7.2 放出源情報

寺田 宏明

点発生源からのメソスケール拡散シミュレーション; 福島第一原子力発電所事故をふまえて(気象研究ノート第248号), p.115 - 121, 2023/09

大気拡散モデルの検証に必要な入力データのうち放出源情報について述べる。ここでは、福島第一原子力発電所事故時の放出源情報として、日本原子力研究開発機構により大気拡散計算結果と環境モニタリングデータの比較に基づき推定された成果から、Katata et al. (2015)とTerada et al. (2020)について推定手法の概要と推定結果の特徴を解説する。Katata et al. (2015)では、新たに公開された環境モニタリングデータと沈着計算を精緻化した大気拡散計算により主要な放射性核種(Cs, Cs, I, Te)の放出率が逆推定され、従来の研究では不明であった事故初期の放出率の詳細な時間変化が明らかとなった。Terada et al. (2020)では、ベイズ推計に基づく統計的な最適化手法が導入され、大気中濃度,地表沈着量,日降下量の複数種の測定データを用いて従来の推定による放出率推移が最適化された。この再推定では、新たに公開されたCs大気中濃度の多地点連続データが活用され、このデータとベイズ推計を組み合わせた解析手法により放出率だけでなく気象場も改善された。

Fukushima Cs releases dispersion modelling over the Pacific Ocean; Comparisons of models with water, sediment and biota data

Periez, R.*; Bezhenar, R.*; Brovchenko, I.*; Jung, K. T.*; 上平 雄基; Kim, K. O.*; 小林 卓也; Liptak, L.*; Maderich, V.*; Min, B. I.*; et al.

Journal of Environmental Radioactivity, 198, p.50 - 63, 2019/03

https://doi.org/10.1016/j.jenvrad.2018.12.014

北西太平洋海域における福島第一原子力発電所事故起源のCs放出に対して、複数の海洋拡散モデルを適用し、モデル対モデル及びモデル対観測の比較を実施した。シミュレーション期間は2年間とし、施設から海洋への直接放出と大気から海洋表層への沈着過程を考慮した。海洋拡散モデルには生物モデルが導入されている。シミュレーション結果は海水中,堆積物中,海産生物中のCs濃度で比較した。その結果、モデル対モデル及びモデル対観測の比較において、妥当な結果が得られた。

LES studies for predicting plume concentrations around nuclear facilities using an overlapping technique

中山 浩成; 竹見 哲也*

Proceedings of 18th International Conference on Harmonisation within Atmospheric Dispersion Modelling for Regulatory Purposes (HARMO-18) (USB Flash Drive), p.843 - 847, 2017/10

原子力緊急時において、プルーム拡散挙動や汚染域の空間分布などの詳細情報を得るために、Large-Eddy Simulation(LES)に基づく計算流体力学モデルの活用が有効である。しかしながら、LESによる非定常計算の実行に膨大な時間が必要であることが緊急時の適用において課題となっている。そのため、重合法を用いることにより局所域スケールでの大気拡散挙動を迅速かつ詳細に予測できる計算手法の開発を目的とする。本研究で提案する重合法は、初めに、代表的な風速データを入力条件として与えた仮想気象条件下での原子力施設から点源放出されたプルームの大気拡散計算を36風向について行い、10分平均での風速と濃度のデータを各風向毎に作成する。次に、対象期間での濃度分布を、風向変動の出現頻度に応じて10分平均濃度分布を重ね合わせて評価する。本手法の妥当性を調べるために、観測データを入力条件として与えた実気象条件下での大気拡散計算を行い、重合法による濃度分布と比較した。その結果、変化する気象状況下での1時間平均濃度分布と良好に対応することが示された。これにより、重合法を用いた局所域大気拡散計算手法は即時対応が可能であることが示唆された。

Source term estimation for the Fukushima Daiichi Nuclear Power Station accident by combined analysis of environmental monitoring and plant data through atmospheric dispersion simulation

永井 晴康; 寺田 宏明; 茅野 政道; 堅田 元喜; 三上 智; 斎藤 公明

Proceedings of 16th International Topical Meeting on Nuclear Reactor Thermal Hydraulics (NURETH-16) (USB Flash Drive), p.4044 - 4052, 2015/08

原子力機構は、福島第一原子力発電所事故による放射性物質の大気放出量を、環境モニタリングと大気拡散モデルによる大気中核種濃度または空間線量率の比較解析により推定した。この放出量推定を改良するために、より精緻な推定手法の開発と過酷事故解析及び観測データの新たな情報の利用を検討している。その第一段階として、福島原発1から3号機内インベントリと地表沈着測定におけるCs/Cs放射能比情報を利用した。大気拡散シミュレーションの放出率設定において、Cs/Cs放射能比の時間変化を考慮することで、地表沈着測定におけるCs/Cs放射能比空間分布を説明できることを示した。この結果は、どの原子炉からどのタイミングで放出があったかを推定するために有効であり、福島原発事故の過酷事故解析にも有用な情報となることが期待される。

人工バリア中の核種移行挙動に関する研究(II)

大橋 弘士*; 佐藤 正知*; 小崎 完*

JNC TJ8400 2000-018, 79 Pages, 2000/02

JNC-TJ8400-2000-018.pdf:2.09MB

地層処分の安全評価のための基礎的研究として、粘土緩衝材中の核種の拡散挙動およびオーバーパックの腐食に関連した研究を行った。緩衝材中の核種の移行挙動に関する研究では、ベントナイトの主たる構成鉱物であるモンモリロナイトに対して、水で飽和した状態の圧密試料の底面間隔ならびに含水率を求めた。また、Na+、Sr2+、Cs+、Cl-イオンの見かけの拡散係数およびそれらの活性化エネルギーを異なった乾燥密度において決定した。得られた活性化エネルギーは乾燥密度の増加とともに増加する傾向を示した。これは、圧密モンモリロナイト試料中のイオンの拡散機構が乾燥密度の増加にともなって変化していることを示唆している。ここでは、これらの活性化エネルギーの変化を合理的に説明するために、支配的な拡散プロセスが乾燥密度の増加によって細孔拡散から表面拡散へ、さらに表面拡散から層間拡散へと移り変わるとした複合的な拡散モデルを提案した。Na型モンモリロナイトは、粘土緩衝材に地下水やセメント構造材などからもたらされたCa2+イオンとイオン交換することによって変質することが考えられる。この変質がイオンの拡散挙動に及ぼす影響を評価することによって変質することが考えられる。この変質がイオンの拡散挙動に及ぼす影響を評価するため、Na/Ca混在型モンモリロナイト中でのNa+およびCs+イオンの見かけの拡散係数とそれらの活性化エネルギーを調べた。その結果、Ca型化によるベントナイトの変質は、Na+およびCs+イオンの見かけの拡散係数ならびに拡散の活性化エネルギーに影響を及ぼすことが明らかとなった。こうした影響は、細孔拡散のみでは説明できず、複合拡散モデルによってもっとも合理的に説明されることが示唆された。ベントナイト中でのオーバーパックの腐食挙動を理解するため、ベントナイト中に存在する黄鉄鉱の乾燥中の酸化挙動を調べた。ベントナイトの乾燥に伴って、ベントナイト中の黄鉄鉱量の減少、ベントナイト懸濁液のpHの低下ならびに硫酸イオン濃度の増加が認められた。これは、乾燥中において黄鉄鉱の酸化が徐々に進行することを示している。一方、ベントナイトの乾燥時間の増加に伴い、ベントナイト中の鉄の平均腐食速度ならびに腐食生成物の見かけの拡散係数が増加することが明らかになった。これらは、黄鉄鉱の酸化に伴うpHの低下に起因していると考えられる。

放射性廃棄物地層処分における緩衝材および岩体中の核種移行に関する研究

佐藤 治夫

PNC TN8410 97-202, 205 Pages, 1998/01

PNC-TN8410-97-202.pdf:14.14MB

本論文は、放射性廃棄物地層処分における緩衝材候補材料の1つであるNa型ベントナイトおよび代表的岩石について、間隙率および屈曲度などの間隙構造因子ならびに核種拡散係数の測定を行い、基礎的データを蓄積すると共に、長期的な核種移行を定量的に予測できる拡散モデルを構築し、予測手法の基礎的理論を確立することを目的として研究された結果をまとめたものであり、7章から構成される。各章では、人工バリアとしてのNa型ベントナイトと天然バリアとしての花崗閃緑岩、玄武岩と泥岩の物性値に関する測定データと電気二重層理論および分子拡散理論に基づいて構築されたモデルが、地層処分の立案の際、緩衝材と地層構成岩石の特性を考慮することにより、バリア内の核種拡散挙動の予測と処分場性能評価を槻ね定量的に可能にしすることを示している。尚、本論文は、筆者が平成6年4月22日平成9年3月18日にかけて秋田大学大学院鉱山学研究科博士後期課程(地球工学専攻)に在籍し、事業団において得られた成果(投稿論文)を中心に博士論文としてまとめたものである。

欧州広域拡散実験と世界版緊急時環境線量情報予測システム

山澤 弘実

保健物理, 32(1), p.71 - 79, 1997/00

https://doi.org/10.5453/jhps.32.71

「保健物理」編集委員会からの依頼により、解説として寄稿する。チェルノブイル事故を契機に、大気中に事故放出される放射能の広域影響をリアルタイムで予測するシステムが各国で開発されるようになった。欧州広域拡散実験(ETEX)では、長距離拡散モデルの性能評価とシステムの運用性評価を目的として、欧州域2,000kmスケールでの拡散実験と、そのデータを用いたモデル評価を行っている。原研は、WSPEEDIの性能評価・改良を目的としてETEXに参加した。最終的な評価結果は、1997年春に出される予定である。

Study of density limit in JT-60 joule heated plasmas

白井 浩; 清水 勝宏; 滝塚 知典; 平山 俊雄; 安積 正史

JAERI-Research 95-079, 43 Pages, 1995/11

JAERI-Research-95-079.pdf:1.71MB

トカマクプラズマに混入した不純物は、高密度領域における大きい放射損失によりプラズマのエネルギーバランスを崩し、MHD不安定性を誘発してディスラプションを引き起こす。一次元輸送コードにMHD不安定性解析コードを結合し、高密度のジュール加熱プラズマにおける密度限界の研究を行った。不純物の拡散過程を考慮したモデルを用いた数値計算では、密度限界ダイアグラムすなわちHugillダイヤグラムは、実験で得られたものと定性的に良く一致した。また、コロナ平衡モデルは密度限界値を過大に評価することを示した。

ラドン拡散影響評価手法に関する研究

not registered

PNC TJ1545 93-001, 169 Pages, 1993/03

PNC-TJ1545-93-001.pdf:5.76MB

動力炉・核燃料開発事業団人形峠事業所周辺のウラン鉱山による捨石堆積場から散逸するラドンが周辺環境へ与える影響を評価する手法を開発するために、最新の起伏のある地形上における大気拡散評価手法の開発現状及びラドンに着目した拡散影響手法の現状を文献により調査した。その結果ラドンの拡散モデルについては地形を十分考慮しているものが少く、ラドン以外の一般的な汚染物質の大気拡散モデルについても複数の地域にわたる拡散実験について十分な再現性が得られているモデルは少ないと考えられる。従って、人形峠事業所周辺のような起伏のある複雑な地形上における拡散影響評価手法を新しく開発する必要があり、居住地区への影響評価には、山風谷風を考慮でき、かつ垂直方向成分が精度よく反映できる力学モデルが適当であると考えられる。さらに地形の影響だけでなく植生に関しても考慮するとともにラドン娘核種に関するパラメータや、信頼性の高い気象観測データの取得が重要であることが明らかとなった。

高精度拡散評価モデルPHYSIC

山澤 弘実

JAERI-M 92-102, 53 Pages, 1992/07

JAERI-M-92-102.pdf:1.67MB

SPEEDIの高精度化研究の中で開発された高精度拡散評価モデルPHYSICについて、モデル内容、コードの構成、計算パラメータ及びコードの使用方法について述べた。PHYSICは既に開発済みの3次元局地スケール気象モデルに新たに作成した拡散モデルを結合したもので、複雑地形上での気象場及び乱流場の計算と同時に点状放出源からの放出物の拡散を評価するモデルである。濃度計算では粒子法を用いた拡散計算モデルを採用している。本モデルで対象とする空間スケールは10~1000km、時間スケールは1時間~1日程度である。