核放射性降下物

核降下物とは、核爆発の後に大気圏外に放出された放射性残留物質のことで、爆発して衝撃波が通過した後に空から「降下」することからこの名がつけられている。 ^{[1]一般的には、}核兵器が爆発したときに発生する放射性の塵や灰を指す。降下物の量と広がりは、核兵器の大きさと爆発高度によって決まる。降下物は、火災積雲の生成物に同伴されることがあり、降水と混ざって黒い雨（すすやその他の粒子で黒くなった雨）となり、広島と長崎への原爆投下から30～40分以内に降り注いだ。^[2]この放射性塵は、通常、核分裂生成物と、被爆によって中性子によって活性化された近傍原子が混ざったもので、放射能汚染の一種である。

放射性降下物には2種類あります。1つ目は半減期の長い少量の発がん性物質です。2つ目は爆発の高さに応じて半減期の短い大量の放射性塵や砂です。

すべての核爆発は、核分裂生成物、核分裂していない核物質、火球の熱によって蒸発した兵器の残留物を生成します。これらの物質は装置の元の質量に限られますが、長寿命の放射性同位元素が含まれます。 ^[3]核火球が地面に到達しない場合、これが生成される唯一の降下物です。その量は、兵器の 核分裂核融合設計と出力 から推定できます。

核兵器が放射性降下物のない高度以上で爆発すると（空中爆発）、火の玉の熱で気化した 核分裂生成物、未核物質、兵器の残留物が凝縮して直径10nm～20μmの粒子の懸濁液となる。成層圏まで上昇したこの大きさの粒子状 物質が沈降するには数か月から数年かかり、世界中のどこで沈降するかわからない。^{[4]粒子状物質の放射能特性により統計的ながんリスクが高まり、1950年代の広範囲にわたる}核兵器実験 の後、測定可能な大気中の放射能の上昇により2020年までに最大240万人が死亡しており、1963年にピークに達した（原爆パルス）。^{[5] [6]}レベルは世界中で年間約0.15mSv  、つまりあらゆる放射線源からの平均バックグラウンド放射線量の約7%に達し、それ以降は徐々に減少しており^[7]、自然バックグラウンド放射線レベルは約1mSvである。

放射性降下物は世界中で発生している。例えば、人々は大気圏内の核実験によりヨウ素 131に被曝している。降下物は果物や野菜を含む植物に蓄積する。1951 年以降、屋外にいたかどうか、天候、汚染された牛乳、野菜、果物を摂取したかどうかに応じて、人々が被曝した可能性がある。被曝は中期的または長期的である。^[8]中期的降下物は、対流圏に放出され、最初の 1 か月間に降水によって放出された降下物によって生じる。長期的降下物は、成層圏で運ばれた微粒子の堆積によって発生することがある。^[9]成層圏降下物が地球に到達し始める頃には、放射能は非常に減少している。また、1 年後には、相当量の核分裂生成物が北成層圏から南成層圏に移動すると考えられている。中期的降下物は 1 日から 30 日の間であり、その後に長期的降下物が発生する。

中期および長期の放射性降下物の例は、1986年のチェルノブイリ事故後に発生し、ウクライナとベラルーシの²万平方キロメートル（7,700平方マイル）以上の土地を汚染した。原子炉の主燃料はウランで、その周囲には黒鉛があったが、水素爆発で両者が気化し、原子炉が破壊されて格納容器が破壊された。事故後数週間以内に推定31人が死亡し、中には現場で死亡した工場労働者2名も含まれている。住民は36時間以内に避難したが、人々は嘔吐、偏頭痛、その他の放射線障害の大きな兆候を訴え始めた。ウクライナ当局は半径18マイル（30キロ）の地域を封鎖しなければならなかった。長期的な影響としては、主に子供の間で少なくとも6,000件の甲状腺がんが発生したことが挙げられる。放射性降下物はヨーロッパ全土に広がり、スカンジナビア北部は大量の放射能を浴び、ラップランド地方のトナカイの群れは汚染され、フランスではサラダ用の野菜がほとんど手に入らなくなった。北ウェールズとイングランド北部のいくつかの羊牧場では、2012年に規制が解除されるまで羊の群れの放射能レベルを監視することが義務付けられていた。^[10]

地上レベル（地表爆発）、放射性降下物のない高度以下、または浅瀬での爆発では、熱によって大量の土や水が蒸発し、放射性雲に吸い上げられます。この物質は、核分裂生成物やその他の放射性汚染物質と結合したり、中性子によって活性化されたりすると、放射性になります。

下の表は、一般的な同位体が放射性降下物を形成する能力をまとめたものです。一部の放射線は、大量の土地や飲料水を汚染し、動物や人間の生活全体に正式な突然変異を引き起こします。

地表爆発では、直径100nm未満から数mmまでの粒子からなる大量の粒子状物質が発生するほか、非常に微細な粒子が世界各地に降下物として降り注ぐ。^[3]大きな粒子は幹からこぼれ落ち、雲が上昇する中でも下降気流に乗って火の玉の外側を流れ落ちるため、1時間以内には降下物が爆心地付近に到達し始める。爆弾の残骸の半分以上が、約24時間以内に局所的な降下物として地面に落下する。^[12]降下物に含まれる元素の化学的性質が、地上への沈着速度を制御する。揮発性の低い元素が最初に沈着する。

深刻な局所的な放射性降下物汚染は、特に高出力の地表爆発の場合、爆風や熱の影響をはるかに超えて広がる可能性があります。爆発による放射性降下物の地上への進路は、爆発時からの天候によって決まります。風が強い場合、放射性降下物はより速く移動しますが、落下にかかる時間は同じです。そのため、放射性降下物はより長い経路をたどりますが、より拡散または希釈されます。したがって、風が強くなって風下距離が長くなると、任意の線量率に対する放射性降下物のパターンの幅は狭くなります。任意の時点までに堆積した放射能の総量は、風のパターンに関係なく同じであるため、放射性降下物による全体的な死傷者数は、一般的に風とは無関係です。しかし、特にキノコ雲が雷雨より低い (「ウォッシュアウト」) か、雷雨と混ざる (「レインアウト」) ほど低い 場合、雨によって放射性降下物がより急速に落下するため、雷雨は放射能を低下させる可能性があります。

放射能汚染地域に人が滞在すると、その汚染によって直ちに外部放射線被曝が起こるだけでなく、後には、甲状腺に蓄積される比較的短寿命のヨウ素 131などの放射性汚染物質を吸入したり摂取したりすることで内部の危険が生じる可能性もあります。

爆発の場所については、高度と表面の構成という 2 つの主要な考慮事項があります。空中で爆発する核兵器は空中爆発と呼ばれ、地上近くで爆発した場合よりも放射性降下物が少なくなります。火の玉が地面に触れる核爆発では、土やその他の物質が雲に引き込まれ、中性子によって活性化されてから地面に落下します。空中爆発では、装置自体の高放射性重金属成分が比較的少量生成されます。

水面爆発の場合、粒子はむしろ軽くて小さい傾向があり、局所的な降下物は少なくなるものの、より広い範囲に広がります。粒子には主に海塩といくらかの水が含まれており、これらが雲の種まき効果をもたらし、局所的な降雨や局所的な降下物の多い地域を引き起こします。海水爆発による降下物は、核分裂生成物が多くの表面と化学結合する金属イオンとして存在するため、多孔質の表面に染み込んだ後は除去が困難です。水と洗剤による洗浄では、コンクリートや鋼鉄からこの化学的に結合した放射能の 50% 未満しか効果的に除去できません。完全な除染には、サンドブラストや酸性処理などの強力な処理が必要です。クロスロードの水中テストの後、湿った降下物は、継続的な水洗浄 (デッキの消火スプリンクラーシステムなど) によって船から直ちに除去する必要があることがわかりました。

海底の一部は放射性降下物になる可能性がある。キャッスル・ブラボー実験の後、粉砕され焼かれたサンゴから生じた汚染された酸化カルシウム粒子である白い塵が数時間にわたって降り注ぎ、近くの環礁の住民と第五福竜丸漁船の乗組員にベータ線熱傷と放射線被曝を引き起こした。科学者たちはこの放射性降下物を「ビキニ雪」と呼んだ。

地下バーストの場合、「ベースサージ」と呼ばれる現象がさらに存在します。ベースサージは、沈降する柱の底から外側に広がる雲で、空気中の塵や水滴の密度が過剰になることで発生します。水中バーストの場合、目に見えるサージは、実質的には、均一な流体のように流れる性質を持つ液体（通常は水）の滴の雲です。水が蒸発した後、小さな放射性粒子の目に見えないベースサージが残ることがあります。

地下の陸上爆発の場合、サージは小さな固体粒子で構成されていますが、それでも流体のように動作します。土壌の媒体は、地下爆発でのベースサージの形成に有利です。ベースサージには通常、地下爆発の全爆弾破片の約 10% しか含まれていませんが、ベースサージは放射性崩壊があまり起こらないうちに放射性降下物よりも早く到達するため、爆発付近で放射性降下物よりも多くの放射線量を生み出す可能性があります。

気象条件は放射性降下物、特に局所的な放射性降下物に大きく影響する。大気の風は放射性降下物を広範囲に運ぶことができる。^[13]例えば、 1954年3月1日にビキニ環礁で起きたキャッスル・ブラボーによる15メガトンの熱核爆発の結果、太平洋のおよそ葉巻形の地域が500km以上の風下、最大幅100kmに渡ってひどく汚染された。この実験による放射性降下物のパターンには3つの全く異なるバージョンがある。これは、放射性降下物が少数の広い間隔を置いた太平洋環礁でのみ測定されたためである。2つのバージョンはどちらも、北ロンゲラップ島の高い放射線レベルは、約50～100マイクロメートルの大きさの放射性降下物粒子に運ばれた大量の放射能によって生じた風下のホットスポットに起因するとしている。^[14]

ブラボーの後、海洋に落下した放射性降下物は上層水（水温躍層より上、水深100メートル）に拡散することが発見され、爆発後2日目の海洋線量率に約530を掛けることで陸上の等価線量率を計算できる。ヤンキーやネクターを含む1954年のその他のテストでは、潜水探査機を搭載した船舶によってホットスポットが測量され、1956年のズーニやテワなどのテストでも同様のホットスポットが発生した。 ^[15]しかし、米国の主要な「DELFIC」（国防陸降下物解析コード）コンピューター計算では、アフターウィンドスイープアップスペクトルの代わりに土壌中の粒子の自然なサイズ分布を使用しており、これにより風下のホットスポットのないより単純な放射性降下物パターンが得られる。

雪や雨は、特にかなり高いところから降ってくると、局所的な放射性降下物を加速させます。放射能雲の上から発生する局所的な雨など、特殊な気象条件下では、核爆発の風下に限られた重度の汚染地域が形成される可能性があります。

動物への放射線照射後、さまざまな生物学的変化が起こる可能性があります。その変化は、全身を透過する高線量の放射線を浴びた後に急死することから、低線量の放射線を浴びた後に被曝した集団の一部に遅延放射線影響が現れるまで、一定期間にわたり基本的に正常な生活を送ることまで多岐にわたります。

実際の被曝の単位はレントゲンで、空気の単位体積あたりの電離で定義されます。電離に基づくすべての機器（ガイガーカウンタや電離箱を含む）は被曝を測定します。ただし、影響は単位質量あたりのエネルギーによって決まり、空気中で測定された被曝量によって決まるわけではありません。1 ジュール/キログラムの沈着量の単位は 1グレイ(Gy) です。1 MeV エネルギーのガンマ線の場合、空気中で 1 レントゲン被曝すると、水または表面組織に約 0.01 グレイ (1 センチグレイ、cGy) の線量が生じます。骨の周囲の組織による遮蔽のため、空気被曝が 1 レントゲンで皮膚表面の線量が 1 cGy の場合、骨髄は約 0.67 cGy しか受けません。人員の 50% が死亡する放射線量 ( LD ₅₀ )として報告されているより低い値の中には骨髄線量を指すものもあり、これは空気線の 67% に過ぎません。

人口の 50% に致死的となる線量は、さまざまな放射性降下物の種類や状況の影響を比較するためによく使用されるパラメータです。通常、この用語は特定の期間に対して定義され、急性致死の研究に限定されます。使用される一般的な期間は、ほとんどの小型実験動物の場合は 30 日以下、大型動物や人間の場合は 60 日です。LD _{50 の}数値は、個人が他の傷害や治療を受けていないことを前提としています。

1950 年代には、ガンマ線のLD _{50 は3.5 Gy に設定されていましたが、戦争のより悲惨な状況 (劣悪な食事、わずかな医療、不十分な看護) では LD 50}は 2.5 Gy (250 rad) でした。6 Gy を超えて生存したという記録はほとんどありません。チェルノブイリでは10 Gy を超える線量を浴びても生き延びた人がいましたが、そこで被爆した人の多くは全身が均一に被爆したわけではありませんでした。人が不均一に被爆した場合、所定の線量 (全身の平均) が致死的になる可能性は低くなります。たとえば、手または下腕に 100 Gy の線量を浴びて全体の線量が 4 Gy になった場合、全身に 4 Gy の線量を浴びた人よりも生存する可能性が高くなります。手に 10 Gy 以上浴びると、手を失う可能性が高くなります。生涯で手に100グレイの放射線を浴びたと推定される英国の産業放射線技師は、放射線皮膚炎で手を失いました。^[16] ほとんどの人は1グレイ以上の放射線を浴びると病気になります。胎児は放射線に対してより脆弱であることが多く、特に妊娠初期に流産する可能性があります。

短寿命の核分裂生成物が大量に存在するため、放射性降下物の放射能と放射線レベルは放出後すぐに減少します。爆発後1時間で50%減少し、^[17] 1日目で80%減少します。その結果、汚染された衣服を脱ぐなどの早期の大まかな除染は、遅れて徹底した清掃を行うよりも効果的です。^[18]ほとんどの地域は、3～5週間後には移動や除染がかなり安全になります。^[19]

地表爆発の 1 時間後、クレーター地域の放射性降下物による放射線量は 30 グレイ/時 (Gy/h) です。^{[説明が必要]}平時の民間人の線量率は年間 30 ～ 100 μGy の範囲です。

10 ktまでの放射能 の場合、即時放射線が戦場での死傷者の主な原因となります。急性無力化線量 (30 Gy) を受けた人間は、ほぼ即座に能力が低下し、数時間以内に無力になります。ただし、他の傷害を受けなければ、被曝後 5 ～ 6 日経過するまで死亡することはありません。合計 1.5 Gy 未満の被曝を受けた人は無力化されません。1.5 Gy を超える被曝を受けた人は身体が不自由になり、最終的には死亡する人もいます。

5.3～8.3 Gy の被曝は致死的であると考えられていますが、直ちに無能力になるわけではありません。この量の放射線に被曝した人は、遂行しなければならない作業の肉体的負担の大きさに応じて 2～3 時間で認知能力が低下し、^{[20] [21]}、この無能力状態が少なくとも 2 日間続きます。しかし、その時点で回復期間が訪れ、負担の少ない作業を約 6 日間実行できるようになりますが、その後約 4 週間再発します。この時点で、完全に無力になるほど重篤な放射線中毒の症状が現れ始めます。結果はさまざまですが、被曝後約 6 週間で死亡します。

放射線の晩発性影響は、さまざまな線量と線量率で発生します。晩発性影響は、照射後数か月から数年経ってから現れることがあり、ほぼすべての組織や臓器に及ぶさまざまな影響が含まれます。放射線障害の晩発性影響には、吸収線量に応じて、発がん、白内障形成、慢性放射線皮膚炎、生殖能力の低下、遺伝子変異などがあり、背景有病率を上回っています。^{[22] [より良い情報源が必要]}

現在、人口密集地域への核攻撃後に人間に観察された唯一の奇形性影響は小頭症である。これは広島と長崎の原爆投下時に子宮内で発育中の人間の胎児に見られた唯一の証明された奇形、または先天異常である。両都市で強力な中性子線とガンマ線量の即時爆発に被爆するほど近くにいた妊婦全員のうち、小頭症で生まれた子供の総数は50人未満であった。 ^[23]広島と長崎の核爆発の生存者からその後に生まれた子供に、統計的に証明可能な先天奇形の増加は見られなかった。 ^{[23] [24] [25]}妊娠可能で相当量の放射線に被爆した広島と長崎の生存女性はその後も子供を産み、日本人の平均よりも異常の発生率が高くなかった。^{[26] [27]}

乳歯調査は、医師のエリック・ライスとルイーズ・ライスの夫婦によって開始され、ストロンチウム90の存在を検出することに焦点を当てた研究活動であった。ストロンチウム90は地上で行われた400回以上の原子実験によって生成された発がん性放射性同位元素で、カルシウムと化学的に類似しているため、水や乳製品から骨や歯に吸収される。チームはミズーリ州セントルイス周辺の学校に収集用紙を送り、毎年5万本の歯を集めることを希望した。最終的に、このプロジェクトは1970年に終了するまでに、さまざまな年齢の子供たちから30万本以上の歯を集めた。^[28]

乳歯調査の予備結果は、1961年11月24日発行のサイエンス誌に掲載され、1950年代に生まれた子供たちのストロンチウム90のレベルが着実に上昇しており、その後に生まれた子供たちの増加が最も顕著であったことが示された。 ^[29]収集された歯で見つかった元素のより包括的な研究の結果、1963年以降に生まれた子供たちの乳歯のストロンチウム90のレベルは、大規模な核実験が始まる前に生まれた子供たちの50倍であることが判明した。この調査結果は、米国大統領ジョン・F・ケネディが英国およびソ連と部分的核実験禁止条約に署名するのに役立ち、これにより大気中に最も多くの放射性降下物をもたらした地上核兵器実験が終了しました。^[30]

乳歯調査は「さまざまなメディア擁護戦略を効果的に利用したキャンペーン」であり、大衆に警鐘を鳴らし、大気圏内核実験への支持を「呼び起こした」^[要出典]とみなす者もおり、そのような実験を終わらせることは、さまざまな理由から肯定的な結果であると一般に考えられていた。調査では、当時も、そしてその後の数十年も、ストロンチウム90や放射性降下物全般のレベルが生命を脅かすものであることを示すことができなかった。主な理由は、「核実験前のストロンチウム90の50倍」というのはごくわずかな数字であり、ごくわずかな数字を掛け合わせても、ほんの少しだけ大きなごくわずかな数字になるだけである。さらに、現在乳歯を保管している放射線と公衆衛生プロジェクトは、その姿勢と出版物を批判されている。2003年のニューヨークタイムズの記事によると、多くの科学者が同グループの研究は物議を醸すものであり、科学界の信頼を得ることはほとんどできないと考えているが、一部の科学者は「よく練られた良い研究」と考えている。^{[31] 2014年4月の}ポピュラーサイエンス誌の記事で、サラ・フェクトは、この団体の研究、特に2011年の福島原発事故の放射性降下物がアメリカで乳児の死亡を引き起こしたと示唆するデータの恣意的な選択という広く議論されている事例は「ジャンクサイエンス」であると主張している。なぜなら、彼らの論文は査読済みであるにもかかわらず、その結果を裏付ける独立した試みは、団体の示唆と一致しない結果をもたらすからである。^{[32]この団体は以前、} 1979年のスリーマイル島事故後にも同じことが起こったと示唆していたが、原子力委員会はこれは根拠がないと主張した。^{[33]この歯の調査と、この団体が米国の原子力発電所での核実験禁止を推進するという新たな目標は、}原子力規制委員会によって詳細に説明され、「歯の妖精問題」として批判的に分類されている。^[34]

大規模な核戦争が起こった場合、その影響は環境だけでなく、直接人類にも甚大なものとなるだろう。爆発の直撃を受けた地域では、あらゆるものが蒸発し破壊される。被害を受けたが完全には破壊されていない都市は、停電や供給ラインの破裂により水道システムを失うことになる。^[35]核降下物の地域的パターンでは、郊外地域の水道は極度に汚染される。この時点では、貯蔵水だけが唯一安全に使用できる水となる。降下物の範囲内のすべての表面水は、落下する核分裂生成物によって汚染されるだろう。^[35]

核戦争後最初の数か月は、核放射性降下物が発達し続け、環境に悪影響を及ぼす。塵、煙、放射性粒子は爆発地点の風下数百キロメートルに降り注ぎ、地表水を汚染する。^{[35]最初の数週間は} ヨウ素131が主な核分裂生成物となり、その後数か月はストロンチウム90が主な核分裂生成物となる。^[35]これらの核分裂生成物は降下物の塵の中に残り、川、湖、堆積物、土壌が降下物で汚染されることになる。^[35]

農村地域の水源は、都市部や郊外地域に比べ、中期および長期の放射性降下物による核分裂粒子による汚染がわずかに少ない。追加汚染がなければ、水がシステム内を流れ続けるにつれて、湖、貯水池、河川、流出水の汚染は徐々に減少するだろう。^[35]

しかし、帯水層などの地下水源は、核放射性降下物が発生した場合、当初は汚染されないままである。時間が経つにつれて、地下水は放射性降下物の粒子で汚染される可能性があり、核攻撃後10年以上汚染されたままになるだろう。^[35]帯水層が完全に純粋になるには、数百年から数千年かかるだろう。^[36]地下水は依然として地表水源よりも安全であり、少量ずつ摂取する必要がある。長期的には、セシウム137とストロンチウム90が淡水源に影響を与える主要な放射性核種となるだろう。^[35]

放射性降下物の危険性は、ガンや放射線病のリスク増加に留まらず、食物から人間の臓器に放射性核種が混入する危険性もある。放射性降下物が発生すると、土壌に核分裂粒子が残り、動物がそれを摂取し、その後人間が摂取する。放射能汚染された牛乳、肉、魚、野菜、穀物、その他の食品は、すべて放射性降下物の影響で危険である。^[35]

1945年から1967年まで、米国は数百回の核兵器実験を実施した。^[37] この間、米国本土で大気圏実験が行われ、その結果、科学者は核放射性降下物が環境に与える影響を研究することができた。地表近くで行われた爆発は、何千トンもの土壌を放射能で汚染した。 ^[37]大気圏に吸い込まれた物質のうち、放射性物質の一部は低高度の風によって運ばれ、放射性塵として周辺地域に堆積する。高高度の風によって遮られた物質は移動を続ける。高高度の放射性雲が降雨にさらされると、放射性降下物が風下の地域を汚染する。^[37]

農地や植物は汚染物質を吸収し、動物は放射性物質を摂取します。その結果、放射性降下物によって家畜が病気になったり死んだりする可能性があり、摂取すると放射性物質が人間に伝わります。^[37]

放射性降下物による他の生物への被害は種によって異なります。^[38]特に哺乳類は放射性放射線に対して極めて敏感であり、次いで鳥類、植物、魚類、爬虫類、甲殻類、昆虫、コケ、地衣類、藻類、細菌、軟体動物、ウイルスが続きます。^[38]

気候学者アラン・ロボックと大気海洋科学教授ブライアン・トゥーンは、約100個の核兵器が使用されるという仮想的な小規模核戦争のモデルを作成した。このシナリオでは、火災により大気中に十分な煤が発生し、太陽光が遮られ、地球の気温が1℃以上低下する。^[39]その結果、広範囲にわたる食糧不安（核飢餓）が生じる可能性がある。^[39]その結果、地球全体の降水量が乱れる。十分な煤が上層大気に導入されると、地球のオゾン層が破壊され、植物の成長と人間の健康に影響を与える可能性がある。^[39]

放射性降下物による放射線は土壌、植物、食物連鎖に何年も残留する。海洋食物連鎖は放射性降下物と大気中の煤の影響に対してより脆弱である。^[39]

放射性降下物が人間の食物連鎖に及ぼす悪影響は、アラスカの地衣類、カリブー、エスキモーの研究で明らかです。^[40]人間に観察された主な影響は甲状腺機能障害でした。^[41]放射性降下物は人間の生存と生物圏に非常に有害です。放射性降下物は大気、土壌、水の質を変え、種の絶滅を引き起こします。^[41]

冷戦中、米国、ソ連、英国、中国の政府は、放射性降下物への短期的な被曝を最小限に抑える手順を提供することで、核攻撃を生き延びる方法について国民を教育しようとしました。この取り組みは一般に民間防衛として知られるようになりました。

放射性降下物防護は、ほぼもっぱら放射線からの防護に関係している。放射性降下物からの放射線はアルファ線、ベータ線、ガンマ線の形で発生し、通常の衣服はアルファ線とベータ線からの防護を提供するため、^[42]放射性降下物防護対策のほとんどはガンマ線への被ばくを減らすことに取り組んでいる。^[43]放射線遮蔽の目的で、多くの材料は特性半減厚、つまりガン​​マ線被ばくを 50% 減らすのに十分な材料層の厚さを持っている。一般的な材料の半減厚には、鉛 1 cm (0.4 インチ)、コンクリート 6 cm (2.4 インチ)、圧縮土 9 cm (3.6 インチ)、空気 150 m (500 フィート) などがある。複数の厚さが作られると、遮蔽は倍増する。実用的な放射性降下物シールドは、所定の材料を半分の厚さに10倍したもの、例えば90cm（36インチ）の固められた土で、これによりガンマ線被曝は約1024倍（2 ¹⁰）減少します。^{[44] [45]}放射性降下物からの保護を目的としてこれらの材料で建てられたシェルターは、放射性降下物シェルターとして知られています。

原子力エネルギー部門が成長を続け、核戦争をめぐる国際的なレトリックが激化し、放射性物質が危険な人々の手に渡るという常に存在する脅威が続く中、多くの科学者が高エネルギー放射線の有害な影響から人体の臓器を保護する最善の方法を見つけるために懸命に取り組んでいます。急性放射線症候群(ARS) は、約 0.1 Gy/hrを超える量の 電離放射線にさらされた場合に人間が受ける最も差し迫ったリスクです。透過力が最小限の低エネルギー スペクトルの放射線 (アルファ線とベータ線) は、内臓に重大な損傷を引き起こす可能性は低いです (ただし、汚染物質を摂取、吸入、または皮膚に付着して組織や臓器に近接した場合、これらの「重い」粒子の影響は壊滅的になる可能性があります)。しかし、ガンマ線と中性子線は透過力が高く、皮膚や多くの薄い遮蔽機構を容易に透過して、骨髄にある幹細胞の細胞変性を引き起こします。上述のように安全な核シェルターで全身を遮蔽するのが最も最適な放射線防護方法ではあるが、非常に厚いバンカーに長時間閉じ込められる必要がある。いかなる核災害が発生した場合でも、医療従事者や警備員が必要な封じ込め、避難、その他重要な公共安全目的を遂行できるように、移動可能な防護装置を備えることが不可欠である。高エネルギー放射線から体全体を適切に防護するために必要な遮蔽材の質量は、機能的な動きを実質的に不可能にする。このため、科学者は部分的な身体防護というアイデアの研究を始めることになった。これは造血幹細胞移植(HSCT) にヒントを得た戦略である。そのアイデアは、骨盤領域に密集した骨髄を十分に保護するのに十分な遮蔽材を使用するというもので、骨盤領域には再生幹細胞が十分に含まれており、影響を受けていない骨髄で体を再生させる。^[46]骨髄遮蔽に関する詳しい情報は、Health Physics Radiation Safety Journalの記事「骨髄の選択的遮蔽：外部ガンマ線から人間を保護するためのアプローチ」、または経済協力開発機構（OECD）と原子力機関（NEA）の2015年の報告書「重大事故管理における職業放射線防護」に記載されています。

放射性降下物による放射線の危険性も、個々の放射性核種の指数関数的減衰により、時間の経過とともに急速に減少します。クレソン・H・カーニーの著書には、爆発後の最初の数日間は、爆発後の時間が7倍になるごとに放射線量率が10分の1に減少するというデータが掲載されています。彼は、「放射線量が1000レントゲン/時間（1000 R/時間）から10 R/時間（48時間）に減衰するのにかかる時間は、1000 R/時間から100 R/時間（7時間）に減衰するのにかかる時間の約7倍である」というデータを掲載しています。^[47] これは、観測データに基づく経験則であり、正確な関係ではありません。

アメリカ政府、特に国防総省の民間防衛局は、1960年代に放射性降下物からの防護に関するガイドブックを、しばしば小冊子の形で提供していた。これらの小冊子には、放射性降下物から生き延びる最善の方法に関する情報が記載されていた。^[48]また、家族用、病院用、学校用など、さまざまな放射性降下物シェルターの設置方法の説明も含まれていた。 ^{[49] [50]}また、即席の放射性降下物シェルターの作り方や、準備ができていない場合に生存の可能性を最大限に高める方法についての説明もあった。^[51]

これらのガイドの中心的な考え方は、コンクリート、土、砂などの材料が、放射性降下物の粒子や放射線から人を守るために必要であるということです。放射性降下物の放射線から人を守るためには、この種の材料が大量に必要なので、安全服では放射性降下物の放射線から人を守ることはできません。^{[51] [48]}しかし、防護服は放射性降下物の粒子が人体に付着するのを防ぐことができますが、これらの粒子からの放射線は防護服を透過します。安全服が放射性降下物の放射線を遮断できるようにするには、人が機能できないほど厚く重いものでなければなりません。^[48]

これらのガイドでは、核シェルターには、居住者を最大 2 週間生存させるのに十分な資源が備わっている必要があると示されています。^[48]コミュニティ シェルターは、一戸建てのシェルターよりも好まれました。シェルターの人数が多ければ多いほど、シェルターに装備される資源の量と種類が多くなります。これらのコミュニティ シェルターは、将来的にコミュニティを復興させる取り組みを促進することにも役立ちます。^[48]一戸建てのシェルターは、可能であれば地下に建設する必要があります。比較的少額の費用で、さまざまな種類の核シェルターを建設できます。^{[48] [51]}核シェルターの一般的な形式は、シェルターを地下に建設し、屋根として頑丈なコンクリート ブロックを使用することでした。シェルターを部分的にしか地下にできない場合は、そのシェルターの上にできるだけ多くの土を盛り上げることが推奨されました。家に地下室がある場合は、地下室の隅に核シェルターを建設するのが最適です。^[48]地下室の中央は、放射線が最も多く存在する場所です。これは、放射線が地下室に入る最も簡単な方法が上の階からであるためです。 [ ^51]地下室の隅にあるシェルターの2つの壁は、外側が土で囲まれた地下室の壁になります。残りの2つの壁には、砂や土を詰めたコンクリートブロックが強く推奨されました。^[51]地下の核シェルターの屋根にはコンクリートブロック、または他の密度の高い材料を使用する必要があります。なぜなら、家の床は核シェルターの屋根としては適切ではないからです。 [ ^51]これらのシェルターには、水、食料、道具、および人間の排泄物を処理する方法が必要です。^[51]

これまでにシェルターを建てていなかった場合、これらのガイドでは地下に避難するよう勧めている。地下室はあるがシェルターがない場合は、地下室の隅に食料、水、廃棄物容器を置くべきである。^[51]次に、隅にいる人の周りに壁を作るために家具などを積み上げる。^[51]地下に避難できない場合は、爆発現場から少なくとも10マイル離れた高層アパートがよい核シェルターとして推奨されている。これらの建物にいる人は、できるだけ建物の中心に近づき、最上階や1階を避けるべきである。^[48]

民間防衛局によると、学校は核シェルターとして好まれていた。^{[50] [49]}当時、学校には大学を除いて、開校中の全米人口の約4分の1が住んでいた。^[49]国中の学校の分布は人口密度を反映しており、学校はコミュニティ内で核シェルターとして機能するのに最も適した建物であることが多かった。学校にはすでに指導者のいる組織もあった。^[49]民間防衛局は、現在の学校と将来の学校の建設を、より厚い壁と屋根、より保護された電気システム、浄化換気システム、保護された水ポンプを含むように変更することを推奨した。 ^[50]民間防衛局は、核シェルターとして機能する学校には、1人あたり約10平方フィートの正味面積が必要であると判断した。通常の教室では、180人が眠るスペースを提供できた。^[49]攻撃が発生した場合は、教室から不要な家具をすべて移動して、人々のためのスペースを確保することになっていた。^[49]可能であれば、食事の提供場所として使用するために、部屋に1つまたは2つのテーブルを置いておくことが推奨されました。^[49]

民間防衛局は、既存の学校4校を核シェルターに改造する費用とその収容人数を調べるために4つのケーススタディを実施した。1960年代の学校の1人当たりの費用はそれぞれ66ドル、127ドル、50ドル、180ドルだった。^[49]これらの学校をシェルターとして収容できる人数はそれぞれ735人、511人、484人、460人だった。^[49]

米国国土安全保障省と連邦緊急事態管理局は、核爆発後の公共保護に関係する他の機関と連携して、以前の民間防衛の枠組みを基にした最新のガイダンス文書を作成した。核爆発への対応のための計画ガイダンスは2022年に発行され、地方自治体の管轄区域向けに詳細な分析と対応計画を提供した。^[52]

原子炉は核兵器のように爆発しないが、放射性降下物は原子力事故を指すこともある。爆弾の放射性降下物の同位体特性は、チェルノブイリや福島のような深刻な原子炉事故による放射性降下物とは大きく異なる。

主な違いは、揮発性と半減期にあります。

元素（またはその化合物）の沸点によって、原子炉事故で放出されるその元素の割合が決まります。元素の固体形成能力によって、核爆発または事故によって大気中に放出された後に地上に堆積する速度が決まります。

半減期とは、特定の物質から放出された放射線が初期値の半分に減衰するまでの時間です。爆弾の降下物には、 ⁹⁷ Zr などの短寿命同位体が大量に含まれています。この同位体とその他の短寿命同位体は、原子炉内で絶えず生成されますが、臨界状態は長い時間にわたって発生するため、これらの短寿命同位体の大部分は放出される前に減衰します。

核フォールアウトは、さまざまな発生源によって発生する可能性があります。最も一般的な潜在的な核フォールアウトの発生源の 1 つは、原子炉です。このため、原子炉での核フォールアウトのリスクを管理するための措置を講じる必要があります。1950 年代から 60 年代にかけて、米国原子力委員会(AEC) は、民生用原子炉の核フォールアウトに対する安全規制の策定を開始しました。核フォールアウトの影響は他の形態のエネルギー生産事故よりも広範囲かつ長期にわたるため、AEC は潜在的な事故に対してこれまで以上に積極的な対応を望んでいました。^[53]原子炉事故を防ぐための 1 つの措置が、プライス=アンダーソン法でした。1957 年に議会で可決されたプライス=アンダーソン法は、原子炉事故の際に民間保険会社がカバーする 6,000 万ドルを超える政府援助を保証しました。プライス=アンダーソン法の主な目的は、原子炉の生産を監督する数十億ドル規模の企業を保護することでした。この保護がなければ、原子炉産業は停止する可能性があり、放射性降下物に対する保護対策は縮小されるだろう。^[54]しかし、原子炉技術の経験が限られていたため、技術者は放出された放射線の潜在的リスクを計算するのに苦労した。^[54]技術者は、起こりそうにないあらゆる事故と、それぞれの事故に関連する潜在的な放射性降下物を想像せざるを得なかった。原子炉からの潜在的な放射性降下物に対するAECの規制は、発電所の最大想定事故（MCA）に対する能力に集中していた。MCAは、「冷却材喪失事故により原子炉冷却システムが機能しなくなり、原子炉燃料が大幅に溶融した後、放射性同位元素が大量に放出される」ことを意味していた。^[53]MCA の防止により、いくつかの新しい核降下物防止対策が可能になりました。静的安全システム、つまり電源やユーザー入力のないシステムにより、潜在的な人的ミスを防止できるようになりました。たとえば、格納容器は、放射線の放出を封じ込めるのに確実に効果があり、動作するために電源を入れたりオンにしたりする必要はありませんでした。能動保護システムは、信頼性ははるかに低いものの、静的システムではできない多くのことを行うことができます。たとえば、冷却システムから漏れる蒸気を冷却水に置き換えるシステムは、原子炉燃料の溶融を防ぐことができます。ただし、このシステムには、放出される蒸気の存在を検出するセンサーが必要です。センサーが故障する可能性があり、予防措置が不足すると、局所的な核降下物が発生します。AEC は、核降下物から公衆を保護するために、能動システムと静的システムのどちらかを選択しなければなりませんでした。設定された基準と確率計算が不足していたため、AEC と業界は、使用する最善の安全対策について意見が分かれました。この意見の相違から、原子力規制委員会(NRC) が誕生しました。 NRCは「研究を通じた規制」に取り組んでおり、これにより規制委員会は規制の根拠となる研究の知識バンクを獲得した。NRCが行った研究の多くは、安全システムを決定論的観点から新しい確率論的アプローチに移行させることを目指していた。決定論的アプローチは、すべての問題を発生前に予見することを目指していた。確率論的アプローチは、より数学的なアプローチを使用して、潜在的な放射線漏れのリスクを評価する。確率論的安全アプローチの多くは、放射線が自由空間内や障壁を通過する方法を説明する物理学の放射伝達理論から導き出すことができる。 ^[55]今日でも、NRCは原子炉発電所に関する主要な規制委員会である。

国際原子力・放射線事象評価尺度（INES）は、原子力や放射線事象の潜在的な健康および環境への影響を分類し、それを公衆に伝えるための主要な形式である。^{[56]この尺度は、1990年に}国際原子力機関と経済協力開発機構原子力機関によって開発され、放射性降下物の潜在的な影響に基づいてこれらの原子力事故を分類している。^{[56] [57]}

• 多重防護: これは原子力事故の最も低い形態であり、人々や環境に直接的な影響はないが、将来の安全対策を改善するために留意する必要がある事象を指します。
• 放射線バリアと制御: このカテゴリは、人や環境に直接的な影響を与えず、主要な施設内で発生した損害のみを指す事象を指します。
• 人々と環境: このスケールのセクションは、より深刻な原子力事故で構成されています。このカテゴリのイベントは、事故現場の近くにいる人々に放射線が広がる可能性があります。これには、計画外の広範囲にわたる放射性物質の放出も含まれます。

INES スケールは、安全対策を改善するために記録しなければならない異常から、即時の対応を必要とする重大事故に至るまで、原子力事象を分類する 7 段階で構成されています。

チェルノブイリ

1986年にチェルノブイリで起きた原子炉爆発は、広範囲にわたる環境および健康への影響と「原子炉炉心在庫の相当部分の外部放出」により、INESスケールで最高ランクのレベル7事故に分類された。^[57]この原子力事故は、現在でも商業用原子力発電所で放射線関連の死者を出した唯一の事故である。^[58]水蒸気爆発と火災により、約5200PBq、つまり原子炉炉心の少なくとも5%が大気中に放出された。^[58]爆発自体により、2人の発電所労働者が死亡し、その後数週間で28人が重度の放射線中毒で死亡した。^[58]さらに、放射線被曝によって最も汚染された地域の幼児と青少年は甲状腺がんのリスクが上昇したが、原子放射線の影響に関する国連科学委員会は、それ以外に「公衆衛生への重大な影響の証拠はない」と述べた。^{[58] [59]}原子力事故は環境にも大きな被害をもたらし、放射性核種の沈着による都市環境の汚染や「沈着レベルや生育時期に応じて、特に緑の葉野菜など様々な作物の種類」の汚染を引き起こした。^[60]

スリーマイル島

1979年のスリーマイル島の原子炉メルトダウンは、事故による「原子炉心への深刻な損傷」と放射能漏れのため、INESスケールでレベル5の事故に分類された。^[57]スリーマイル島は、アメリカの商業用原子力発電所史上最も深刻な事故であったが、その影響はチェルノブイリ事故のそれとは異なっていた。^{[61]事故後に}原子力規制委員会が行った調査によると、スリーマイル島発電所の周囲にいた約200万人が「通常の背景線量よりわずか1ミリレム多い平均放射線量を受けたと推定される」ことが明らかになった。^[61]さらに、チェルノブイリ事故で放射線の影響を受けた人々とは異なり、スリーマイル島周辺の人々の甲状腺がんの発症は「それほど悪性でなく、進行も早かった」。^[62]

福島

スリーマイル島の事故と同様に、福島の事故は、津波により3基の原子炉の電源と冷却が機能しなくなり、その後数日間に原子炉が著しく溶融したことから、当初INESスケールでレベル5の事故に分類された。^[63]しかし、3基の原子炉での出来事を個別に評価するのではなく統合した結果、事故はINESレベル7に引き上げられた。^[64]事故による放射線被ばくにより、発電所から最大30km離れた住民に避難勧告が出された。^[63]しかし、24か所の放射能監視ステーションのうち23か所も津波により機能しなくなったため、そのような被ばくを追跡することも困難であった。^[63]発電所自体の汚染水と、海や近隣地域に広がった流出水の除去は、日本政府と発電所労働者にとって大きな課題となった。事故後の封じ込め期間中、原子炉とタービン建屋のより多くの汚染水を貯蔵するために、数千立方メートルのわずかに汚染された水が海に放出された。^[63]しかし、福島原発事故による放射性降下物が周辺住民に与える影響は最小限であった。放射線防護・原子力安全研究所によると、福島県内の評価対象住民の62%以上が事故後4か月間に1mSv未満の外部被ばくを受けた。^[65]さらに、福島県内と国内の他の地域での小児スクリーニングキャンペーンを比較したところ、甲状腺がんのリスクに有意な差は見られなかった。^[65]

1974年に設立された国際原子力機関（IAEA）は、原子炉の安全性に関する国際基準を定めるために設立されました。しかし、適切な監視力がなかったため、IAEAが定めたガイドラインは軽視されたり、完全に無視されたりすることが多かった。1986年のチェルノブイリの惨事は、国際的な原子炉の安全性を軽視してはならないことを示した。冷戦の真っ只中であっても、原子力規制委員会はソ連の原子炉の安全性の向上を目指した。IAEA事務局長ハンス・ブリックスは、「放射線雲は国境を知らない」と述べた。^[66] NRCは、米国で使用されている安全ガイドライン、つまり、有能な規制、安全を重視した運用、効果的なプラント設計をソ連に示した。しかし、ソ連には、いかなる犠牲を払ってでもプラントを稼働させ続けるという独自の優先事項があった。結局、決定論的安全設計から確率論的安全設計への同じ移行が優勢になった。 1989年、世界原子力発電事業者協会（WANO）がIAEAと協力し、国境を越えて原子炉の安全性の3つの柱を確保するため設立された。1991年、WANOは（確率的安全性アプローチを使用して）共産主義政権下の旧原子炉はすべて信頼できず、閉鎖すべきであると結論付けた。「原子力マーシャルプラン」と比較すると、1990年代から2000年代にかけて、すべての原子炉の安全性の国際基準を確保するための取り組みが行われた。^[66]

• グラストン、サミュエル、ドラン、フィリップ J.、「核兵器の影響（第 3 版）」、米国政府印刷局、1977 年。（オンラインで入手可能）
• 核兵器防衛作戦の医療面に関する NATO ハンドブック (パート I – 核)、陸軍、海軍、空軍各省、ワシントン DC、1996 年 (オンラインで入手可能)
• スミス、H. DeW.、「軍事目的の原子力」、プリンストン大学出版、1945 年。(スミス報告書)
• 核戦争の影響、技術評価局（1979年5月）、（ Wayback Machineで2016年8月28日にオンラインでアーカイブ閲覧可能）
• T. Imanaka、S.Fukutani、M.山本、A.Sakaguchi、M.Hoshi、J.Radiation Research、2006、47 、Suppl A121–A127。
• シェルドン・ノヴィック『The Careless Atom』（ボストン MA: Houghton Mifflin Co., 1969）、98 ページ

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• NUKEMAP3D – Google マップを利用した 3D 核兵器効果シミュレーター。地理的領域に対する核兵器の影響をシミュレートします。