2018年12月24日月曜日

汚染水対策の最新状況と今後の課題

「トリチウム水」って何？

汚染水対策の最新状況と今後の課題
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2018.6.20
原子力安全事業本部村上佳菜
福島第一原子力発電所廃炉のこれまでと、これから
福島第一原子力発電所では、放射性物質を含む汚染水を浄化設備で処理し、処理後の水をタンクに貯蔵しています。

汚染水に関するニュースでは、「凍土壁」「サブドレン」「トリチウム」など、あまり聞き慣れない用語が出てくることが多く、わかりにくい面があるかもしれません。「福島第一原子力発電所の汚染水問題とは？」「『トリチウム水』とは？その性質や現状は？」を中心に、汚染水をめぐる状況を解説します。

１．福島第一原子力発電所の汚染水問題とは？

①なぜ汚染水が発生するのか？

原子力発電所では通常、運転に伴い発生した放射性物質のほとんどが原子炉圧力容器内の燃料棒の中に閉じ込められています。しかし、福島第一原子力発電所では事故により燃料棒が溶融し、原子炉圧力容器およびその外側にある原子炉格納容器内で発生した「燃料デブリ」(※1)に含まれる放射性物質（セシウム、ストロンチウム、トリチウムなど）が燃料デブリの冷却水と触れ、「汚染水」となりました。さらに、その汚染水が原子炉格納容器の中だけでなく原子炉建屋内やタービン建屋内などにも広がりました。現在もなお、原子炉建屋内には地下水が日々流れ込んでおり、汚染水は流入した地下水の量だけ新たに発生しています。
図1　福島第一原子力発電所における原子炉建屋内の汚染水の状況
図1　福島第一原子力発電所における原子炉建屋内の汚染水の状況
出所：参考文献(※2)を基に三菱総合研究所作成

②汚染水への対策状況は？

汚染水対策は、「汚染源に水を近づけない」「汚染源を取り除く」「汚染水を漏らさない」の三つの基本方針に沿って行われています。

一つ目の「汚染源に水を近づけない」とは、新たな汚染水の発生を抑制するため、原子炉建屋内へ流入する地下水量を減らす対策です。

いわゆる「凍土壁（凍土方式による陸側遮水壁）」とは、この「汚染源に水を近づけない」ための対策の一つです。土壌を凍結させた氷の壁を設置することにより、原子炉建屋に流入する地下水を減らすことを目的としています。あわせて、地下水の上流側に井戸（サブドレン）を設置し、原子炉建屋内に流入する前の地下水をくみ上げることで、原子炉建屋内に流入する地下水を減らす対策もとられています。凍土壁の設置や地下水のくみ上げなどの対策を行ったことで、それ以前は1日あたり490t発生していた汚染水が、現在は110tまで低減されました(※3)。

二つ目の「汚染源を取り除く」とは、汚染水を浄化設備で処理することで、汚染源である放射性物質を除去する対策です。

汚染水からセシウム、ストロンチウムを重点的に除去した後、多核種除去設備（ALPS（アルプス））を用いて大半の放射性物質を除去しています。ALPSで浄化処理を行った水（以下、「処理水」）は、タンクに入れて福島第一原子力発電所の敷地内に貯蔵されています。なお、この処理水にはALPSでも取り除くことができない放射性物質の「トリチウム」が含まれていることから、タンクに貯蔵された処理水は「トリチウム水」とニュースなどで呼ばれることがあります。

最後の「汚染水を漏らさない」とは、汚染水や処理水の漏えいによる周辺環境への影響を防止する対策です。

その一つとして、福島第一原子力発電所の1～4号機の海側に「海側遮水壁」と呼ばれる鋼鉄製の杭の壁を設置することにより、1～4号機の敷地から放射性物質を含む地下水が海に流出するのをせき止める対策がとられています。

また、処理水がタンクから漏えいするのを防ぐため、漏えいのリスクが低い型のタンクを使用しています。

図2　三つの基本方針に基づく汚染水対策イメージ
図2　三つの基本方針に基づく汚染水対策イメージ
出所：参考文献(※2)を基に三菱総合研究所作成

２．「トリチウム水」とは？その性質や現状は？

①「トリチウム」とはどんな物質なのか？

汚染水対策の三つの方針で、二つ目の「汚染源を取り除く」でも触れましたが、ALPSでも除去できない放射性物質が「トリチウム」です。トリチウムという名前を聞いても、あまりなじみがなくどんな物質か見当がつかないと感じる方も多いかもしれません。

トリチウムは、日本語で「三重水素」と呼ばれる水素の仲間（同位体）です。水素と聞くと、原子核の陽子一つの周りを電子が回っている「軽水素」を想像される方が多いでしょう。水素の仲間には、原子核が陽子一つと中性子一つで構成される「重水素」、そして原子核が陽子一つと中性子二つで構成される「三重水素」の「トリチウム」があります。

トリチウムは、原子力発電所を運転することで発生しますが、自然界でも大気中の窒素や酸素と宇宙線が反応することで生成されています。水分子を構成する水素として存在するものが多いことから、トリチウムは大気中の水蒸気、雨水、海水だけでなく、水道水にも含まれています。

軽水素や重水素は安定な同位体で放射線は出しませんが、トリチウムは12.33年の半減期（元の原子核の数が半分になる時間）でβ線を出してヘリウム-3に変わる放射性同位体です（β線については後述）。
図3　水素の仲間（同位体）
図3　水素の仲間（同位体）
出所：三菱総合研究所

②なぜトリチウムの除去は難しいのか？

トリチウムは、処理水中で水分子の一部となって存在しています。このため、水の中にイオンの形で溶けているセシウムやストロンチウムといった他の放射性物質とは異なり、トリチウムが含まれる水分子のみを化学的な方法により分離し、除去することは容易ではありません。

福島第一原子力発電所で発生した処理水に含まれるトリチウムを含む水分子（下図のHTOやT2O）の濃度は最大でも1Lあたり数百万Bq(※4)です。これは1Lの処理水に含まれるトリチウムがわずか100ng（n（ナノ）は10-9）（重量の割合にして100万分の一よりはるかに少ない）程度であることを示しています。トリチウムを含む水分子だけを処理水から分離して取り出す方法も開発されていますが、このようなわずかな量のトリチウムを大量の処理水から取り出すには、膨大なエネルギーとコストが必要になり、現実的に利用可能な効率的な分離を行うには、さらなる技術開発が必要となります。
図4　トリチウムを含む水分子の構造
図4　トリチウムを含む水分子の構造
出所：三菱総合研究所

③トリチウムの、人体や環境への影響は？

トリチウムは放射線の一種であるβ線を出しますが、このβ線はとてもエネルギーの低い電子であるため紙一枚で遮ることができるほど弱く、外部から被ばくしても人体への影響はほとんどありません。また、水として飲んだ場合でも、特定の臓器に蓄積することはなく、他の放射性物質と比べて速やかに体外に排出されます。そのため、内部からの被ばくの影響も、取り込んだ放射能あたりで見れば他の放射性物質よりも小さくなっています。これまでも水道水などを通じてトリチウムは日常的に私たちの体内に取り込まれていますが、通常の生活を送ることで取り込んだトリチウムによる健康影響は確認されていません。

原子力発電所など国内外の原子力関連施設において発生したトリチウムは、近海に排出されています。日本でもこれまで40年以上にわたってトリチウムが排出されていますが、排出にあたっては濃度上限が定められており、原子力関連施設の近海におけるトリチウム濃度のモニタリングも継続して行われています。近海のトリチウム濃度は、WHO（世界保健機関）が定める飲料水のトリチウム濃度（10,000Bq/L）を下回っていることが確認されています。

④「トリチウム水」の処理・処分の取組状況は？

2018年4月時点で、処理水(※5)は、容量が約1,000tのタンクに換算すると1,065基ほどの量(※6)となっています。処理水を貯蔵するタンクの数や敷地は膨大になる一方です。タンクが増え続けるのに伴い、廃炉を進めるための設備増設などが必要となっても、その用地が確保できず作業が遅延するなどの影響が生じる可能性もあります。また、貯蔵し続けることで管理コストがかかり、処理水漏えいのリスクを常に抱えることにもなります。このように、処理水をタンクに貯蔵し続けることにはデメリットがあり、根本的な解決にはならないことから、処理水の処分方法を検討、決定する必要があります。

処理水の処分方法については、「地層注入」「海洋放出」「水蒸気放出」「水素放出」「地下埋設」といった選択肢が検討されています。処分方法の決定にあたっては、技術的な観点（技術的成立性、規制成立性、期間、コスト、作業員の被ばくなど）に加えて社会的な観点（風評被害の発生など）も必要であることから、経済産業省が委員会(※7)を設置し、専門家を交えた総合的な検討が行われているところです。
図5　タンクの大きさ(※8)のイメージ図（身長170cmの人との比較）
図5　タンクの大きさ(※8)のイメージ図（身長170cmの人との比較）
出所：三菱総合研究所
図6　福島第一原子力発電所敷地内の様子
図6　福島第一原子力発電所敷地内の様子
出所：東京電力ホールディングス「2017/6/28（水）「福島第一原子力発電所は、今」～あの日から、明日へ～（ver.2017.6）」（2018年6月12日閲覧）http://www.tepco.co.jp/decommision/news/movie/index-j.html

３．「トリチウム水」の処理・処分を巡る今後の課題は？

トリチウムが出す放射線が非常に弱く、人体や環境への影響が小さいとはいえ、トリチウムを含む処理水を海洋や大気に放出することを不安に感じる方も多いでしょう。福島県産の農林水産物への影響や風評被害発生の懸念も指摘されています。

トリチウムは、あまりなじみがない物質であり、よくわからないため不安に思われている面があると考えられます。処分方法の説明はもちろんですが、まずはトリチウムそのものや影響についての丁寧な説明が不可欠といえるでしょう。

加えて、処分方法の決定にあたっては、決定後にのみ処分方法を周知するのではなく、決定前においても処分方法の検討・選定の観点、各選択肢のメリット・デメリットを丁寧に周知させるなど、決定プロセスの透明性を高めることも重要です。

処理水が処分されれば、福島第一原子力発電所の廃炉作業が一歩前進することになります。国内外から「再汚染」「負の影響の発生」などと捉えられることのないよう、処分方法の決定プロセスおよびその結論に対し、国民の理解・納得が得られるよう最善を尽くすことが望まれます。
※1　原子炉圧力容器内の炉心燃料が、事故によって原子炉格納容器の中の構造物（炉心を支える材料や制御棒、原子炉格納容器底部のコンクリートなど）と一緒に溶けて固まったもの。燃料デブリ取り出しの現状や今後の取り組みは、当連載コラムの「福島第一原子力発電所の燃料デブリ取り出しにむけて」に記載。
※2　経済産業省資源エネルギー庁「廃炉の大切な話　2018」2018年3月
※3　東京電力ホールディングス株式会社「重層的な汚染水対策の効果について」2018年3月1日（2018年6月1日閲覧）
http://www.meti.go.jp/earthquake/nuclear/decommissioning/committee/osensuitaisakuteam/2018/03/3-01-04.pdf
※4　東京電力ホールディングス株式会社、「福島第一原子力発電所の汚染水の状況と対策について」、2017年11月14日（2018年6月1日閲覧）
https://www.pref.fukushima.lg.jp/uploaded/attachment/241491.pdf
※5　ここでの処理水には、ALPSでの浄化処理後の水に加えて、今後ALPSで浄化予定のストロンチウム処理水なども含む。
※6　「廃炉・汚染水対策チーム会合／事務局会議（第53回）資料　滞留水の貯蔵状況（4月19日時点）」2018年4月26日（2018年6月1日閲覧） http://www.meti.go.jp/earthquake/nuclear/decommissioning/committee/osensuitaisakuteam/2018/05/1-00-02.pdf
※7　多核種除去設備等処理水の取扱いに関する小委員会（2018年6月1日閲覧）
http://www.meti.go.jp/earthquake/nuclear/osensuitaisaku.html#osensuitaisaku_mt

※8　Hitz日立造船株式会社製の工場完成型汚染水貯蔵タンクを想定
http://www.hitachizosen.co.jp/release/2015/04/001667.html
福島第一原子力発電所廃炉のこれまでと、これから
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2018年7月3日火曜日

為政者か偽せいしゃ、それとも犠牲者

政治家には、汚職や横領は必須、詐欺や搾取は利権争いの上では必要不可欠である。
政治が暴走すると、内閣は打っ飛ぶのは世の常であり、利益優先の競技、賭博には異論はないと言える。公僕の身、国家に注ぐ思い、考えがあっての政治家であると信じたい。
 即ち、行政を行う政治家を為政者、偽せいを行う国民に選ばれた者が偽せいしゃであり、選んだ国民が、犠牲者なのかもしれません。
偽りの行政は全て、偽せい、偽りの政治活動であり、金銭目的の政治家でしかないのが日本の政治家の本質であるのは、日本国民の本音とも言える。
 政治家は「タダでは決して動かない」、「人が動くのお金である」これは、真実であるといえよう。 金銭的価値に人々は動くのは、万国共通の真理、自然の摂理なのである。
構造化社会、三者三様の振舞がそのまま日本を表している。「為政者」「偽せいしゃ」「犠牲者」三つ巴の攻防が日々繰り返されて、日本は進化、増幅する無限連鎖なのでしょう。これこそが、日本の原動力、政、財、会の原動力はすざましエネルギーに満ち溢れ、繁栄と発展、増大する「原子炉」なのかもしれません。なぜなら、一億の核が分裂と融合を繰り返し、すざましエネルギーを放出し続ける日本の原動力、いや人類の言動力、宇宙船地球号、人類は「宇宙へと」動き始めた。地核エネルギーの続く限り人類は進化と増大を続け、新たなるエネルギーを生み出し、更なる進化を遂げるのである。
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2018年6月30日土曜日

メガトン級、1000Kgならトクサイ扱！

ダイナマイト680kgの圧倒的火力で2つの巨大冷却塔を爆破解体する映像


2018.06.21 09:30 by
680kg（約1500ポンド）のダイナマイトを爆発させて発電所で使用されていた2つの巨大な冷却塔を爆破解体している映像です。33階建てのビルに相当する巨大な建築物が瞬く間に崩れ去っていく姿は迫力満点です。
米・フロリダ州ジャクソンビルのランドマークタワーとして知られる発電所の冷却塔の爆破解体が撮影されています。解体費用は6800万ドル（約75億円）ですが使用し続けているよりも安いとのことです。
1,500lbs of dynamite EXPLODE Jacksonville cooling towers in 12 sec – YouTube

JEA Jacksonville Cooling Tower Implosion – YouTube

Implosion of JEA cooling towers – YouTube

ちなみにこちらはヨーロッパに存在するいくつかの冷却塔内部を撮影したもの。使用中のモノから廃墟化したモノまで色々な冷却塔が独特の存在感で存在しています。
幻想的な雰囲気が漂う巨大冷却塔の内部を撮影した写真シリーズ
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2018年6月25日月曜日

太平洋核実験

1945–1963

年 計画名 爆発回数 総出力 場所 画像 備考
1945 トリニティ実験 (Trinity) 1 20 kt ニューメキシコ州 The "Trinity" fireball 世界初の核実験。
1945 リトルボーイ (Little Boy) 1 15 kt 広島市、日本 Atomic cloud over Hiroshima 世界初の実戦使用。広島市への原子爆弾投下を参照。
1945 ファットマン (Fat Man) 1 21 kt 長崎市、日本 Nagasakibomb 20世紀最後の実戦使用。長崎市への原子爆弾投下を参照。
1946 クロスロード作戦 (Crossroads) 2 46 kt 太平洋核実験場（マーシャル諸島） "Baker" shot 大戦後初の実験。初の水中爆発含む。
1948 サンドストーン作戦 (Sandstone) 3 104 kt 太平洋核実験場 Shot "X-Ray" of Operation Sandstone.
1951 レンジャー作戦 (Ranger) 5 40 kt ネバダ核実験場 Shot "Fox" of Operation Ranger. 初のネバダ核実験場での実験。
1951 グリーンハウス作戦 (Greenhouse) 4 398.5 kt 太平洋核実験場 The "Item" fireball. 熱核反応に関する実験含む。
1951 バスター・ジャングル作戦 (Buster - Jangle) 7 71.9 kt ネバダ核実験場 Troops during the "Buster Dog" shot. 兵員暴露実験含む。
1952 タンブラー・スナッパー作戦 (Tumbler - Snapper) 7 104 kt ネバダ核実験場 A "Snapper" shot shows the "rope trick effect".
1952 アイビー作戦 (Ivy) 2 10.9 Mt 太平洋核実験場 The "Mike" mushroom cloud. 初の水爆実験含む。
1953 アップショット・ノットホール作戦 (Upshot - Knothole) 11 252.4 kt ネバダ核実験場 Shot "Grable" and the "atomic cannon". M65 280mmカノン砲の実射試験。
1954 キャッスル作戦 (Castle) 6 48.2 Mt 太平洋核実験場 The "Romeo" mushroom cloud. 放射性降下物が規制エリア外に降下し、第五福竜丸事件が発生する。
1955 ティーポット作戦 (Teapot) 14 167.8 kt ネバダ核実験場 The "Tesla" fireball. 初のローレンス・リバモア国立研究所の設計装置による実験成功。
1955 ウィグワム作戦 (Wigwam) 1 30 kt 東太平洋 The "Wigwam" detonation. 水中核爆発。
1955 第56計画（英語版） (Project 56) 4 .01 to .1 kt ネバダ核実験場

1956 レッドウィング作戦 (Redwing) 17 20.82 Mt 太平洋核実験場 The "Apache" detonation. 多段階核反応を含む熱核兵器の実験。
1957 プラムボブ作戦 (Plumbbob) 29 343.74 kt ネバダ核実験場 Shot "Smoky" of Operation Plumbbob.
1957 – 58 第57（英語版）、58、58A計画（英語版） (Project 57, 58, 58A) 5 0.5 kt ネバダ核実験場

1958 チャリオット作戦 (Chariot) キャンセル アラスカ州 The plans to use five thermonuclear explosions to create an artificial harbor in Alaska. 平和的核爆発としての一環。
1958 ハードタックI作戦 (Hardtack I) 35 35.6 Mt 太平洋核実験場 Shot "Oak" of Operation Hardtack I.
1958 アーガス作戦 (Argus) 3 5.1 kt 南大西洋
高層大気圏における核爆発。
1958 ハードタックII作戦 (Hardtack II) 37 45.8 kt ネバダ核実験場 Shot "Sorocco" of Operation Hardtack II.
1958 A119計画 (Project A119) キャンセル 月面
月面における核実験計画。
1961 – 62 ヌガ作戦 (Nougat) 32
ネバダ核実験場、ニューメキシコ州 The underground cavity created by the "Gnome" shot. 初の地下核実験。
1962 – 63 ドミニク作戦 (Dominic) 36 38.1 Mt キリスィマスィ島, ジョンストン島、中部太平洋 "Starfish-Prime" in the upper atmosphere. タイトロープ (Tightrope) はアメリカが実施した最後の大気圏内核実験。
1962 – 63 ストラックス作戦 (Storax) 48 1442.8kt[1] ネバダ核実験場 The "Sedan" crater.
1962 サンビーム作戦 (Sunbeam) 4 2.19 kt ネバダ核実験場 The 1.65 kt "Small Boy" nuclear test of 1962. 戦術核兵器の試験。ネヴァダ核実験場で行われた最後の大気圏内核実験。
1963 ローラー・コースター作戦 (Roller Coaster) 4 0 ネリス試験訓練場
プルトニウム飛散に関する実験。
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関東直下型地震

瓦礫と廃墟と化すのか？日本列島直撃は核ではなく、地核変動であった。豊洲も崩壊するかもしれません。手抜き工事で、災害が拡大しない事を祈りましょう。汚染物質の宝庫、「千客万来、被害は万倍！」関東沈没は避けらない、海の藻屑と消え去るのでしょうか？間違いなく海洋汚染は、日本が生み出すのは確か、今更、手遅れでしょう。沈下するにせよ、隆起するにせよ、核爆発の比ではないのは確か、根底から葬り去られるのも確かである。破壊と破滅から再び、新な時代の幕開け、日本の再生の鍵は崩壊の後に訪れるのかもしれません。地震列島、生き残りを賭けたサバイバル、天命に委ねる。
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2018年6月24日日曜日

西日本大震災

大阪北部に直下型の地震が発生、地下核実験？とおもわんばかりの揺れ、地殻変動であった。森友問題の影響どころの話ではない、木っ端微塵に吹っ飛んでしまつた。発狂する日本の序章の始まりの予感、次は名古屋か？東京か？地震大国の日本列島、一都市が一夜で廃墟と化すのは世の常である。自然が猛威をふるう現代、人間は余りにも無知無能、愚かな人類なのかもしれません。日本人民共和国、明日は我が身か？生きるか死ぬか、全滅？八つ当りか、罰当たりのロシアンルーレットさながらである。冗談抜きに、震災が多いのは確かだし、大惨事になるのも確かだ！十年に一度、原発が打っ飛ぶ計算になると、金融経済産業環境社会は間違いなく崩壊する。日本大恐慌、氷河期、日本人の生き残りを賭けたサバイバル、組織の崩壊、家庭の崩壊、自己の崩壊、人間の証明が問われるのは言うまでもない。
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2018年6月11日月曜日

三重水素

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三重水素
概要
名称、記号 トリチウム、トリトン,3H
中性子 2
陽子 1
核種情報
天然存在比 微量
半減期 12.32 年
崩壊生成物 3He
同位体質量 3.0160492 u
スピン角運動量 1/2+
余剰エネルギー 14,949.794± 0.001 keV
結合エネルギー 8,481.821± 0.004 keV
ベータ崩壊 0.018590 MeV
三重水素（さんじゅうすいそ、英: tritium、記号：3H または T[1]）とは、質量数が3、すなわち原子核が陽子1つと中性子2つから構成される水素の放射性同位体である。一般に、トリチウムと呼ばれる。

目次

概要

自然界に最も多く存在する、質量数が1（原子核が陽子1つ）の「普通」の水素は軽水素（1H）、
質量数が2（原子核が陽子1つと中性子1つ）の水素は重水素（2H）、
質量数が3（原子核が陽子1つと中性子2つ）の水素は三重水素（トリチウム）（3H）、
と呼ばれる（「水素の同位体」も参照）。もともとは 重水素（2H）と三重水素（3H）とを併せて重水素と呼ばれていた。[要出典]
三重水素は、その質量が軽水素や二重水素の約1.5～3倍と比較的大きく異なることから、物理的性質も大きく異なることが多い。一方、化学的性質は最外殻電子の数（水素の場合は1）によって決まる要素が大きいため、三重水素の化学的性質は軽水素や重水素とほぼ同じであることが多い（「同位体効果」も参照）。
三重水素は、地球環境においては、酸素と結びついたトリチウム水（HTO[2]）として水に混在しており[3]、水圏中に気相、液相、固相の形態で広く拡散分布している。大気中においては、トリチウム水蒸気（HTO）、トリチウム水素（HT）および炭化トリチウム（CH3T）の3つの化学形で、それぞれ水蒸気、水素、炭化水素と混在している。なお、海水中の三重水素濃度は通常、数 Bq/Lより少ない[4][5]。
三重水素は宇宙線と大気との反応により地球全体で年間約72 PBq（7.2京ベクレル[6]）ほど天然に生成される[7]。加えて、過去の核実験により環境中に大量に放出され[8]未だに残っている三重水素（フォールアウトトリチウム）、原子力発電所または核燃料再処理施設などの原子炉関連施設から大気圏や海洋へ計画放出された三重水素（施設起源トリチウム）[9]が地球上で観測される三重水素の主たる起源である[10]。
高純度の液体トリチウムは、核融合反応のD-T反応を起こす上で必須の燃料であり、水素爆弾（きれいな水爆）の原料の一つとしても利用される[11]。
体内では均等分布で、生物的半減期が短く、エネルギーも低いことから三重水素は最も毒性の少ない放射性核種の1つと考えられ[12]、生物影響の面からは従来比較的軽視されてきた[13]。しかし一方で、三重水素を大量に取扱う製造の技術者ではあるものの、内部被曝による致死例が2例報告されている[14]。三重水素の生物圏に与える影響については、環境放射能安全研究年次計画において研究課題として取り上げられたことなどもあり、長期の研究実績に基づいた報告書が公表されている[15]。

物理的特徴

トリチウム封入管を使用したミリタリーウォッチ
三重水素は弱いβ線 (18.6 keV) を放射しながらβ崩壊を起こしヘリウム3 (3He) へと変わるベータ放射体 (beta-emitter) で、半減期は12.32年である[16]。
{}_{1}^{3}{\hbox{H}}\ {\xrightarrow[ {12.32\ years}]{\beta ^{-}\ 18.6\ keV}}\ {}_{2}^{3}{\hbox{He}}^{+}+{\hbox{e}}^{-}+\overline {\nu }_{{{\hbox{e}}}}
電子は、5.7 keV の平均運動エネルギーを持ち、残りのエネルギーは反電子ニュートリノによって奪われる。三重水素から発する低いエネルギーのβ線は人間の皮膚を貫通できず外部被曝の危険性がほとんどないため、その酸化物であるトリチウム水 (HTO) は放射性夜光塗料の材料などに用いられている[17][18]。また、この低いエネルギーであるがゆえに、三重水素の標識化合物は、液体シンチレーション計測法でないと検知することができない[19]。

熱核反応（核融合反応）の燃料として

二重水素 (D) と三重水素 (T) の核融合反応である熱核反応（D-T反応）は、二重水素同士の熱核反応（D-D反応）に比べて反応に必要な温度・圧力条件が低い。
{\displaystyle {\ce {{^{3}_{1}H}+{^{2}_{1}H}->{^{4}_{2}He}+n}}}
そのため、1952年のアイビー作戦にてエニウェトク環礁の一つの小島を消滅させた水素爆弾（きれいな水爆）の原理の中では、D-D反応を起こすための中間の起爆反応として用いられた[20]。現在では、三重水素は、ITERをはじめとする核融合実験炉においては核燃料として研究されている。

トリチウムの生成

三重水素（トリチウム）は原子炉においては、炉内の重水 (HDO) の二重水素 (D) が中性子捕獲することでトリチウム水 (HTO) の形で生成される。
ほかには、ウラン235 (235U) 或いはプルトニウム239 (239Pu) が中性子と反応した時に起こる三体核分裂によっても生じる。また、制御棒に使用されるホウ素同位体 10B が、高速中性子を捕獲することでも生じる。
{\displaystyle {\ce {{^{10}_{5}B}+n->2{^{4}_{2}He}+{^{3}_{1}H}}}}
生成量は原子炉ごとに異なるとされるが、一年間の運転で加圧水型軽水炉内には約200兆ベクレル (2 × 1014 Bq)、沸騰水型軽水炉では約20兆ベクレル (2 × 1013 Bq) が蓄積する[21]。しかしながら、トリチウム水(HTO)は、化学的性質が水（H2O, HHO）とほぼ同一であるため、化学的には水とトリチウム水を分離することはできない[22]。ただし物理的な同位体効果を利用した分離技術は確立されており[23]、トリチウム含有水の蒸留や電気分解、同位体交換法など、いくつか分離方法が存在する[24]。しかしそれでも大量かつ極めて低濃度の水からトリチウム水だけ、分離してまとまった量を回収することはコスト的に非常に困難である[25][26]。
トリチウム水からトリチウムを単離するのは上述のとおり極めて難しいため、高い純度のトリチウムを得るにあたっては回収しやすい形で人工的に生成する必要がある。比較的良く知られたトリチウムの生成方法としては、原子炉内でリチウム Li に中性子を当て（中性子捕獲させ）、トリチウムとヘリウム4(4He)に分裂させた上で得るという方法がある[27]。しかし、リチウムはイオン化傾向が高く、少量の水と接触するだけで激しく反応するなどの性質があり危険であるため、水との反応性はなくすがリチウムのトリチウムにはなる性質は残す合金を作るといった研究が行われており、東工大でリチウムと鉛の合金が適しているといった研究結果が出されている。また、この合金だと鉛に当たった中性子は２倍に増えるため、通常より多くのトリチウムが生産されることも期待されている。
{}_{3}^{6}{\hbox{Li}}+{\hbox{n}}\to {}_{2}^{4}{\hbox{He}}(2.05MeV)+{}_{1}^{3}{\hbox{H}}(2.75MeV)
{}_{3}^{7}{\hbox{Li}}+{\hbox{n}}\to {}_{2}^{4}{\hbox{He}}+{}_{1}^{3}{\hbox{H}}+{\hbox{n}}
ただし、この方法の場合、十分な量のトリチウムを生成するためには中性子がその分相当量必要となり、やはりトリチウムの価格がデューテリウム（二重水素）に比べて高くなる[28]。

自然界での生成

宇宙線の中性子または陽子が大気中の窒素または酸素と核反応し、地表面積あたり毎秒0.2[個/cm2⋅sec] 程度の割合で三重水素が生成している。地球の表面積を 5.1×1014[m2]とすると、トリチウムの年間生成量は約72[PBq](P=1015)となる[29]。放射性崩壊と天然生成量が平衡にあるとき、その同位対比は地表に存在する水素原子の 10−18 に相当し、これを1 TU (Tritium Unit) と定めている。
{\displaystyle {\ce {{^{14}N}+{^{1}n}->{^{3}H}+{^{12}C}}}}
{\displaystyle {\ce {{^{16}O}+{^{1}n}->{^{3}H}+{^{14}N}}}}

規制基準

発電用原子力施設で発生する液体状の放射性廃棄物については、放射能の時間による減衰、多量の水による希釈などの方法で排水中の放射性物質の濃度を規制基準を超えないように低減させた上で排出することとなっている[30]。トリチウム水については、周辺監視区域外の水中の濃度が60[Bq/cm3]（=6×104[Bq/L]） を超えてはならないと定められている[31]。高度情報科学技術研究機構（もと原子力データセンター）によると、トリチウムには海産生物による濃縮効果がないと考えられている[32][33]。そのため、他の核種の100倍を越える量[32]が海洋に放出されている。
2001年には、英国ブリストル海峡での二枚貝やカレイの体内に、高濃度のトリチウムがあるとの論文[34]が発表されているが、海水の濾過が不十分であると、トリチウム水以外のトリチウムが加算され、生物濃縮が過小評価されうること等、トリチウム及び濃縮率の測定問題等が指摘されている[35]。 英国食品基準庁の指針に従い、1997年より10年間、毎年調査をし続けた結果では海水が5〜50Bq/Lであったのに対し、ヒラメは4,000〜50,000Bq/kg、二枚貝イガイは2,000〜40,000Bq/kgの濃縮が認められ、濃縮率の平均値はそれぞれ3,000倍と2,300倍であった[35]。 一方で、トリチウム水で育てた海藻を二枚貝イガイへ与えた実験では、投与量に比例してトリチウムが蓄積し続けることが確認されている[36]。
液体状の低レベル放射性廃棄物の海洋放出の安全性については、主に再処理施設に関してだが、次の答申
がある。
一般的な原子力発電所では年間約1.0〜2.0×1012[Bq]（1〜2兆ベクレル）ほどトリチウム水を海洋に放出している（表参照）[37]。
実用発電用原子炉施設からの年度別トリチウム水放出量（単位：[Bq]）
施設名 2007年 2008年 2009年 2010年
東京電力（株）福島第一原子力発電所 1.4×1012 1.6×1012 2.0×1012 -
東京電力（株）福島第二原子力発電所 7.3×1011 5.0×1011 9.8×1011 1.6×1012
出典：平成２３年版（平成２２年実績）原子力施設運転管理年報 p.602

脚注

  1. ^ T という記号は三重水素という水素の同位体に対して特別に割り当てられた記号である。通常、元素の同位体の記号は元素と共通であり、左肩に質量数を付与して同位体であることを示すのが一般的である。このようにある元素の同位体に対して特別な記号が与えられているものとしては、他には二重水素 (D) がある。
  2. ^ 水分子は水素原子2個と酸素原子1個からなることから、その化学式は良く知られているように、
    H2O
    である。これを全原子を明示する形に冗長に書けば、
    HHO
    となる。地球上に存在する大半の水素と酸素の質量数はそれぞれ1と16であるので、質量数を明示する形でさらに冗長に書けば、
    1H1H16O
    となる。ところで、トリチウム水とは水分子の一つ（または二つのこともあるかもしれないが今は考えない）の水素 1H が3倍の重さの三重水素 3H に置き換わったものであった。したがって、トリチウム水であれば水分子の式は、
    1H3H16O
    と書ける。さらに、三重水素 3H には特別な略記号 T が与えられていた。すなわち、3H は単純に T に置き換えて良い。したがって、
    1HT16O
    と書ける。ここで最後に、左肩の質量数の添字を省略すれば、トリチウム水を表す水分子の式は、
    HTO
    となることがわかる。
  3. ^ トリチウム水 HTO は、天然存在濃度では、軽水（ H2O）と性質や反応にほとんど違いがなく、水の理想的なトレーサーとしての利用がある。宇宙線の作用による生成速度を一定とみなせば、放射性壊変による消失速度が一定であるので、地球における天然の三重水素総量は古今とも一定値となる。 大気循環しているトリチウム水濃度はおおまかに地球上で動植物も含め一定値と考え、水中濃度の低下量から大気循環からはずれた期間を知る地下水の年代測定が可能である。土木、農業分野での地下水流動の実証的な調査に役立てられている。
  4. ^ 日本国内で測定された最高値は、原発事故を起こした福島第一原発の港湾内2・3号機取水口間にて2014年5月12日に採取した海水から1900 Bq/L検出されている。放射能濃度、５カ所で最高値＝福島第１港湾内外の海水—東電 2014 年 5 月 16 日 20:30 JST 更新 ウォールストリートジャーナル
    他の原発の例では、1991年2月9日に美浜原発の放射能漏れ事故の際に、福井県美浜沖の海水で1991年2月18日に測定された490 Bq/Lであった。また、東海再処理施設の排水の影響により、茨城県東海沖で1990年1月1日に190 Bq/Lの三重水素が海水から検出されている。
  5. ^ 日本国内の環境中における三重水素濃度は、文部科学省の委託で日本分析センターが環境放射線データベースを公開している。世界の環境水中の三重水素濃度は、国際原子力機関（IAEA）がGNIPデータベース（Global Network for Isotopes in Precipitation）として公開している。また、放射線医学総合研究所のGNIPデータベース用の測定データも環境中のトリチウム測定調査データベースNETS DBで利用申し込みにより無料で検索できる。
  6. ^ 1[PBq]（1ペタベクレル）=1015[Bq]（１千兆ベクレル）
  7. ^ 宇田(2009)
  8. ^ 核兵器（分裂と融合）の大気圏内核実験により環境中の濃度は、それ以前の天然存在量の200倍程度へと急増したが、環境中への放出量の減少により漸減している。百島則幸：トリチウムの環境動態 富山大学水素同位体科学研究センター研究報告
  9. ^ なお、再処理施設からの放出実績及び基準については、表２ 再処理施設からの放射性気体廃棄物の年間放出実績（1977年度〜1996年度）及び表３ 東海再処理施設保安規定に定める処理済廃液の放出基準および１年間の最大放出量（ATOMICA：再処理施設からの放射性廃棄物の処理内図表）参照
  10. ^ 宮本 (2008)
  11. ^ 武谷（1957） p.194
  12. ^ 松岡 (1995) p. 9, 10
  13. ^ 須山 (1981)
  14. ^ 詳細は、松岡 (1995) p. 9, 10参照。なお、その事例の報告を受けICRPの安全基準は改訂されている。同書より。
  15. ^ 放医研(1978)、放医研(1986)、放医研(1999)
  16. ^ 井上 (1989), 理科年表
  17. ^ 松岡 (1995) pp. 13–14
  18. ^ またトリチウム水は、分子生物学の実験などにおける、放射性同位元素標識にも利用される。
  19. ^ 一般環境中の濃度は 1〜3 Bq/L 程度と低いため、特別にバックグラウンドノイズを軽減した液体シンチレーションカウンターが必須である。なお、かつてはガスカウンターが用いられた。百島則幸：トリチウムの環境動態 富山大学水素同位体科学研究センター研究報告
    別な方法としては、崩壊で生じる 3He を質量分析装置で計測する方法もあるが、数ヶ月の期間が必要である。トリチウム 原子力資料情報室 (CNIC)
  20. ^ 原水爆実験 (1957) pp. 194–197
  21. ^ トリチウム 原子力資料情報室 (CNIC)
  22. ^ 一般的な溶媒である水そのものであるため、化学反応により溶媒に不溶性の化合物を作り沈殿させ、それをろ過するという手法などが使えない。
  23. ^ 水素は同位体の質量比がすべての元素の中で最も大きく、同位体分離が一番容易であると言われる。資料(2014) p.29
  24. ^ 資料(2014) pp.29-38、磯村 (1981)
  25. ^ 現在もっとも多くのトリチウムを生成している施設は原子炉の一種であるCANDU炉である。CANDU炉では重水を冷却と減速材に使用するため、重水中の重水素が中性子を吸収することにより生じる。トリチウムの回収はCANDU炉使用の上で重大な問題であり、回収されたトリチウムは科学的、あるいはその他の目的に使用されるが、一部は環境中に放出される。実際、カナダのブルース原子力発電所や韓国の月城原子力発電所周辺では環境中トリチウム濃度の増加が観測されている。
  26. ^ 膨大な汚染水から低濃度のトリチウムを分離するのは溶媒が水であるがために難しく、原子力施設から環境中に放出されたトリチウムは2015年現在の技術では除染できない核種である。
    「福島第一原子力発電所事故#ALPS」も参照
  27. ^ 原水爆実験 (1957) pp. 194–195。ほか、工藤 (1985) に詳しい。
  28. ^ 本来、原子炉内で核分裂に寄与しない中性子は、燃料棒などに含まれるウラン238をプルトニウム239に核変換させるために利用させるため、この方法ではプルトニウムを作る代わりにトリチウムを作るということになり、プルトニウム価格に応じて高くなる。武谷著作集3 pp. 281–285
  29. ^ 宇田(2009)
  30. ^ 実用発電用原子炉の設置、運転等に関する規則九十条六・七、規制基準資料 p.2
  31. ^ 試験研究の用に供する原子炉等の設置、運転等に関する規則等の規定に基づき、線量限度等を定める告示別表第1（ただし、核種の表記として『3H』とするべきところ、『3H』という表記になっている。）、規制基準資料 p.3
  32. ^ a b 環境・安全専門部会報告書（環境放射能分科会） 第3節 軽水型原子力発電所からの放出実績及び被ばく評価 ５
  33. ^ “トリチウムの環境中での挙動”. 原子力百科事典ATOMICA. 2017年6月11日閲覧。
  34. ^ McCubbin D　et al (2001). "Incorporation of organic tritium (3H) by marine organisms and sediment in the severn estuary/Bristol channel (UK)." Mar Pollut Bull. 2001 Oct;42(10):852-63. PMID11693639
  35. ^ a b Enhancement of tritium concentrations on uptake by marine biota: experience from UK coastal waters,Hunt GJ1, Bailey TA, Jenkinson SB, Leonard KS.,J Radiol Prot. 2010 Mar;30(1):73-83. doi: 10.1088/0952-4746/30/1/N01. Epub 2010 Mar 10. [1] (PDF)
  36. ^ Jaeschke　et al. (2013). “Bioaccumulation of tritiated water in phytoplankton and trophic transfer of organically bound tritium to the blue mussel, Mytilus edulis.” J Environ Radioact. 2013 Jan;115:28-33. PMID 22863967
  37. ^ 放射性廃棄物の海洋投棄については昭和40年代から調査検討されている。参考資料２

参考文献

全般
核融合・水素爆弾について
生物影響について
その他

関連項目

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外部リンク

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