Excelを用いた放射性物質の大気への放出量計算
福島原発事故シミュレーション

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 図3 放射線物質の大気拡散分布図(ガウス分布)


計算方法

 
 大気汚染計算は、通常、汚染物質の排出量を入力とし、拡散方程式を適用して地上の汚染物質濃度を求めるものであるが、ここでは逆に各地の放射能レベルを入力とし、拡散方程式を逆に適用することによって、1日当たりに放出されている放射線物質の量を推定する。
 


観測された各地の放射能レベル




 放射線レベルの連続的監視が行われている地点のうち、福島第一原子力発電所から約40kmの距離にある7地点を選んで、3月24日、25日の放射線レベルを示すと、図1になる。汚染は放出点から一様に広がっているのではなく、風道にあたるところに高い濃度が現れる。飯舘村はそのような風道の上にある。原発と飯舘村を結ぶ風道の直線から10km程度しか離れていない南相馬では飯舘村に比べての濃度が極端に下がっていることからみて、40km地点での風道の幅は4〜6kmと見られる。



シーベルトからベクレルに換算


 飯舘村の放射線影響強度は10μSv/hである。これを大気中の放射線濃度(Bq/m3)に換算する。
 計算結果は130Bq/m3となる。



             図3 Excelを用いて、シーベルトをベクレルに換算




適用する拡散モデルはプルームモデル






 拡散モデルにはパフモデルとプルーフモデルがあるが、図1の汚染レベルの分布から見て、風速2〜5m/secのプルームモデルを適応する。(文献1)プルームとは煙のことである。プルームモデルでは、煙は風下の方向(x軸)に向かって幅(y軸)と高さ(z軸)を増しながら広がる。風速と気象状況により表1 日本式パスキル安定度階級分類法に基づき安定度階級(A〜G)を決定し、図2のグラフより、風下距離(x)の位置のプルーフの幅(σy)と高さ(σZ)を求める。プルーフ内の濃度は(1)式のガウス分布で近似できる。(図3参照)

  exp(-(z/σz)2-(y/σy)2)    ・・・・・・ (1)

 放出量(Q)は、プルームの高さ2σzと幅2σyと風速vと平均濃度Cavをかけて求められる。

  Q = 4σz・σy・v・Cav      ・・・・・・・ (2)

 平均濃度はプルームの中心から高さσzと幅σyのところに現れる。

 3月23日、24日の気象条件は風速2〜3m/s、曇り小雨で、安定度はDとみなせる。図2より、

 σz=200m
 σy=1000m

とする。



観測値から放出量の推定


 まず、排出煙元の高さHを推定する必要があるが、原発から立ち昇る水蒸気の湯気から判断すると、原発建屋の5〜6になる。原発建屋の高さは約50mなのでHは300mと推定する。そして、飯舘村の300m上空をプルームの中心が通過したと仮定する。プルーム濃度がガウス分布することにより、地上の計測値から平均濃度を算出することが出来る。平均濃度はプルーム中心から下にσz(200m)のところの濃度である。Excelで1日当たりの放出量を算出すると、63TBq/dとなる。(T(テラ)は1012)


         図4 Excelを用いて、観測値から放出量の推定

参考文献1 環境科学辞典
参考文献2 現代化学 2011年5月号
理論物理計算が示す原発事故の真相


放射性物質の海域への放出量計算





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