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論文

Numerical study of transport pathways of $$^{137}$$Cs from forests to freshwater fish living in mountain streams in Fukushima, Japan

操上 広志; 佐久間 一幸; Malins, A.; 佐々木 祥人; 新里 忠史

Journal of Environmental Radioactivity, 208-209, p.106005_1 - 106005_11, 2019/11

本報告では、セシウム137の森林内での循環と河川への流出、渓流に生息する淡水魚への移行を考慮したコンパートメントモデルを構築し、福島の環境に基づいて一般化した流域を対象に解析を行い、淡水魚へ移行するセシウム137の森林内の流出源を推定した。その結果、セシウム137の流出源は、落葉の河川への直接流入、落葉層からの側方流入、土壌層からの側方流入の3つからなることがわかった。また、森林内のセシウム137の循環は事故後10年程度で平衡状態に近づき、それに伴って河川水や淡水魚のセシウム137濃度は物理減衰程度になると推測された。

報告書

福島における放射性セシウムの環境動態研究の現状(平成30年度版)

長尾 郁弥; 新里 忠史; 佐々木 祥人; 伊藤 聡美; 渡辺 貴善; 土肥 輝美; 中西 貴宏; 佐久間 一幸; 萩原 大樹; 舟木 泰智; et al.

JAEA-Research 2019-002, 235 Pages, 2019/08

JAEA-Research-2019-002.pdf:21.04MB

2011年3月11日に発生した太平洋三陸沖を震源とするマグニチュード9.0の東北地方太平洋沖地震とそれに伴って発生した津波により、東京電力福島第一原子力発電所の事故が発生し、その結果、環境中へ大量の放射性物質が放出され、その大部分が森林に沈着している。これに対し、面積が広大であり大量の除去土壌等が生じる、多面的な森林の機能が損なわれる可能性があるなどの問題があり、生活圏近傍を除き、汚染された森林の具体的な除染計画はない。そのため、未除染の森林から放射性セシウムが流出し、既に除染された生活圏に流入することに対する懸念があり、避難住民の帰還や産業再開の妨げとなる可能性があった。原子力機構では、環境中に放出された放射性物質、特に放射性セシウムの移動挙動に関する「長期環境動態研究」を2012年11月より実施している。この目的は、自治体の施策立案を科学的側面から補助する、住民の環境安全に関する不安を低減し、帰還や産業再開を促進するといった点にある。本報告書は、原子力機構が福島県で実施した環境動態研究におけるこれまでの研究成果について取りまとめたものである。

論文

Modelling the effect of mechanical remediation on dose rates above radiocesium contaminated land

Malins, A.; 操上 広志; 北村 哲浩; 町田 昌彦

Remediation Measures for Radioactively Contaminated Areas, p.259 - 272, 2019/00

Mechanical strategies for remediating radiocesium contaminated soils, e.g. at farms, schoolyards, gardens or parks, lower air dose rates in one of two characteristic ways. The first is to physically remove radiocesium from the environment, for example by stripping topsoil and sending it for disposal. The second is to redistribute the radiocesium deeper within the ground, e.g. by mixing the topsoil or switching the positions of different soil layers, in order that soil attenuates radiocesium gamma rays before they reach the surface. The amount that air dose rates reduce because of remediation can be calculated using radiation transport methods. This chapter summarizes modelling results for the effect of topsoil removal (with and without recovering with a clean soil layer), topsoil mixing, and soil layer interchange on dose rates. Using measurements of the depth profile of $$^{134}$$Cs and $$^{137}$$Cs activity in soil at un-remediated sites across North East Japan, the potential effectiveness of remediation work was estimated considering remediation to different soil depths and different time lags after the accident. The results show that remediation performance would have been essentially constant irrespective of the time at which it was undertaken in the initial five year period following the fallout.

論文

モンテカルロ放射線輸送コード(PHITS)を用いた森林内空間線量評価ツールの開発

佐久間 一幸; 新里 忠史; Kim, M.; Malins, A.; 町田 昌彦; 吉村 和也; 操上 広志; 北村 哲浩; 細見 正明*

環境放射能除染学会誌, 6(3), p.145 - 152, 2018/09

開発した森林を考慮したPHITSを用いて、森林内放射性Cs動態を考慮した空間線量率計算を実施した。その結果、2015年10月時点の観測データを用いると、樹木に放射性Csがほとんど存在しないため、樹冠からリター層へ移行してもほとんど地上1m空間線量率は変化しなかった。一方、2011年8-9月時点の放射性Cs濃度を用いると、樹冠に放射性Csが多く存在し、樹冠近傍や地上200m程度まで空間線量率が高い傾向が見られ、樹冠からリター層へ移行すると、地上1m高さの空間線量率は、線源からの距離が近くなったことにより3倍程度大きくなった。いずれの入力データにおいても、樹冠から土壌層へ放射性Csが移行することで、土壌の遮蔽効果により地上1m高さの空間線量率は3分の1から2分の1程度減少した。

論文

福島県内を想定した複雑な実環境中での空間線量率分布解析システム(3D-ADRES)の研究開発; リモートセンシング情報の活用と各環境因子(地形・土壌・建物・樹木等)の影響評価

Kim, M.; Malins, A.; 佐久間 一幸; 北村 哲浩; 町田 昌彦; 長谷川 幸弘*; 柳 秀明*

RIST News, (64), p.3 - 16, 2018/09

環境中に放出された放射線源による空間線量率の正確な分布は、住民の被ばく量を評価し、それを可能な限り低減するための必須な情報となる。しかし、市街地・森林等は複雑な構造物や樹木が存立する他、地形も平坦ではなく放射線の散乱や遮蔽が頻繁に起こるため、空間線量率の分布は非一様となる。加えて放射線源の不均質な分布は更にそれを複雑なものとするため、正確な空間線量率の分布を知ることは容易ではない。そこで、日本原子力研究開発機構・システム計算科学センターは、福島環境安全センターと連携し、福島県内の市街地や森林等の複雑な環境中の地形・樹木・建物等の3次元のリアルな構造物モデルを構築し、更に不均質な放射性セシウムの線源分布を取り込むことを可能とすることで、空間線量率の3次元分布が計算可能なシステム(3D - Air Dose Rate Evaluation System:略称3D-ADRES)を開発した。3D-ADRESでは、人工衛星画像等のリモートセンシング情報や種々の地理情報等を最大限に活用し、構造物を認識(一部自動化済み)した後、その構造をリアルにモデル化し、モンテカルロ計算コードPHITS用フォーマットに変換することで、シミュレーションによる詳細な空間線量率分布を取得可能とする。本稿では、そのシステムの概要について記し、実際の計算例を示す他、今後の課題についても記す。

論文

Applicability of $$K_{d}$$ for modelling dissolved $$^{137}$$Cs concentrations in Fukushima river water; Case study of the upstream Ota River

佐久間 一幸; 辻 英樹*; 林 誠二*; 舟木 泰智; Malins, A.; 吉村 和也; 操上 広志; 北村 哲浩; 飯島 和毅; 細見 正明*

Journal of Environmental Radioactivity, 184-185, p.53 - 62, 2018/04

 被引用回数:2 パーセンタイル:59.95(Environmental Sciences)

福島河川水中の溶存態$$^{137}$$Cs濃度を数値計算するにあたって、分配係数($$K_{d}$$)を用いた吸脱着モデルの適用可能性を評価した。数値計算結果は平水時および出水時の水と浮遊砂の流出フラックス、懸濁態$$^{137}$$Cs濃度を再現した。一方、河川水中の溶存態$$^{137}$$Cs濃度の実測値の再現性は低かった。粗い粒径区分の$$K_{d}$$をチューニングした結果、平水時の溶存態$$^{137}$$Cs平均濃度を再現することが可能であった(実測値:0.32Bq/L, 計算値: 0.36Bq/L)。しかし、平水時の溶存態$$^{137}$$Cs濃度の季節変動(0.14-0.53Bq/L)や出水時の濃度上昇(0.18-0.88Bq/L, mean: 0.55Bq/L)は現実的な数値計算パラメータでは再現することはできなかった。

論文

Evaluation of sediment and $$^{137}$$Cs redistribution in the Oginosawa River catchment near the Fukushima Dai-ichi Nuclear Power Plant using integrated watershed modeling

佐久間 一幸; Malins, A.; 舟木 泰智; 操上 広志; 新里 忠史; 中西 貴宏; 森 康二*; 多田 和広*; 小林 嵩丸*; 北村 哲浩; et al.

Journal of Environmental Radioactivity, 182, p.44 - 51, 2018/02

 被引用回数:2 パーセンタイル:38.23(Environmental Sciences)

福島第一原子力発電所の南西15kmに位置する荻ノ沢川を対象に、水循環流域シミュレーターGETFLOWSを用いて、流域内の土砂と$$^{137}$$Csの再分布を評価した。河道への$$^{137}$$Csの供給は主に河川近傍と森林のガリで発生し、河川から離れた森林域における寄与は小さいことが示唆された。森林内の表層土壌中の$$^{137}$$Csは、主に物理減衰と下方浸透、系外にわずかに流出することで減少していた。将来的に河川近傍から河川への$$^{137}$$Csの供給量が小さくなることが示唆された。

論文

Using two detectors concurrently to monitor ambient dose equivalent rates in vehicle surveys of radiocesium contaminated land

武石 稔; 柴道 勝; Malins, A.; 操上 広志; 村上 晃洋*; 三枝 純; 米谷 雅之

Journal of Environmental Radioactivity, 177, p.1 - 12, 2017/10

AA2016-0534.pdf:1.79MB

通常の車両サーベイでは、地上1m高さの空間線量率に換算するために、同じ場所で車両の検出器及び車両を移動し1m高さの空間線量率を手持ち測定器で測定し、両者を比較している。車両測定結果を地上1m高さ値に、より正確に換算するため、2個の検出器を原子力機構の専用のモニタリング車の異なる高さに設置し、福島の避難区域等で測定、地上1m高さの測定結果と比較した。その結果、車両の異なる高さに設置した単一の検出器測定値から地上1m高さ値に換算した場合に比べて、車両2検出器を両者とも用いて換算した方が精度が高く、手持ち測定値に対して$$pm$$20%の範囲内にあった。また道路上の放射性セシウムの存在量が周辺より少ない場合は、車両の検出器の測定高さを高くすることにより道路周辺の空間線量率に近づいた。また、車両検出器の設置高さにについてモンテカルロシミュレーションコードを用いて検討した。

論文

Continuous energy adjoint transport for photons in PHITS

Malins, A.; 町田 昌彦; 仁井田 浩二*

EPJ Web of Conferences (Internet), 153, p.06001_1 - 06001_9, 2017/09

BB2015-2674.pdf:0.21MB

 パーセンタイル:100

Adjoint Monte Carlo can be an efficient algorithm for solving photon transport problems where the size of the tally is relatively small compared to the source. Such problems are typical in environmental radioactivity calculations, where natural or fallout radionuclides spread over a large area contribute to the air dose rate at a particular location. Moreover photon transport with continuous energy representation is vital for accurately calculating radiation protection quantities. Here we describe the incorporation of an adjoint Monte Carlo capability for continuous energy photon transport into the Particle and Heavy Ion Transport code System (PHITS). An adjoint cross section library for photon interactions was developed based on the JENDL-4.0 library, by adding cross sections for adjoint incoherent scattering and pair production. PHITS reads in the library and implements the adjoint transport algorithm by Hoogenboom. Adjoint pseudo-photons are spawned within the forward tally volume and transported through space. Currently pseudo-photons can undergo coherent and incoherent scattering within the PHITS adjoint function. Photoelectric absorption is treated implicitly. The calculation result is recovered from the pseudo-photon flux calculated over the true source volume. A new adjoint tally function facilitates this conversion. This paper gives an overview of the new function and discusses potential future developments.

論文

Coupling the advection-dispersion equation with fully kinetic reversible/irreversible sorption terms to model radiocesium soil profiles in Fukushima Prefecture

操上 広志; Malins, A.; 武石 稔; 斎藤 公明; 飯島 和毅

Journal of Environmental Radioactivity, 171, p.99 - 109, 2017/05

 被引用回数:2 パーセンタイル:69.03(Environmental Sciences)

土壌中の放射性セシウムの鉛直方向移動を記述するための修正拡散-収着-固定化モデルを提案した。このモデルでは、可逆サイトに対するカイネティックスを新たに導入している。このモデルは初期Exponential分布を再現することができる。初期のrelaxation massは拡散深さ、すなわち分配係数、収着速度、分散係数に依存することがわかった。また、このモデルは深い個所での放射性セシウム分布のテイリングを表現する。これは、収着と脱着の速度の違いによるものと考えられる。

論文

Characteristics of radio-cesium transport and discharge between different basins near to the Fukushima Dai-ichi Nuclear Power Plant after heavy rainfall events

佐久間 一幸; 北村 哲浩; Malins, A.; 操上 広志; 町田 昌彦; 森 康二*; 多田 和広*; 小林 嵩丸*; 田原 康博*; 登坂 博行*

Journal of Environmental Radioactivity, 169-170, p.137 - 150, 2017/04

 被引用回数:10 パーセンタイル:22.06(Environmental Sciences)

福島第一原子力発電所周りの流域について水の流れと土砂の輸送による放射性セシウムの再分布を理解するために流域モデリングを実施した。懸濁態と溶存態形態の放射性セシウム移行を計算するために、既往の3次元水理地質モデルを用いた水・土砂モデルを拡張した。2011年9月の台風Rokeと2013年9つの出水時を含む2013年をシミュレーションした。2013年の勢力の強い台風Man-yiと台風Wiphaは放射性セシウムの再分布引き起こした。2013年の9つの出水時に関して$$^{137}$$Cs流出量を計算した結果、観測値をよく再現した。堆積は主に氾濫原や流域下流部の河道が広がるところやダム湖で起こった。5つの流域間での$$^{137}$$Cs流出比の違いは流域内での初期フォールアウトの空間分布やダム湖の存在の有無、土地利用の違いによる河川への供給量の違いによって説明された。これらのシミュレーション結果は環境回復を支援するにあたり、将来の放射性物質の再分布を評価することが可能である。

論文

Numerical study of sediment and $$^{137}$$Cs discharge out of reservoirs during various scale rainfall events

操上 広志; 舟木 泰智; Malins, A.; 北村 哲浩; 大西 康夫*

Journal of Environmental Radioactivity, 164, p.73 - 83, 2016/11

AA2015-0827.pdf:2.61MB

 被引用回数:5 パーセンタイル:55.17(Environmental Sciences)

福島の一般的なダム湖における土砂・放射性セシウム輸送を理解するために3次元有限体積コードFLESCOTによる解析を実施した。本モデルは乱流流れ、複数粒径土砂の輸送、溶存および土砂付着セシウムの輸送を考慮する。福島環境におけるモデルの適用性確認のために台風時の大柿ダム湖での試験解析を実施した。その後、一般的なダム湖に対し、流量強度、ダム湖体積、収着分配係数を変化させた解析を実施し、それらの特性が放射性セシウムのダム湖からの流出に与える影響を調査した。大きい降雨イベント時にはシルトが放射性セシウム輸送に大きく寄与する一方、小さいイベント時には粘土付着成分や溶存成分が支配的となることが示された。これらの結果は任意の降雨イベント時に対し、放射性セシウム流出量を評価するのに有益と考える。

論文

Effect of remediation parameters on in-air ambient dose equivalent rates when remediating open sites with radiocesium-contaminated soil

Malins, A.; 操上 広志; 北村 哲浩; 町田 昌彦

Health Physics, 111(4), p.357 - 366, 2016/10

AA2015-0584.pdf:0.84MB

 パーセンタイル:100(Environmental Sciences)

Calculations are reported for ambient dose equivalent rates [$$H^{*}$$(10)] at1 m height above the ground surface before and after remediating radiocesium-contaminated soil at wide and open sites. The results establish how the change in $$H^{*}$$(10) upon remediation depends on the initial depth distribution of radiocesium within the ground, on the size of the remediated area, and on the mass per unit area of remediated soil. The remediation strategies considered were topsoil removal (with and without recovering with a clean soil layer), interchanging a topsoil layer with a subsoil layer, and in situ mixing of the topsoil. The results show the ratio of the radiocesium components of $$H^{*}$$(10) post-remediation relative to their initial values (residual dose factors). It is possible to use the residual dose factors to gauge absolute changes in $$H^{*}$$(10) upon remediation. The dependency of the residual dose factors on the number of years elapsed after fallout deposition is analyzed when remediation parameters remain fixed and radiocesium undergoes typical downward migration within the soil column.

論文

Redistribution and export of contaminated sediment within eastern Fukushima Prefecture due to typhoon flooding

北村 哲浩; 操上 広志; 佐久間 一幸; Malins, A.; 奥村 雅彦; 町田 昌彦; 森 康二*; 多田 和広*; 田原 康博*; 小林 嵩丸*; et al.

Earth Surface Processes and Landforms, 41(12), p.1708 - 1726, 2016/09

 被引用回数:5 パーセンタイル:48.06(Geography, Physical)

福島第一原子力発電所の事故に起因して福島の地表に降下した放射性物質の将来分布予測に関連し、まず土砂の移行を物理型集水域解析モデルGETFLOWSを用いて詳細解析した。対象領域は汚染度合いを考慮し浜通り側の5流域、小高川, 請戸川, 前田川, 熊川, 富岡川とした。これらの流域の水・土砂輸送プロセスを、地表水流動、地下水流動、地表水・地下水相互作用、浸食(堆積)によって生じる浮遊砂移動現象として解析した。特に河川に流入した砂量、河川底に堆積した砂量、海へ流出した砂量などを試算した。

論文

Evaluation of ambient dose equivalent rates influenced by vertical and horizontal distribution of radioactive cesium in soil in Fukushima Prefecture

Malins, A.; 操上 広志; 中間 茂雄; 齋藤 龍郎; 奥村 雅彦; 町田 昌彦; 北村 哲浩

Journal of Environmental Radioactivity, 151(Part 1), p.38 - 49, 2016/01

AA2015-0160.pdf:0.87MB

 被引用回数:22 パーセンタイル:9.49(Environmental Sciences)

空間線量率は土壌中放射性セシウムの鉛直・水平分布に依存する。本研究では、任意の放射性セシウムの土壌中セシウム分布から線量率を計算するツールを開発し妥当性を確認した。福島第一原子力発電所事故により汚染された地域に対する実測値と解析結果は整合的であった。放射性セシウムの不均質な分布が得られている際にはそれらを考慮することでより解析精度を高めることができることを示した。また、放射性セシウムの土壌深部への移行に伴う線量率低下を説明することが可能であることを示した。さらに、農地除染に対する解析では、表土剥ぎ取りおよび天地返しが線量率低下の観点で有意であることを解析的に示した。

論文

Comment on "Update of $$^{40}$$K and $$^{226}$$Ra and $$^{232}$$Th series $$gamma$$-to-dose conversion factors for soil"

Malins, A.; 町田 昌彦; 斎藤 公明

Journal of Environmental Radioactivity, 144, p.179 - 180, 2015/06

 被引用回数:1 パーセンタイル:65.37(Environmental Sciences)

A comment on the recent Journal of Environmental Radioactivity article titled "Update of $$^{40}$$K and $$^{226}$$Ra and $$^{232}$$Th series $$gamma$$-to-dose conversion factors for soil".

論文

Topographic effects on ambient dose equivalent rates from radiocesium fallout

Malins, A.; 奥村 雅彦; 町田 昌彦; 斎藤 公明

Proceedings of Joint International Conference on Mathematics and Computation, Supercomputing in Nuclear Applications and the Monte Carlo Method (M&C + SNA + MC 2015) (CD-ROM), 12 Pages, 2015/04

Land topography can affect air radiation dose rates by locating radiation sources closer to, or further, from detector locations when compared to perfectly flat terrain. Hills and slopes can also shield against the propagation of $$gamma$$ rays. To understand the possible magnitude of topographic effects on air dose rates, this study presents calculations for ambient dose equivalent rates at a range of heights above the ground for varying land topographies. The geometries considered were angled ground at the intersection of two planar surfaces, which is a model for slopes neighboring flat land, and a simple conical geometry, representing settings from hilltops to valley bottoms. In each case the radiation source was radioactive cesium fallout, and the slope angle was varied systematically to determine the effect of topography on the air dose rate. Under the assumption of homogeneous fallout across the land surface, and for these geometries and detector locations, the dose rates at high altitudes are more strongly affected by the underlying land topography than those close to ground level. At a height of 300m, uneven topographies can lead to a 50% change in air dose rates compared to if the ground were uniformly flat. However, in practice the effect will more often than not be smaller than this, and heterogeneity in the source distribution is likely to be a more significant factor in determining local air dose rates.

論文

Sediment and $$^{137}$$Cs transport and accumulation in the Ogaki Dam of eastern Fukushima

山田 進; 北村 哲浩; 操上 広志; 山口 正秋; Malins, A.; 町田 昌彦

Environmental Research Letters, 10(1), p.014013_1 - 014013_9, 2015/01

 被引用回数:12 パーセンタイル:33.8(Environmental Sciences)

本論文は福島長期環境動態研究(F-TRACE)の一環として実施した2次元河川シミュレーションコードNays2Dによる福島県の大柿ダムでの放射性セシウムの流動及び堆積分布予測に関する研究についての報告である。現状のシミュレーションコードでは放射性物質の移動は計算できないが、放射性セシウムは粘土のような粒径の小さい土砂に吸着しやすいことに着目し、土砂の移動を計算しそれを放射性セシウムの移動とみなすことにした。実際に、2013年9月の洪水時や平均的な洪水時の流量等を境界条件として用いて、大柿ダム内の土砂の流れのシミュレーションを原子力機構のBX900で実施し、土砂の移動を計算した。特筆すべき成果は、粒径の小さいシルト及び粘土の振る舞いはダムの排水口の高さに大きく依存しており、排水口の位置を高くすることでダム内にシルト及び粘土が多くとどまるようになることを示したことである。この結果は、ダムの水位を適切に調整することで下流への土砂に付着したセシウムの移動を防げる可能性があることを示しており、住民の被ばくの低減に資する成果である。

論文

Fields of view for environmental radioactivity

Malins, A.; 奥村 雅彦; 町田 昌彦; 武宮 博; 斎藤 公明

Proceedings of International Symposium on Radiological Issues for Fukushima's Revitalized Future, p.28 - 34, 2015/00

空間線量率の内の$$gamma$$線成分は、環境中の放射性核種の量と広がりの関数となっているが、それらの放射性核種は、天然由来のものと人工的な由来を持つものが混在する。このような状況下では、空間線量率や外部被曝線量は、地表や地中に分布している放射性核種の面積を表す観測視野によって決まる。本研究では、様々な環境における観測視野に関するモンテカルロ放射線輸送計算を行った。具体的には、地中に一様分布する、天然由来放射線核種である40K,トリウム系列,ウラン系列について、さらに、福島第一原子力発電所事故等によって地表に降着した放射性セシウムについて計算を行った。放射性セシウムに関しては、$$^{134}$$Csと$$^{137}$$Csの深度分布の変化を評価することによって、降着後の放射性セシウムの地面への浸透を考慮した。その結果、地中に分布する天然由来核種と地表近くに分布する放射性セシウムの観測視野は異なることが原因で、観測機器の一部の遮蔽が測定結果に影響を及ぼす可能性があることが分かった。また、観測視野によって局所的な除染の最大効率が決まることが分かった。そして、この最大効率は、放射性核種の地表面分布と空間線量率の関係を表すデータによって簡単に評価できることが示された。

口頭

Quantifying the effect of land topography on air radiation dose rates using Monte Carlo radiation transport modeling

Malins, A.; 奥村 雅彦; 町田 昌彦; 斎藤 公明

no journal, , 

PHITSコードを用いて、地表から高度300mまでの範囲にわたって地形が空間線量率に及ぼす影響を評価した。地形は、円錐を切って表現した台地と盆地、二つの斜面に挟まれた谷の二つを考えた。前者は円錐の頂点の角度を、後者は水平面からの斜面の角度を変えて、地表の表面汚染密度と空間線量率の関係を求めた。その結果、地表における空間線量率よりも、高度が高い所の空間線量率の方が地形の影響を受けやすいことが分かった。

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