水圧破砕と放射性核種

水圧破砕法は、加圧された流体によって岩石層の亀裂を伝播させる方法です。誘導水圧破砕法またはハイドロフラッキング法は、一般にフラッキングと呼ばれ、石油、天然ガス（シェールガス、タイトガス、炭層ガスを含む）、またはその他の物質を、特に非在来型貯留層から抽出するために放出する技術です。^[1] 放射性核種は、主に2つの方法でフラッキングに関連しています。人工放射性トレーサーを水圧破砕流体内の他の物質とともに注入することは、フラッキングによって作成された亀裂の注入プロファイルと位置を決定するためによく使用されます。^[2]さらに、フラッキングはシェール鉱床から自然に発生する重金属と放射性物質を放出し、これらの物質はフローバック（廃水とも呼ばれる）とともに地表に戻ります。^[3]

頁岩層には天然の放射性物質（ラジウムやラドンなど）が含まれています。 ^[4]水圧破砕により頁岩層から天然の重金属や放射性物質が除去され、これらの物質はフローバック（廃水や塩水とも呼ばれる）とともに地表に戻ります。^{[4] [5] [6] [7]} これらの天然の放射性核種は、半減期が長いため、破砕モニタリングに使用される一部の人工放射性核種よりも懸念されています。ラジウム 226はウラン 238 の崩壊によって生成され、半減期が 1601 年とラジウムの中で最も長寿命の同位体です。次に長いのはトリウム 232 の崩壊によって生成されるラジウム 228で、半減期は 5.75 年です。[ ^{8]ラドン（Rn）は、}ウランまたはトリウムの崩壊によって自然に生成される最も安定した同位体であるラドン222の半減期は3.8日です。ストロンチウムも自然に存在し、プロセスによって除去される可能性があります。^[5]ラドン222の崩壊生成物である鉛210の濃度が高いのは、水圧破砕が完了した井戸の風下で収集された空気中の粒子状物質で発見されています。^[9]

放射性トレーサーを水圧破砕液中の他の物質とともに注入することは、水圧破砕によって作られた亀裂の注入プロファイルと位置を決定するためによく使用されます。^[2]特許は、複数のトレーサーが同じ井戸で通常どのように使用されるかを詳細に説明しています。井戸はさまざまな段階で水圧破砕されます。^[10]各段階で半減期の異なるトレーサーが使用されます。^{[10] [11]} 半減期は、40.2 時間 (ランタン 140 ) から 28.90 年 (ストロンチウム 90 ) の範囲です。^[12]放射性核種の注入あたりの量は、米国原子力規制委員会(NRC) のガイドラインに記載されています。^[13] NRC ガイドラインには、単一および複数の井戸で使用されるフィールドフラッドまたは石油およびガスの増進回収研究アプリケーションのトレーサーとして使用される固体、液体、気体の形態の幅広い放射性物質も記載されています。^[13] NRCによると、最も一般的に使用されているものには、アンチモン124、臭素82、ヨウ素125、ヨウ素131、イリジウム192、スカンジウム46などがあります。^[13]国際原子力機関（IAEA）による2003年の出版物は、トレーサーの使用について詳細な説明を提供し、上記のトレーサーのほとんどが頻繁に使用されていることを確認し、マンガン56、ナトリウム24、テクネチウムm、銀m、アルゴン41、キセノン133も識別と測定が容易なため広く使用されていると述べています。^[14]その他の潜在的に適切なトレーサーは、さまざまな特許で指定されています。^{[10] [11] [15]}使用量に関しては、NRCは次の例を示しています。ヨウ素131、ガス状、合計1​​00ミリキュリー、1回の注入あたり20ミリキュリーを超えないこと。ヨウ素131、液体、合計50ミリキュリー、1回の注入あたり10ミリキュリーを超えないこと。イリジウム192、「ラベル付き」フラクサンド、合計200ミリキュリー、1回の注入あたり15ミリキュリーを超えないこと。銀110m、液体、合計200ミリキュリー、1回の注入あたり20ミリキュリーを超えないこと。^[16]

使用されるその他のガンマ線放出トレーサー同位体は、アンチモン-121、アンチモン-122、アンチモン-123 、アンチモン-125、アンチモン-126 、アンチモン-127、炭素-14、クロム-51、コバルト-57、コバルト-58、コバルト-60、金-198、ヨウ素-127、ヨウ素-128、ヨウ素-129、ヨウ素-130、鉄-59、クリプトン-85、ランタン-140、カリウム-39（活性化カリウム-40）、カリウム-41（活性化カリウム-42）、カリウム-43、ルビジウム-86、スカンジウム-45、スカンジウム-47、スカンジウム-48、銀-110、ナトリウム-22、ストロンチウム-85、ストロンチウム-90、トリチウム、亜鉛-65、ジルコニウム-95。^{[10] [11] [12] [13] [15]}

天然の放射性核種と放射性トレーサーの両方が、フローバックや噴出中に地表に戻る可能性があるという懸念が表明されている。 ^{[17] [18]}井戸からの廃水は河川に放出され、井戸に注入され、池から蒸発する。^[4] タイムズ紙は、米国環境保護庁の研究と掘削業界による極秘の研究により、掘削廃棄物の放射能は河川やその他の水路で完全に希釈することはできないという結論に達したと報じた。^[19] 廃水のリサイクルが解決策として提案されているが、限界がある。^[20] ニューヨークタイムズ紙は、天然ガス井戸からの廃水（フローバックとも呼ばれる）のラジウムと総アルファ線量レベルについて報じた。同紙はペンシルベニア州の200を超える天然ガス井戸からデータを収集した。ニューヨークタイムズ紙は、これらの井戸と廃水汚染レベルの地図をまとめた。^{[4] [6] [21]}

政治、政府、業界からの圧力により、米国環境保護庁（EPA）は、廃水、^[23]原水、飲料水中の水圧破砕液に含まれる放射性核種^{[22]やその他の化学物質に関連するリスクを調査することができませんでした。 [22] [24] [25] [26] [27]} EPAの水圧破砕研究計画案の範囲は、それらを除外するように狭められました。^{[22] [26] [28]}

ラドンが崩壊すると、放射性崩壊生成物が生成される。これらの「ラドン娘核種」の汚染された粉塵を吸入すると、肺に留まり、肺がんを発症するリスクが増加する。^[29]食物中のヨウ素は体内に吸収され、甲状腺の機能に必要な甲状腺に優先的に濃縮される。水圧破砕の逆流や噴出によりヨウ素 131 が環境中に高濃度で存在する場合、汚染された食物や水を介して吸収され、甲状腺にも蓄積される。崩壊すると、甲状腺に損傷を与える可能性がある。高濃度のヨウ素 131 にさらされることによる主なリスクは、後年、放射性 甲状腺がんを発症する可能性があることである。その他のリスクには、非がん性腫瘍や甲状腺炎の可能性が含まれる。^{[30] [31]}水圧破砕廃水の放射線レベルは18,035 pCi/Lと測定されており、^[6] 連邦飲料水基準で許容される最大値の数千倍であり、^{[4] [6]}流出や噴出時の放射線被曝が懸念されている。^{[17] [18]}低レベル放射線への長期被曝は確率的な^[32]健康影響と関連しており、被曝量が多いほど、健康影響が発生する可能性が高くなります。^[32]米国の医師団は、健康影響がより徹底的に研究されるまで水圧破砕の一時停止を求めている。^{[33] [34]}

米国原子力規制委員会（NRC）と認可された州政府機関は、米国における水圧破砕法での注入放射性核種の使用を規制している。^[13]連邦および州の規制当局は、掘削廃棄物を受け入れる下水処理場に放射能検査を義務付けていない。2008年に水圧破砕掘削ブームが始まったペンシルベニア州では、それらの下水処理場の下流にあるほとんどの飲料水取水場は、2006年以前から放射能検査を行っていない。 ^[35] EPAは、ペンシルベニア州環境保護局に、特定の場所のコミュニティ給水システムと集中型下水処理施設に放射性核種の検査を実施することを義務付けるよう要請した。^{[36] [37]}水圧破砕廃水の放射能レベルを考慮した安全な飲料水基準はまだ確立されておらず、^[4]水道供給業者は市民に水中のラドンやその他の放射性核種のレベルを通知することが義務付けられているが、これは必ずしも行われていない。^[38]放射性トレーサーは、個々の井戸の水圧破砕液の化学組成を示すウェブサイトであるFracFocus ^[39]にはまだ掲載されていないが、連邦および州の原子力規制機関は、その使用記録を保管している。^[13]