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福島原子力発電所事故により汚染された土壌中放射性セシウムの深度分布の変遷解析による拡散収着過程の理解

Understanding of diffusion-sorption process by evolutional analysis of depth distribution of radiocaesium in soil contaminated by the Fukushima nuclear accident

佐藤 治夫*; 新里 忠史  ; 田中 真悟*; 阿部 寛信 ; 青木 和弘 

Sato, Haruo*; Niizato, Tadafumi; Tanaka, Shingo*; Abe, Hironobu; Aoki, Kazuhiro

2011年3月に発生した東京電力福島第一原子力発電所事故によって汚染した土壌中の放射性セシウム($$^{134}$$Cs, $$^{137}$$Cs)の地表面からの深度分布の変遷から見掛けの拡散係数(D$$_{a}$$)を解析する理論を導出し、D$$_{a}$$と収着分配係数(K$$_{D}$$)を算出した。これにより、事故後、3ヶ月後から1年後における濃度分布の変遷を解析し、D$$_{a}$$とK$$_{D}$$を求めた。従来の解析では沈着後からの経過時間とそれまでに形成された濃度分布で計算していたことから、3ヶ月後の調査からのD$$_{a}$$は10$$^{-10}$$m$$^{2}$$/sオーダー、1年後の調査からのD$$_{a}$$は10$$^{-11}$$m$$^{2}$$/sオーダーと、時間の経過に伴い低下すると共に、K$$_{D}$$も20ml/g以下と、バッチ法からの実測値(K$$_{D}$$$$geq$$103ml/g、多くはK$$_{D}$$$$geq$$104ml/g)と大きく解離した。同様な傾向はチェルノブイリでも見られている。これは、Csの沈着後、雨水の浸透に伴う分散による移動の効果が深度分布に含まれているためと考えられる。それらの影響を排除した本解析からのD$$_{a}$$は10$$^{-14}$$m$$^{2}$$/sオーダー、これより算出されたK$$_{D}$$は10$$^{4}$$$$sim$$10$$^{5}$$ml/gと、バッチ法からの実測値と整合した。

The authors derived an analytical theory for calculating apparent diffusion coefficient (D$$_{a}$$) based on evolution of depth distribution of radiocaesium (Cs-134 and Cs-137) in soil contaminated by the Fukushima Dai-ichi Nuclear Power Plant (1F-NPP) accident in March 2011, and calculated D$$_{a}$$ and distribution coefficient (K$$_{D}$$) by analyzing evolution of depth distributions from after 3 months to after 1 year from the 1F-NPP accident. In conventional analysis, the D$$_{a}$$-values of radiocaesium in the investigations after 3 months and 1 year, 10$$^{-10}$$m$$^{2}$$/s orders and 10$$^{-11}$$m$$^{2}$$/s orders, respectively, lowered with increasing time. The K$$_{D}$$-values, also lower than 20ml/g, largely differed from batch K$$_{D}$$-values. Similar trend is found in the Chernobyl nuclear accident. This is considered because the effect of transport by dispersion with advection of rainwater after radiocaesium deposited is included in the depth distributions. The D$$_{a}$$-values and K$$_{D}$$-values from evolutional analysis of depth distributions excluded such effect, 10$$^{-14}$$m$$^{2}$$/s orders and 10$$^{4}$$$$sim$$10$$^{5}$$ml/g, respectively, were consistent with batch K$$_{D}$$-values.

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