プルトニウム・ホットパーティクルについて（メモ）

　コメント欄に追記しました（３／７）

　計算にミスが見つかったので、本文中の数値の一部を書き換えました。

　趣旨に変更はありません（３／７）

　今頃になってプルトニウム（Pu）が取りざたされている。

　プルトニウムは、この度の東電原発事故によって放出された放射性元素の圧倒的多数がβ崩壊するのと違って、α線を放出し、しかも「ホットパーティクル」とよばれる微粒の固まりとして存在しているので、例え微量であっても特有の危険性があると考えられているからである。昨年６月以降、目新しい進展は何もないけれど、ちょっとまとめてみる。

　東電原発事故によるプルトニウムの放出量

　平成23年6月に、原子力災害対策本部は「原子力安全に関するIAEA 閣僚会議に対する日本国政府の報告書-東京電力福島原子力発電所の事故について」と題する報告書で、東電原発事故による放射性元素の放出量に、初めてプルトニウムを加えた試算値を公表した。

　その際には、Pu-239についての32億ベクレルという値だけが驚きを持って伝言ゲームのように広まったが、実際には他の質量数のPuの放射能の方が高かった。また、ネプツニウム-239（Np-239）は半減期2.356日とかなり短期間でPu-239に変わるので、この分を合算して評価しなければならない。

　次の表には、公表されたそれら核種の放射能量（Bq）と、その値から逆算した、個々の重量（g）などを示す。

核 種	Pu-238	Pu-239	Pu-240	Pu-241	Np-239	Pu-239*
半減期（年）	87.7	24110	6561	14.3	0.0065	24110
放出量（Bq）	1.90E+10	3.20E+09	3.20E+09	1.20E+12	7.60E+13	2.04E+07
	（190億）	（32億）	（32億）	（１兆2千億）	（76兆）	（2千40万）
質量（g）	0.030	1.393	0.381	0.312	0.0089	0.0089
存在比（%）	1.42	65.7	17.9	14.6	---	0.42
コメント				β崩壊	β崩壊　→	239Np起源

　右端に示したPu-239* は、Np-239の全てがβ崩壊して生まれるPu-239である。放出時にPuとNpが「別行動」をとっていた場合、ここで示した存在比は粒子毎に変わってくる。また、報告書にはないPu-242も放出されていた筈であるが、これは、半減期が396300年と長いので、単位質量あたりの放射能（比放射能）が小さく、無視して良い。

　この中で、Pu-241が最大の放射能（１兆２千億 Bq）を示すが、これはβ崩壊するので、α線の危険性を評価する上では除外した方が良い。一方、Np-239の半減期は短いので、現在の時点では、そのほとんどがPu-239に変わっていると考えて良い。そうすると、放出されたα崩壊Puの総量は、1.813 g、254 億 Bqとなる。

　これが、半径30 kmの範囲に均等に降り注いだと仮定すると、1 m2あたり6.412 E-10 g （0.641 ナノグラム）、9.00 Bq となる。

　天然に存在するα核種（注１）は、この量より遙かに多いので、例えα線専用のサーベイメータを用いても、野外においてこの濃度のPuを検知するのは絶望的であることが分かる。また、試料を実験室に持ち帰って、ガンマ線スペクトロメータで分析するにしても、何日も（もしかしたら10日間くらい）測定を続けてやっと検出されるレベルである。

　にも関わらず、この極微量のPuが危険視されているのは、次の事情による。

　Pu-ホットパーティクルの危険性

　小出裕章氏による「プルトニウムという放射能とその被曝の特徴」と題する2006年7月の資料には、Pu-ホットパーティクルの危険性が簡潔にまとめてある。その中で提示されている諸量についてフォローできたので紹介する次第である。ただし、粒径１μｍ、比重10のPuO2（二酸化プルトニウム）粒子の放射能が0.0106 Bqとされているが、計算の結果、この値はPu-239だけについてのものであることがわかった。β崩壊するPu-241を除いた全体の合計は、そこに示された核種の存在比をもとに計算すると0.074 Bq となる。

　このような極微粒子の危険性についての要点を、小出氏の資料から引用しておく。

　

Ⅳ．不均等被曝の問題 

　その上、プルトニウムを含めα線を放出する放射性核種を吸入する場合には、肺中での不均等被曝の 問題が生じる。 

　 ICRPはPublication26の第18項で、線量当量Hを以下の様に定義している。 

　　H = DQN

　この式でDは吸収線量、Qは線質係数、Nは「その他すべての修正係数の積」である。 

　α線についてのQが20であることはすでに記した。問題は「その他すべての修正係数の積」とされたNである。この係数に対してICRPは「現在のところ、委員会はNに１という値をあてている」と述べ、不均等被曝についても何の考慮も払わないとの態度を示している。

　しかし、そんなことで本当にいいのだろうか？

　粒径1μm、比重10のPuO2粒子を考えると、その放射能量は0.0106Bqとなる。その粒子１個を吸い込み、それが肺中のどこかに沈着した場合の被曝量を考える。Pu239のα線のエネルギーは5.1MeV、組 織中の飛程は45μm程度である。言い換えれば、この粒子から被曝する肺の組織は粒子から半径45μm 以内のものだけであり、その重量はわずか0.4μgでしかない。そして、その他の肺の細胞はまったく被曝しない。一方、ICRPの評価方法では、1000gの重量を持つ肺全体で平均化した線量を計算する。両者の被曝量の計算結果を表に示すが、結果は９桁以上の違いとなる。もっとも、粒子が厳密に１箇所だけに固定されてまったく動かないということもありそうもなく、 ギーサマンの評価によれば、およそ65μg程度の細胞が被曝するという。その場合の評価も表に書き込んでおいたが、その場合でもICRPの評価値とは７桁以上の違いがある。

　1974年に、タンプリンとコクランはこの肺中の不均等被曝問題を取り上げて、「Radiation Standard for Hot Particle」と題する論文を発表した。彼らは、その粒子が沈着した周辺の細胞に10Sv以上の被曝を与えるような粒子を「ホットパーティクル」と定義し、そのような被曝を受けた細胞ががん化する確率を動物実験の結果から1/2000とした。当時職業人の年間許容被曝線量は5rem／年であり、この値は、がんになる危険度が1/1000という仮定から導かれたものであった。それに対応してICRPが示していた、肺中のプルトニウムの最大許容沈着量は16000pCiであった。それに対し、タンプリンとコクランが考えた「ホットパーティクル」による不均等被曝の場合には、１個0.07pCiの放射能を持つホットパーティクル２個、つまり0.14pCiで、がんになる危険度が1/1000になってしまう。 

　それゆえ、タンプリンとコクランはホットパーティクルの吸入を問題にする場合の許容量を115000分の１（0.14/16000）に引き下げるよう求めたのであった。

　上記文章中の単位 pCi はピコキュリーで、１pCi = 37 Bq である。

　粒径１ミクロンのPuO2微粒子の放射能が0.074 Bq であること、また、東電原発事故で放出されたPuが半径30 kmに均等にばらまかれたと仮定すると１m2 あたり、9.00 Bqになることを示した。

　ここで、このような極微粒子が１m2あたり122 個（9÷0.074）、つまり、10 cm四方に平均1.2個あると仮定することも可能であるが、だからと言って、このような状況がどれくらい危険であるかは、いくら理論的に考えてもあてにならない。そこで、過去の大気圏内核実験によるグローバルフォールアウトによる汚染状況と比較してみよう。

　グローバルフォールアウトによるPu汚染との比較

　必要な資料は、おなじみの「気象研究所地球化学研究部」のウェブサイトで参照できる。ここでは「５、環境における人工放射能50年：90Sr、137Cs及びプルトニウム降下物」のページが参考になる。

　この資料によると、大気圏内核実験によるグローバルフォールアウトは1963年に極大を迎え、その年の１年間につくば関東地方に降下した239,240Pu は 7.4 Bq/m2 にのぼっている。これをもとに計算すると、半径30 kmの範囲に降下した239,240Puの総量は209億 Bq となる。一方、前掲の表から、東電原発事故による239Puと240Puの合計の放出量は85.8億 64億2千万 Bqである。

　これが半径30 kmの範囲に均等にばらまかれたと仮定して同じ核種で比較すると、1963年の１年間だけのグローバルフォールアウトで、東電原発事故の2.44 3.26 倍の＜濃度＞に達していたことになる。降下量の多かった前後10年間を積算すると、この数倍にはなるであろう。その結果どのような健康被害が生じたのかは、良く分かっていない。要するに、だれでもはっきりと分かるほどの健康被害はなかったと言うこともできるだろう。

　もちろん、健康被害は何もなかったと言い切ることもできない。その被害は、晩発障害として現れると考えられるので、ちょうど私のような世代の平均寿命がどうなるのか、将来、その疫学調査の結果が出るのを待たなければならない（注２）。

　いずれにしても、福島のプルトニウムによる汚染状況は、1960年代のグローバルフォールアウトよりかなり低いレベルにあることは押さえておく必要がある。ただしそれは、原子力災害対策本部による見積もりが正しいとの前提に立つ。なぜ専門家はプルトニウムについてもっと調査・分析をしないのかとの不満の声も聞かれるが、調べても、グローバルフォールアウトのノイズにかき消されるほどの量しか見つからないのである。このレベルでは、そこに労力を集中する意味はあまりないように思う。

　ところで、α崩壊核種による悲惨な内部被爆による健康被害事件として、トリウムを主成分とするＸ線造影剤トロトラストによるものがある。これは、「わが国では広島、長崎の原爆に次ぐ大規模な放射線による健康障害をもたらした」（トロトラストによる放射線の晩発障害 (09-03-01-11)）と評されるほどのできごとであった。その影響は20年後、30年後と次第に大きく現れてきたが、けた違いに高い被曝線量によるものであった。

　以上、私なりに調べたことをまとめると、現在の福島でのプルトニウム汚染の程度は、まったく心配いらないレベルではないかと思う。やはりセシウムによる汚染が圧倒的に深刻であり、プルトニウムに目を奪わるあまり本質を見失うことのないようにしなければならない。

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注１）天然にはウラン系列、アクチニウム系列、トリウム系列の様々なα崩壊核種が存在する。親核種であるU-238, U-235, Th-232だけでなく、それらの娘核種にも多種のα崩壊核種がある。壊変系列途中のラドンは希ガスであり、地中から大気中に放出されて、さらにポロニウムや鉛-210などのα崩壊核種に変わる。それらは、大気中でエアロゾル中に取り込まれ、雨とともに大地に降り注ぐ。平常時においても雨の日に目立って自然放射能が上昇するのはそのためである。ただしそれらは、ホットパーティクルという形態をとることはない。

関連記事：大地からの自然放射線量、身の回りの放射能などについてのメモ

注２）グローバルフォールアウトとともに成長してきた私たちの世代には、いろいろな「障害」が多いと噂話程度のことは聞いているが、ちゃんとした研究はないのではないかと思う。何しろ、水俣病や、森永ヒ素ミルク中毒事件や、カネミ油症事件、四日市ぜんそくなど、公害・薬害が日常的にあふれていた時代に成長してきたのである。私達の世代に何らかの障害が多かったとしても、その原因を突き止めるのは容易ではないだろう。