Long-term simulation of Cs behavior in the ocean around Fukushima considering multiphase interaction processes

多相相互作用を考慮した福島近海におけるCsの長期挙動シミュレーション

池之上 翼  ; 中西 貴宏  ; 川村 英之 

Ikenoue, Tsubasa; Nakanishi, Takahiro; Kawamura, Hideyuki

福島第一原子力発電所の事故は、Csを含む放射性核種の大規模な海洋環境への移行を引き起こした。海洋中のCsは4つの相(溶存相、懸濁相、海底堆積相、生物相)で存在し、これらの相間の相互作用がその長期挙動に大きな影響を与える。そこで本研究では、多相の挙動を考慮した海洋拡散モデルを開発し、事故後10年間のCsの長期挙動に対する相間相互作用の影響を評価した。モデルは、海況場、プランクトン、懸濁粒子、Csの挙動を十分に再現した。解析結果は既往研究と整合しており、事故後3ヶ月までは溶存相が、それ以降は海底堆積相がそれぞれ海洋におけるCsの挙動において中心的な役割を果たした。事故後10年以内に、沖合海域(水深が25mより深い海域)における全相中の濃度は事故前の水準に戻ったが、沿岸海域(水深が25mより浅い海域)では、海底堆積相が他の相への長期的なCsの供給源となったため、依然として高濃度を維持していた。これは、海底堆積物中に高濃度のCsが保持されていることに起因すると考えられる。この保持は、微細粒子の割合が高いこと(湾内地域)、河川からの流入(福島県北部)、事故初期における海底堆積物表層への高蓄積と激しい鉛直混合(福島県南部)によって引き起こされた。

The accident at the Fukushima Daiichi Nuclear Power Plant caused a large-scale migration of radionuclides, including cesium-137 (Cs), into the marine environment. Cesium-137 in the ocean exists in four phases (dissolved, suspended, seabed sediment, and biota), and the interactions between these phases have a great impact on its long-term behavior. Therefore, this study developed an oceanic dispersion model considering multiphase behavior and evaluated the impact of interphase interactions on the long-term behavior of Cs during the decade after the accident. The model sufficiently reproduced the oceanographic conditions and the behavior of planktons, suspended particles, and Cs. The results were consistent with previous studies, suggesting that the dissolved phase and seabed sediment phase played a central role in the Cs behavior within the first three months after the accident and thereafter, respectively. Within 10 years after the accident, the concentrations of all phases in offshore waters (deeper than 25 m) returned to pre-accident levels, but those in coastal waters (shallower than 25 m) were still at high levels due to the long-term source from seabed sediment to other phases, which is attributed to the retention of high concentrations in the seabed sediment phase. The quantitative analysis of interphase interactions made it possible to confirm that this retention was caused by a large proportion of fine-grained particles (bay area), riverine inputs (northern Fukushima), and high accumulation in the surface layers in the early stage of the accident and vigorous vertical mixing (southern Fukushima).