環境放射能

環境放射能は全体的なバックグラウンド放射線の一部であり、人間の環境中の放射性物質によって生成されます。ストロンチウム90（⁹⁰ Sr）やテクネチウム99（⁹⁹ Tc）などの一部の放射性同位体は人間の活動の結果としてのみ地球上に存在し、カリウム40（^{40 K）などの一部は自然のプロセスによってのみ存在しますが、}トリチウム（³ H）などのいくつかの同位体は自然のプロセスと人間の活動の両方に起因します。一部の天然同位体、特にウラン238（²³⁸ U）の濃度と位置は、核兵器実験などの人間の活動によって影響を受ける可能性があります。核兵器実験は世界的な放射性降下物を引き起こし、2020年までに最大240万人が死亡すると されています。

放射能は地球形成以来、あらゆる場所に存在しています。土壌で検出される自然放射能は、主に次の4つの天然放射性同位元素によるものです： ⁴⁰ K、²²⁶ Ra、²³⁸ U、²³² Th。土壌1キログラムあたり、カリウム40は平均370  Bqの放射線を放出し、通常の範囲は100～700 Bqです。他の元素はそれぞれ約25 Bqを放出し、通常の範囲は10～50 Bq（ ²³² Thの場合は7～50 Bq ）です。^[1]土壌によっては、これらの基準から大きく異なる場合があります。

セルビアのサヴァ川に関する最近の報告によると、川のシルトの多くには約100 Bq kg ⁻¹の天然放射性同位元素（²²⁶ Ra、²³² Th、²³⁸ U）が含まれていることが示唆されています。^[2]国連によると、土壌中のウランの通常濃度は300 μg kg ⁻¹から11.7 mg kg ⁻¹の範囲です。^[3]ハイパーアキュムレーターと呼ばれる一部の植物は、組織内に金属を吸収して濃縮できることはよく知られています。ヨウ素はフランスで初めて海藻から単離されましたが、これは海藻がヨウ素ハイパーアキュムレーターであることを示唆しています。

合成放射性同位元素もシルトで検出されることがある。Busby ^{[要出典] は}、ウェールズの潮間帯堆積物中のプルトニウムの放射能に関する Garland ら (1989) の報告書を引用しているが、それによると、場所がセラフィールドに近いほど、シルト中のプルトニウムの濃度が高くなると示唆されている。指数曲線に当てはめると、データでは距離と放射能の間に何らかの関係が見られるが、点のばらつきは大きい (R ² = 0.3683)。

人間の活動によって人為的に放出された放射能と天然放射性物質 (NORM) によって生物圏に生じた追加の放射能は、いくつかのクラスに分類できます。

1. 人工放射性物質を扱う工場またはプロセスの通常の操作中に発生する、通常の許可された放出。
   • たとえば、病院の核医学部門から⁹⁹ Tcが放出されることがあります。これは、Tc イメージング剤を投与された人がその剤を排出するときに発生します。
2. 産業事故または研究事故の際に発生する人工放射性物質の放出。
   • 例えばチェルノブイリ原発事故。
3. 軍事活動の結果として発生する放出。
   • 例えば、核兵器実験は、1963年にピークを迎え（原爆パルス）、2020年までに240万人の死者を出すなど、世界的な放射性降下物を引き起こしました。 ^[5]
4. 犯罪の結果として生じる釈放。
   • 例えば、ゴイアニアの事故では、泥棒が放射能が含まれていることを知らずに医療機器を盗み、その結果多くの人が放射線にさらされました。
5. 採掘などによる天然放射性物質（NORM）の放出
   • たとえば、発電所で石炭を燃やすと、微量のウランとトリウムが放出されます。

放射性同位元素が土壌の表面に落ちたからといって、それが人間の食物連鎖に入るというわけではありません。放射性物質は環境に放出された後、さまざまな経路で人間に到達する可能性があり、通常、元素の化学的性質によって最も可能性の高い経路が決まります。

イジー・ハラは著書「放射能、電離放射線、原子力」^[6]の中で、牛が摂取したストロンチウム、セシウム、プルトニウム、アメリシウムのごく一部だけが牛乳や肉を消費する人間に渡ると主張している。牛乳を例にとると、牛が上記の同位元素を毎日1000ベクレル摂取すると、牛乳には次のような放射能があることになる。

• ⁹⁰ストロンチウム、2 ベクレル/リットル
• ¹³⁷セシウム、5 ベクレル/リットル
• ²³⁹プルトニウム、0.001ベクレル/リットル
• ²⁴¹アモルファス、0.001 ベクレル/リットル

イジー・ハラの教科書には、土壌の放射性同位元素の結合能力は大きく異なり、粘土粒子とフミン酸は土壌水と土壌間の同位元素の分布を変える可能性があると記載されています。分布係数 K _{d は}、土壌の放射能 (Bq g ⁻¹ ) と土壌水の放射能 (Bq ml ⁻¹ ) の比率です。放射能が土壌のミネラルにしっかりと結合している場合、土壌で育つ 作物や草に吸収される放射能は少なくなります。

• Cs-137 K _d = 1000
• Pu-239 K _d = 10000から100000
• Sr-90 K _d = 80～150
• I-131 K _d = 0.007～50

人工放射能の劇的な発生源の 1 つは核兵器実験です。最初の原子爆弾によって生成されたガラス質のトリニタイトには、中性子活性化と核分裂によって形成された放射性同位元素が含まれています。さらに、天然の放射性同位元素もいくつか存在します。最近の論文^[7]では、トリニタイト中の長寿命放射性同位元素のレベルが報告されています。トリニタイトは、熱によって溶けた長石と石英から形成されました。トリニタイトのサンプルは 2 つ使用され、最初のサンプル (グラフの左側のバー) は爆心地から 40 メートルから 65 メートルの間から採取され、もう 1 つのサンプルは爆心地からさらに離れた場所から採取されました。

152 Eu (半減期 13.54 年) と¹⁵⁴ Eu (半減期 8.59 年) は主に土壌中のユーロピウムの中性子放射化によって生成され^、これらの同位体の放射能レベルは土壌への中性子線量が大きい場所で最高になることは明らかです。60 Co (半減期 5.27 年) の一部は土壌中のコバルト^の放射化によって生成されますが、一部は鋼鉄(100 フィート) タワー内のコバルトの放射化によっても生成されます。このタワーからの⁶⁰ Co は敷地全体に拡散し、土壌レベルの差を縮小したと考えられます。

133 Ba (半減期 10.5 年) と²⁴¹ Am (半減期 432.6 年)^は、爆弾内部のバリウムとプルトニウムの中性子活性化によるものです。バリウムは、使用された化学爆薬の硝酸塩の形で存在し、プルトニウムは使用された核分裂性燃料でした。

爆心地から離れた場所のサンプルでは¹³⁷ Csレベルが高くなっています。これは、 ¹³⁷ Cs の前駆物質 ( ¹³⁷ I と¹³⁷ Xe) と、それほどではないもののセシウム自体が揮発性であるためだと考えられます。ガラス内の天然放射性同位体は、どちらの場所でもほぼ同じです。

中性子が安定同位体に作用すると、放射性同位体が形成されることがあります。たとえば、窒素-14の中性子衝撃 (中性子活性化) により炭素-14 が形成されます。この放射性同位体は、核燃料サイクルから放出される可能性があります。これは、原子力産業の活動の結果として人々が受ける線量の大部分の原因となる放射性同位体です。^{[引用が必要]}

核爆弾実験により炭素の比放射能は増加しましたが、化石燃料の使用により減少しました。詳細については、 放射性炭素年代測定に関する記事を参照してください。

核燃料サイクルにおける原子力発電所からの放出は、核分裂生成物を環境に放出します。核燃料再処理工場からの放出は、中～長寿命の放射性同位元素になる傾向があります。これは、核燃料が硝酸に溶解される前に数年間冷却されるためです。原子炉事故や爆弾の爆発による放出には、短寿命の放射性同位元素がより多く含まれます（量を放射能Bqで表した場合）。

短寿命の核分裂生成物の例としてはヨウ素 131があり、これはテルルの中性子放射化によって放射化生成物として生成されることもあります。

爆弾の降下物と原子炉事故による放出の両方において、短寿命同位元素は、1 日目の線量率を、同じ場所で何日も後に経験する線量率よりもはるかに高くします。これは、除染を試みなくても当てはまります。下のグラフには、チェルノブイリ事故で放出された各主要同位元素による 総ガンマ線量率と線量の割合が示されています。

半減期が30年の¹³⁷ Csは中程度の寿命を持つ元素の一例です。セシウムは爆弾の降下物や核燃料サイクルから放出されます。アイリッシュ海で見つかったカキの放射能に関する論文が書かれており、ガンマ線分光法によって¹⁴¹ Ce、¹⁴⁴ Ce、¹⁰³ Ru、¹⁰⁶ Ru、¹³⁷ Cs、⁹⁵ Zr、⁹⁵ Nbが含まれていることがわかりました。^[要出典] さらに、亜鉛の活性化生成物（⁶⁵ Zn）が見つかりました。これは、冷却池でのマグノックス燃料被覆の腐食によるものと考えられています。 ^[8]セラフィールドなどの原子力施設に起因するアイリッシュ海のこれらすべての同位体の濃度は、ここ数十年で大幅に減少しています。

チェルノブイリの放射性物質放出の重要な部分はセシウム137であり、この同位体は現場で発生した長期的（火災後少なくとも1年間）な外部被曝の多くを引き起こした。放射性降下物中のセシウム同位体は農業に影響を及ぼした。[2]

ゴイアニアの事故では、医療用に作られた放射性物質が盗まれ、それを金属スクラップにしようとして壊され、大量のセシウムが放出された。この事故はいくつかの段階で止めることができたはずだ。第一に、放射性物質の最後の法的所有者が、放射性物質を安全かつ厳重に保管する手配を怠ったこと、第二に、それを持ち去った金属スクラップ作業員が、放射性物質であることを示すマークを認識しなかったことである。

ソウデックらは2006年に、水耕栽培されたヒマワリへの⁹⁰ Srと¹³⁷ Csの取り込みの詳細を報告した。^[9] セシウムは葉脈、茎、頂葉で発見された。セシウムの12％が植物に入り、ストロンチウムは20％が植物に入ったことが判明した。この論文では、カリウム、アンモニウム、カルシウムイオンが放射性同位元素の取り込みに 与える影響についても詳細に報告されている。

セシウムはイライトやモンモリロナイトなどの粘土鉱物と強く結合するため、土壌の上層部に留まり、浅い根を持つ植物（草など）がアクセスできます。そのため、草やキノコには相当量の^{137 Cs が含まれており、}食物連鎖を通じて人間に移行します。酪農における^{137 Cs に対する最善の対策の 1 つは、土を深く}耕して混ぜることです。こうすると、^{137 Cs が草の浅い}根の届かないところに置かれるため、草の放射能レベルが低下します。また、核戦争や重大事故の後には、土壌の上部数 cm を取り除き、浅い溝に埋めると、ガンマ光子が土壌を通過することで減衰するため、 ¹³⁷ Csによる人間の長期的なガンマ線量を減らすことができます。溝が人間から遠く離れているほど、また溝が深いほど、人間に与えられる保護の度合いは高くなります。

畜産業において、 ¹³⁷ Csに対する重要な対策は、動物に少量のプルシアンブルーを与えることです。この鉄 シアン化 カリウム化合物は、イオン交換剤として機能します。シアン化物は鉄と非常に強く結合しているため、人間が 1 日に数グラムのプルシアンブルーを食べても安全です。プルシアンブルーは、セシウムの生物学的半減期(核半減期と混同しないでください) を短縮します。¹³⁷ Cs の物理的または核半減期は約 30 年で、一定であり変更できません。ただし、生物学的半減期は、それが発現する生物の性質と習性に応じて変化します。人間のセシウムの生物学的半減期は通常 1 ～ 4 か月です。プルシアンブルーのもう 1 つの利点は、動物の排泄物から剥ぎ取られたセシウムが植物には利用できない形になっていることです。したがって、プルシアンブルーはセシウムのリサイクルを防ぎます。人間や動物の治療に必要なプルシアンブルーの形態は特別なグレードです。塗料に使用される顔料グレードを使用する試みは成功していません。

長寿命同位体の例としては、それぞれ核半減期が 1500 万年と 20 万年であるヨウ素 129 と Tc-99 が挙げられます。

世間では、プルトニウムは生命と身体に対する究極の脅威であると考えられていますが、これは間違いです。プルトニウムを摂取しても健康によくない可能性は高いですが、ラジウムなどの他の放射性同位元素は人間にとってより有毒です。いずれにしても、プルトニウムなどの超ウラン元素が環境に放出されることは可能な限り避けるべきです。現在、核再処理産業の活動は大きな議論の対象となっています。産業に反対する人々の懸念の 1 つは、大量のプルトニウムが不適切に管理されるか、環境に放出されることです。

過去において、環境中にプルトニウムが最も多く放出された事例の一つは、核爆弾の実験であった。

• 空中でのテストにより、地球全体にプルトニウムが拡散しました。プルトニウムの希釈度が極めて高いため、被曝した人への脅威は非常に小さくなりました。なぜなら、一人当たりの被曝量はごくわずかだからです。
• 地下核実験では、溶岩が形成される傾向があり、これが急速に冷却されてアクチニドを岩石の中に閉じ込め、移動できなくします。この場合も、核実験場所が掘り起こされない限り、人間に対する脅威は小さいです。
• 爆弾の事故を模擬する安全試験は、人々にとって最大の脅威です。このような実験（屋外で実施）に使用された土地の一部は、大規模な除染が行われたにもかかわらず、一般利用のために完全に解放されていません。

宇宙線生成同位体（または宇宙線生成核種）は、高エネルギー宇宙線がその場の原子核と相互作用したときに生成される希少同位体です。これらの同位体は、岩石や土壌などの地球の物質内、地球の大気圏、隕石などの地球外物質内で生成されます。宇宙線生成同位体を測定すれば、科学者はさまざまな地質学的および天文学的プロセスについて理解を深めることができます。宇宙線生成同位体には、放射性同位体と安定同位体があります。これらの放射性同位体には、トリチウム、炭素-14、リン-32などがあります。

これは宇宙線の大気への作用によって生成される放射性同位体のリストです。このリストには同位体の生成モードも含まれています。これらのデータは SCOPE50 レポートから取得されました。第 1 章の表 1.9 を参照してください。

大気中のベリリウム-7のレベルは太陽黒点周期と関係があり、太陽からの放射線が大気中でこの放射性同位元素を形成するからです。大気から地表へ移動する速度は、天候によってある程度制御されます。

宇宙線生成同位体は半減期が長い（数千年から数百万年）ため、科学者はこれを地質年代測定に有用であると考えています。宇宙線生成同位体は地球の表面またはその近くで生成されるため、地形や堆積の出来事やプロセスの年代や速度を測定する問題によく適用されます。

宇宙線生成同位体の具体的な用途は次のとおりです。

• 氷河によって削られた岩盤、断層 崖、地滑り堆積物を含む地球表面の露出年代測定
• 堆積物、岩盤、氷の埋没年代測定
• 定常侵食速度の測定
• 有機物の絶対年代測定（放射性炭素年代測定）
• 水塊の絶対年代測定、地下水輸送速度の測定
• 隕石、月面の絶対年代測定

岩石などの固体地球物質内で生成される宇宙線同位体を測定するには、通常、サンプルをまず機械的分離プロセスにかけます。サンプルを粉砕し、リチウム ナトリウム タングステン (LST) などの重い液体媒体で密度分離を使用して、特定の鉱物 (Be-10 の場合は石英) などの望ましい物質を望ましくない物質から分離します。次に、サンプルを溶解し、一般的な同位体キャリア (Be-10 の場合は Be-9 キャリア) を追加し、水溶液を酸化物またはその他の純粋な固体に精製します。

最後に、加速器 質量分析法を使用して、希少宇宙線生成同位体と一般同位体の比率を測定します。次に、測定された同位体比、サンプルの質量、およびサンプルに追加されたキャリアの質量を使用して、サンプル内の宇宙線生成同位体の元の濃度を計算します。

ラジウムとラドンはウランとトリウムの崩壊生成物であるため、環境中に存在します。

空気中に放出されたラドン（^{222 Rn）は210} Pbやその他の放射性同位元素に崩壊し、²¹⁰ Pbのレベルを測定することができます。この放射性同位元素の沈着率は天候に依存します。以下は日本で観測された沈着率のグラフです。^[10]

ウラン-鉛年代測定は通常、鉱物ジルコン(ZrSiO ₄ ) で行われますが、他の材料を使用することもできます。ジルコンは、ジルコニウムの代替としてウラン原子を結晶構造に組み込んでいますが、鉛を強く拒絶します。ジルコンはブロッキング温度が高く、機械的風化に耐性があり、化学的に不活性です。ジルコンは変成作用中に複数の結晶層を形成し、それぞれに変成作用の同位体年代が記録される場合があります。これらは、SHRIMPイオンマイクロプローブで年代測定できます。

この方法の利点の 1 つは、どのサンプルでも 2 つの時計が得られることです。1 つは半減期が約 7 億 300 万年のウラン 235 の鉛 207 への崩壊に基づく時計、もう 1 つは半減期が約 45 億年のウラン 238 の鉛 206 への崩壊に基づく時計で、これにより組み込みのクロスチェックが提供され、鉛の一部が失われた場合でもサンプルの年代を正確に判定できます。

• 環境放射能ジャーナル
• 天然放射性物質
• 放射線生態学
• 環境中のラジウム
• 環境中のウラン

• Gosse, John C.および Phillips, Fred M. (2001)。「地球上のその場宇宙線生成核種: 理論と応用」。第四紀科学レビュー 20、1475–1560 ページ。
• Granger, Darryl E.、Fabel, Derek、Palmer, Arthur N. (2001)。「マンモス洞窟堆積物中の宇宙線起源の26Alと10Beの放射性崩壊から判定したケンタッキー州グリーン川の鮮新世-更新世の浸食」アメリカ地質学会紀要 113 (7)、825-836。

• 放射能、電離放射線、原子力エネルギー、J. ハラ、JD ナブラティル著
• この問題のレビューは、環境問題に関する科学委員会(SCOPE) の報告書「SCOPE 50 チェルノブイリ後の放射線生態学」の中で発表されています。

• パーデュー大学プライムラボ、「宇宙線生成核種」 2011-06-06 にWayback Machineでアーカイブ
• 「宇宙線照射年代測定と地球の年齢」
• ワシントン大学宇宙線同位体研究所