)M F1(t)濃度の時間変化は、蒸散と葉の成長を考慮に入れたモデル（Fig. 1）によって比較的精度よく推定できた（Fig. 2）。
光合成活性は、同化箱に供給する空気と同化箱かdM F2= k12 (t) M F1(t) − k 21 M F2 (t)dt(2)

dM O= PL (t) − k OF M O (t)dt(3)

ら排気される空気のCO2濃度差から求められる。本調査で作成した同化箱では、供給側と排気側の空気中CO2濃度を安定して測定できたことから（Fig. 3）、光合成活性の測定が可能であることが示された。と表される。ここで、MF1(t)、MF2(t)は、それぞれ葉葉の乾燥試料の全 OBH に対する交換型 OBH の比の自由水コンパートメント 1（FW1）と葉の自由水率を求めるための同位体交換の方法には、試料を重水素濃度既知の水に混合する方法と重水水蒸気にば引用文献く露する方法がある。2 つの方法を比較した結果、Belot, Y. et al. (1979) Health Phys., 37, 575-583.

やすく（Fig. 4）、交換型 OBH の比率の推定に適して

Couchat, P. et al. (1983) Health Phys., 45, 757-764.

いると考えられた。

ICRP (1995) ICRP publ. 72, Pergamon Press, Oxford.

kFA(t)MF1(t)IAF(t)PL(t)FW1
MF1(t)

IRF(t)
k12(t)MF1(t)

OBH
MO(t)

kOFMO(t)k21MF2(t)FW2Deuterium concentrationin leaf free water（ mol D mol -1 H）

重水水蒸気にばく露する方法で同位体交換が起こり

10-1

Observed

10-2

Model estimate

10-3

Exposure period(14 h)

10-4
10-50MF2(t)80160Time after the start of exposure （ h）

Fig. 2

Fig. 1 Conceptual diagram of a dynamic three-compartment

240

Temporal changes in the observed andestimated deuterium concentrations of freemodel.

water in leaf.

Lamps

Assimilationchamber
Inlet

Outlet

1.6

800

700

D/Hleaf (x 10-3)

CO2 gas analyser

CO2concentration(µmol mol -1air)

(b)

(a)

Inlet
Outlet

1.2

E0.8
JE

0.4
E600
050100Time (min)J

0.00.00

J

0.01 0.02
D/Hwater

0.03

Fig. 3 (a) Schematic illustration of an assimilation chamber.

Fig. 4 Deuterium isotopic ratios (D/H) in dried leaf(b) Changes in CO2 concentrations measured at thesamples equilibrated separately with water vapor

inlet and outlet of the assimilation chamber containing(open circle) and liquid water (closed circle) witha leafy vegetable plant. Photosynthetically active

different D concentrations. The gradient obtained-2 -1

radiation at the top of the plant was 200 µmol m sby the linear regression method, which indicatedduring the measurement.

the ratio of exchangeable OBH to the total OBH,
was larger in the case of water vapor than in thecase of liquid water.