[論文レビュー] Fields of View for Environmental Radioactivity

Alex Malins, Masahiko Okumura+3 more|arXiv (Cornell University)|Sep 30, 2015

Radioactive contamination and transferEnvironmental Science参考文献 2被引用数 20

ひとこと要約

本研究では、モンテカルロ放射線輸送シミュレーション（PHITS）を用いて、自然由来の放射性核種（40K、U/Th系列）および人為的核種134Csおよび137Csの沈着について、環境線量率に寄与する地表面の放射性核種の空間的範囲（視野）を定量的に評価した。放射性セシウムは自然由来核種と比較して著しく広い視野を示すことが明らかになった。これは、福島におけるKURAMA線量率モニタリングで観察された車両（自動車とバス）間の線量率差を説明するものであり、局所的土壌浄化による線量率低減の可能性を迅速に推定可能である。

ABSTRACT

The gamma component of air radiation dose rates is a function of the amount and spread of radioactive nuclides in the environment. These radionuclides can be natural or anthropogenic in origin. The field of view describes the area of radionuclides on, or below, the ground that is responsible for determining the air dose rate, and hence correspondingly the external radiation exposure. This work describes Monte Carlo radiation transport calculations for the field of view under a variety of situations. Presented first are results for natural 40K and thorium and uranium series radionuclides distributed homogeneously within the ground. Results are then described for atmospheric radioactive caesium fallout, such as from the Fukushima Daiichi Nuclear Power Plant accident. Various stages of fallout evolution are considered through the depth distribution of 134Cs and 137Cs in soil. The fields of view for the natural radionuclides and radiocaesium are different. This can affect the responses of radiation monitors to these nuclides if the detector is partially shielded from the ground within its field of view. The field of view also sets the maximum reduction in air dose rates that can be achieved through local decontamination or remediation measures. This maximum efficiency can be determined quickly from the data presented here for the air dose rate versus the spatial extent of radioactive source on the ground.

研究の動機と目的

• 環境放射線学における、地表面の放射性核種が環境線量率に寄与する空間的範囲（視野）を定量すること。
• 福島におけるKURAMA調査において、自動車とバスなどの車両間で観測された線量率の差を説明すること。
• 局所的土壌浄化による線量率低減の最大限の可能性を迅速に推定するための手法を提供すること。

提案手法

• 土壌（ρ = 1.6 g/cm³）と空気（ρ = 1.2×10⁻³ g/cm³）を含む無限大の半空間幾何構造におけるガンマ線輸送をモデル化するため、PHITSコードを用いたモンテカルロ放射線輸送シミュレーション。
• 40K、232Th、235U、238U系列の放射性核種を均一に分布させた球対称の光子放射と、土壌中で指数関数的に深さ依存する134Csおよび137Csの放射を模擬。
• 地上からさまざまな高さにおける環境線量当量率（H*(10)）を計算し、さまざまな放射源半径に対して、合計線量率の68%を寄与する領域を視野として特定。
• 視野データを用いて、現実的な浄化シナリオにおける除染係数（DF）を組み込み、局所的浄化による線量率低減の最大限の可能性を推定。
• 自動車およびバスの幾何形状とエンジン遮蔽を模擬し、さまざまな環境条件下での線量率を比較することで、視野効果が検出器応答に与える影響を検証。

実験結果

リサーチクエスチョン

• RQ1 土壌中の自然由来の陸上放射性核種（40K、U/Th系列）と人為的核種134Csおよび137Csの沈着について、視野の広がりにどのような差があるか。

主な発見

• 134Csおよび137Csの沈着の視野は、自然由来核種（235U系列を除く）と比較して著しく広がっている。これはガンマ線エネルギーおよび放射源の深さ分布の違いに起因する。
• セシウムが土壌中に深く移行するにつれて、視野は狭くなり、線量率への空間的影響が低下する。
• 134Csおよび137Csの視野は地上からの高さが増すにつれて拡大するが、自然由来核種の視野は比較的一定である。
• 低線量域では自然由来核種が支配的であり、バスのエンジンが視野のより大きな割合を遮蔽するため、線量率比（自動車対バス）が高線量域（放射性セシウムが支配的）よりも高くなる。
• 10 m半径の領域において、134Csおよび137Csの沈着に起因する環境線量当量率の68%がその領域内から寄与しており、この領域を完全に浄化すれば線量率は68%低減可能である。
• 除染係数（DF）が20の場合、残存放射能は5%に低下し、放射性セシウム寄与の線量率低減の最大限の可能性は64.6%に達する。