福島第一原子力発電所事故における放射性核種の発生源項及び大気拡散シミュレーションの精密化

Refinement of source term and atmospheric dispersion simulations of radionuclides during the Fukushima Daiichi Nuclear Power Station accident.

• Hiroaki Terada
• Haruyasu Nagai
• Katsunori Tsuduki
• Akiko Furuno
• Masanao Kadowaki
• Toyokazu Kakefuda

抄録

福島第一原子力発電所事故に起因する公衆の被ばく線量を評価するためには、特に測定データがない事故初期の段階では、大気輸送・分散・沈着モデル（ATDM）を用いた計算機シミュレーションにより、環境中の放射性物質の空間的・時間的分布を再構築する必要があります。ATDMシミュレーションには、大気中に放出される放射性物質の放出源項が不可欠であり、これまで多くの研究で推定されてきましたが、本研究では、この放出源項をさらに精緻化し、大気中に放出される放射性物質の放出源項を推定しました。本研究では、大気汚染モニタリングステーションで採取した浮遊粒子状物質（SPM）を分析して得られた大気中濃度，表面沈着量，降下物量，新たに放出された毎時のセシウム濃度などの各種測定値を用いて、ベイズ推論に基づく最適化手法を用いて、前回の研究で推定したソースタームをさらに改良し、ATDMシミュレーションの改良を行いました。この最適化により、ソースタームだけでなく気象計算における風場も改善され、放射性核種の分散計算と測定値との比較結果をフィードバックすることで、モニタリング地点におけるプルーム通過時間の不一致を計算値と測定値との間で3時間以下に低減させることができました。その結果、本研究では、従来の研究と比較して、Cs及びIの総量がそれぞれ1.0×10及び1.2×10Bqとなり、それぞれ29%及び20%減少した。ATDMシミュレーションは、SPMモニタリング地点での大気濃度と空中モニタリングによる表面沈着量の両方を再現することに成功した。その結果、SPMモニタリング地点における大気中のセシウム濃度のFA10は、従来の35.9%から47.3%に上昇した。陸上への沈着量は、前回調査の3.7×10Bqから2.1×10Bqに減少し、実測値の2.4×10Bqに近づいた。また、大気中及び地表面における主要な放射性核種の時空間分布(最適化された分散データベース)を、最適化された放出率とATDMシミュレーションを用いて構築した。この最適化された分散データベースは、日本の線量評価プロジェクトの共同研究グループが実施してきた、FDNPS事故からの避難者の行動パターンと合わせて、総合的な線量評価に利用することが可能である。本研究で得られた改良点は、線量評価の精度向上につながるものである。

To assess the radiological dose to the public resulting from the Fukushima Daiichi Nuclear Power Station (FDNPS) accident in Japan, especially for the early phase of the accident when no measured data are available for that purpose, the spatial and temporal distributions of radioactive materials in the environment need to be reconstructed through computer simulations using the atmospheric transport, dispersion, and deposition model (ATDM). For the ATDM simulation, the source term of radioactive materials discharged into the atmosphere is essential and has been estimated in many studies. In the present study, we further refined the source term estimated in our previous study and improved the ATDM simulation with an optimization method based on Bayesian inference, which used various measurements such as air concentration, surface deposition, fallout, and newly released hourly air concentrations of Cs derived by analyzing suspended particulate matter (SPM) collected at air pollution monitoring stations. This optimization improved not only the source term but also the wind field in meteorological calculation, which led to the reduction of discrepancies in plume passage time at monitoring points to less than 3 h between calculations and measurements, by feeding back comparison results between the dispersion calculations and measurements of radionuclides. As a result, the total amounts of Cs and I by the present study became 1.0 × 10 and 1.2 × 10 Bq, respectively, and decreased by 29% and 20%, respectively, in comparison with those by previous study. The ATDM simulation successfully reproduced both the air concentrations at SPM monitoring points and surface depositions by airborne monitoring. FA10 for total samples of air concentrations of Cs at SPM monitoring points increased from 35.9% by the previous study to 47.3%. The deposition amount on the land decreased from 3.7 × 10 Bq by the previous study to 2.1 × 10 Bq, which was close to the measured amount of 2.4 × 10 Bq. We also constructed the spatiotemporal distribution of some major radionuclides in the air and on the surface (optimized dispersion database) by using the optimized release rates and ATDM simulations. The optimized dispersion database can be used for comprehensive dose assessment in tandem with behavioral patterns of evacuees from the FDNPS accident by collaborating research group in the Japanese dose assessment project. The improvements in the present study lead to the refinement of the dose estimation.

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