水徒然

水に関する記事・記録・感想を紹介します。水が流れるままに自然科学的な眼で
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放射化現象に係る記載を調べました。(その1:放射性物質による放射化の可能性について)

2011-05-19 | 日記

'11-0517投稿、強調
 既報にて、原発事故によって海に漏洩した高濃度汚染水中の放射性物質*1からの崩壊放射線エネルギー量が海水の温度をどのくらい上昇させるかアバウトな試算しました。
 その熱エネルギーはオゾン層の破壊によって地球上に漏洩している紫外線の約20%前後となりました。
(現状、さらに漏洩の可能性があり、増加傾向と推察されている。また、実際に環境中に漏洩している放射性元素はCs、Iとして象徴的に公開されてきたが、想定内とはいえ、多岐にわたっているようです。)
*1  asahi.com 2011年4月21日時点 

漏洩エネルギー量の多寡はさておいて、
 単に、海水温の上昇という悪影響のみならず、放射性物質による「放射化」作用による弊害も提案されていますが*2、崩壊放射線中性子線アルファ線ベータ線ガンマ線)*3が より長波長の電磁波であるX線、紫外線(UVC、UVB、UVA)、光(可視光)を経て最終的に赤外線(熱線)へ順次遷移する可能性による副作用
個人的には懸念しています。
*2 (新)日本の黒い霧「 放射線症と放射化、そして救済」
http://blog.goo.ne.jp/adoi/e/
fb699d57bc64166490bcd608c64b7334

*3 関連投稿:
今までの「放射線に係る投稿」の整理('11-04-20~05-17)



(google画像検索から引用)

 というのは、例えば、崩壊放射線と比べて、水中で透過性のよい紫外線に変化しているなら、周辺の生態系に悪影響を及ぼす?ことが想定されるからです。
 もしそうであるなら、
既報で記載したように、紫外線は、より広範囲の微生物、藻類、プランクトンなどを死滅させます。??

 一般的には「放射化現象」とは
ウィキペディア
によれば、
「・・・放射能が無い同位体が、他の放射性物質等から発生する放射線を受ける事によって放射性同位体となること。
 
放射化の度合いは放射線の種類とエネルギー及び放射線を受ける同位体に依存する。
放射化は宇宙線による炭素14の生成のように自然界でも起こっている。
 原子力エネルギーの利用を目的とする原子力発電所や加速器等を構成する材料の一部は、施設の運転中に発生する中性子によって放射化する。・・・ 」と言われています。
<<詳しく見る>>

<原子炉の中性子線発生モデル>

(google画像検索から引用)

 上記の崩壊放射線の紫外線への遷移?は、放射性物質が存在する周辺の生態系の生存状態を詳しく調べれば杞憂にすぎないかもしれません。

 また、既報より崩壊放射線は元素によって違うようですが、数例を示しますと、以下のようです。<<詳しく見る>>

名称            記号   半減期   放射線の種類

ストロンチウム-90    90Sr   29年      ベータ線
ヨウ素-131         131I   8日      ベータ線、ガンマ線
セシウム-137      137Cs  30年      ベータ線、ガンマ線
ウラン-235         235U  7億年     アルファ線、ガンマ線
プルトニウム-239     239PU   2万4千年    アルファ線 

一般的には、以下にgoogle画像検索から引用した
 
壊変式と壊変例示しました。
(クリックして拡大できます。)


・具体的な壊変例





*各元素の放射性同位体の種類、作用については
既報の文部科学省出典の引用例を参照願います。
*周期律表は別紙参照 

 個人的なおさらいのため、まえがきが長くなりました。

 今回は、崩壊放射線が最終的に熱に変わる過程において、
周辺物質の水、空気などの「放射化現象」に係る記載を調べました。

⇒下記の調査結果から、
 一般的な「放射化」に対する定義そのものが不明確なようですが、「放射化」には中性子線による被曝もしくは高い崩壊放射線エネルギーが必要なようです。
 項目2の記載において、比較的高エネルギーのガンマ線による励起によって瞬時(半減期が7.13秒と短い)ながら放射化が生ずる事例があることが判りました。

 
人体を構成する物質が放射化することで、水中の放射性物質からの高エネルギーの崩壊放射線の近傍に共存する物質(水中に浮遊もしくは共沈している微細な砂塵などのゾル、微生物など)のバンドギャップエネルギー(Eg)次第で、順次の短半減期の放射化(もしくは単なる励起)によって紫外線などへの波長変換プロセスがありそうか?と個人的には想われます。

 本情報を理解して、共存物質が放射化もしくは単なる励起によって紫外線を発生するかどうか次回以降で調べたいとは思います。

・エネルギー(hν)と
バンドギャップエネルギー(Eg)
Eg(eV)以下のバンドギャップエネルギーでは励起せず
波長変換プロセスは起こらない。

    (google画像検索から引用)
  
 放射化は宇宙線による炭素14の生成のように自然界でも起こっているようですが、以前、投稿しました大気中のオーロラ現象に記載のように、地球大気の粒子と太陽からの粒子線(電子など)が衝突して発光するような現象が水中で発生するかどうか?と考えたほうが判り易いかもしれません。

・元素の電子軌道を励起するモデル図例


  (google画像検索から引用)

<調査の概要>
 
1.教えてgoo 2009/10/12 23:28
「放射能に汚染された水が蒸発したら」によれば、
http://oshiete.goo.ne.jp/qa/5362791.html
(一部抽出しました。)
質問
・・・放射能に汚染された水は大気中に拡散し、やがて雨になって落ちてくると考えられますね
回答
☆水自身が放射化する可能性
 水の水素や酸素の放射化は、原子炉の動作時にはありえます。
・(軽)水素 → 重水素 → 三重水素<放射性>
・酸素16 → 酸素17 → 酸素18 → 酸素19
<放射性>
 
これら右へいく反応は、原子炉の動作時の中性子の吸収でありえますが、反応の確率が低い上、元々軽水素:99.98%、酸素16:99.76%以上と放射化まで変化する量は、通常問題になる量とは考えられません。
まして、放射性廃棄物と地下水の接触では、水自身の放射化は問題ありません。
☆放射性廃棄物の水への溶解など放射性廃棄物が溶解しても溶解せずに粉体のままでも 液体のままの水で運ばれるのは、問題となります。・・・

 蒸発つまり気体の状態で運ばれるかを説明しまょう。
 放射性廃棄物というか、核分裂生成物は、非常に多くの種類ができます。多くは、ストロンチウムやバリウムなどの金属ですが、気体のクリプトンやキセノンもあります。気体は、水の液体・蒸発に関係なく拡散します。ただし、空気よりも重い分、拡散は、距離とともに急激に小さくなります。
 気体以外の核分裂生成物は、金属・非金属とも酸化物などの化合物などで、水の蒸発時は、残るので広範囲に拡散することは考えにくいことです。・・・」

2.今日の解説:
LD50(半数致死量)を超える放射線被曝後の人体の放射化
と救急治療によれば、
http://www.cs.kyoto-wu.ac.jp/~mizuno/q-and-a-20011023.html
(一部抜粋しました。)
「・・・
医者  
 では、強い放射線暴露を受けた場合、被災者自体が「放射化」(言葉の使い方が適切であるかは分かりませんが)した場合、医療従事者はどう対応したら良いのでしょうか。
 よく、ガンマ線の場合、時間、遮へい、距離、で防護すると言いますが、例えば、他の一般の患者さんと距離を取り、医療従事者も、ローテーションを組んで一部の人間との接触時間が長くならないように考慮するのでしょうか。
先生
 これは、被災者の体内と体表面のどの部分がどの程度、放射化するか、という問題が基礎になると思いますので、その観点から、コメントします。というよりも、そこまで強い放射線を浴びた場合には、即死ということになろうかと思います。
 では、どの程度で、即死にならないかというと、おそらく100シーベルトくらいと考えることにします。ご存じのように、自然放射線は年間約2ミリシーベルト程度で、LD50(半数致死量)は3から5シーベルト(2000年分の自然放射線を一度に浴びた場合)ですが、調べてみると、100グレイ以上の被曝で、「全身けいれんなど中枢神経症状を起こし、1日以内に死亡する」と書いてあります。(出典 石川友清『放射線』、通商産業研究社、1996年版、265ページ)

 そこで、仮に100グレイ、浴びた人がいて、まだ存命だったとして考えます。
 これはまず、どういう放射線を浴びるかに依存します。まず、アルファ線を浴びた場合には、皮膚が化学的(生物的)にやられる程度であり、どこも、放射化はしません。
 
通常のアルファ線のエネルギーは低いので、原子核と弾性散乱をしてアルファ線が方向を変えるだけであり、原子核には何も変化を起こしません。
  β線の場合も、通常のβ線のエネルギーは低いので、どんな原子核に対しても、核反応を起こすには至らず、従って、放射化は無視していいです。何が起こるかというと、単に、原子や分子を傷つけるだけです。原子核には弾性散乱をしてβ線が方向を変えるだけで、原子核には何も変化を起こしません。
 ガンマ線の場合にも数MeV(2-3MeV程度)のガンマ線しか予測されませんよね(例えば、コバルト60の場合、ベータ線が出たあとに、その原子核はニッケル60になり、それから出てくるガンマ線としてエネルギーは 1 .17 - 1.33MeV程度のガンマ線しか出ません)。この程度のエネルギーであれば、どんな物質(の原子核)も放射化はしません。

 一時的に励起することはあってもすぐに、もとの原子核に戻ります従って物質としても、もとの物質にもどり、安定であって、放射化はしていない)。従ってこの場合にも放射化は無視していいです。

  問題は、まさに、中性子線を大量に浴びた場合です。この時には、中性子のエネルギーは低くても、放射化は問題になります。なぜならば、中性子はまさに、中性であり、エネルギーは低くても原子核に吸収され、その原子核を放射性核に変える(放射性アイソトープに変える)からですよね。 そこで、仮に100グレイ、浴びた人がいて、どの程度の放射能を人体が持つことになるのか、考えてみます。
 まず、人体のどの部分の放射化を考えるか、という問題があります。そこで、最も大量にある水の(酸素原子核の)放射化と、放射化しやすいことで有名な(例えば頭髪や骨の)イオウ原子核の放射化について、考えてみます。
  この場合にも、どのような(体内)放射化が問題になるか、という問題がありますが、 β線が出る場合は、とりあえず、無視します(大部分、体内自身で吸収されるから、医療者には関係しないと仮定しておきます。本当は無視できませんが、
 今の場合、より効果が大きいガンマ線が体内から出てくる場合を考えておきます。
 すると、反応としては、核反応として16O(n,p)16Nという反応でまず、酸素原子核が窒素原子核に転換し、その窒素16原子核が、放射性である、というものです。しかし、このようにして出来る窒素16は、半減期がわずか7.13秒という短さなので、すぐに「冷める」でしょう。
これが何秒後にどの程度であるかは、計算をしてみないとわかりません。そこでこれを簡単に概算してみます。・・・」 

3. BIGLOBE何でも相談室2007-07-30
「放射化する、とはどう言う意味か」 によれば、
http://soudan1.biglobe.ne.jp/qa3212834.html
質問
・・・「空気(水)が放射化する」というのは酸素や窒素やH2Oがそういう性質を持つに到った、という意味なのでしょうか?そうなるためには原子・分子の状態がどうなっているのでしょうか?例えば酸素の原子核の中性子が少なくなって、同位体になったとか・・・
回答2007-07-30
<水の放射化の例 その1>
 
2個のH原子のうちの1個が、Hの放射性同位体であるトリチウム(三重水素)になることを、水の放射化と呼ぶようです。トリチウムの"元素記号"は、Tと書きますので、HTO です。
<水の放射化の例 その2>
 O-16 が N-16 になり(=放射化)、N-16 が O-16 に戻るときにβ線を放出する。・・・
回答2007-07-30
元素によっては、ガンマ線や中性子線などで強力なエネルギーを与えると、原子核が壊れて放射能を帯びることはあります。・・・」


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