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公開: 2011年7月4日 / 最終更新日: 2012年11月18日
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放射線と原子力発電所事故についてのできるだけ短くてわかりやすくて正確な解説

セシウム 137 とセシウム 134

以下では、2 種類のセシウムから出るガンマ線に関して簡単にまとめておく（すべて初等計算だが、ある程度の理科系の知識が必要）。 特に、除染をせず、また、セシウムがいっさい流れていかないとしても、放射線量は着実に減って 2 年で当初の約 6割になり、3 年で当初の約 5 割になることがわかる（だから、除染の目標として「2年で半減」などというのは、ほとんど何もしないのと同じ）。

由来と存在比

¹³⁷Cs はウランの核分裂で生まれる。つまり核分裂生成物だ。 一方、¹³⁴Cs はウランの核分裂では出てこない。 だから、たとえば原爆から出てきた放射性物質には¹³⁷Cs は含まれているが ¹³⁴Cs は含まれていない。

¹³⁴Cs が出てくる理由は以下のとおり。 ウランが核分裂すると ¹³³Xe が生まれる。 ¹³³Xe はベータ崩壊して安定な ¹³³Cs になる。 この ¹³³Cs が原子炉の燃料の中に置かれていると、核分裂の際に出てくる中性子を捕獲して ¹³⁴Cs になるのだ。 だから、¹³⁴Cs の量は、原子炉がどれくらいの期間運転していたか、あるいは、使用済み核燃料がどれくらいの期間使用されていたかを反映する。

一般に、原子炉からでてくる ¹³⁴Cs と ¹³⁷Cs の放射能強度比、つまり
　r =（ベクレルで測った ¹³⁴Cs の量）÷（ベクレルで測った ¹³⁷Cs の量）
は、0.4 から 1.5 の範囲に入る。 チェルノブイリの場合、この比は 0.55 程度だった（以上は、原子力資料情報室のページによる）。

なお、両者の量がベクレルで測ってほぼ等しいからといって、普通の意味で両者が「同じだけある」というわけではない。 崩壊率は 15 倍違うから、 通常の物質量（モル数や質量）で測れば ¹³⁷Cs が ¹³⁴Cs の約 15 倍あるということになる。

放射線の強さ（吸収線量率）

「アイソトープ手帳」によると、これらの核種の 1 回の崩壊で発生する光子（←こうやって出てきた光子の流れがガンマ線）のエネルギーと頻度は以下のとおり。

¹³⁷Cs（半減期 30.1671 年）からの主な光子

エネルギー [MeV]	0.662	0.0321	0.0365
頻度	85.1%	5.8%	1.3%

¹³⁴Cs（半減期 2.0648 年）からの主な光子

エネルギー [MeV]	0.563	0.569	0.605	0.796	0.802	1.365
頻度	8.4%	15.4%	97.6%	85.5%	8.7%	3.0%

大ざっぱに言えば、 ¹³⁷Cs の 1 回の崩壊では 0.66 MeV の光子が 1 個飛び出し、 ¹³⁴Cs の 1 回の崩壊では 0.6 MeV と 0.8 MeV の光子が 1 個ずつ飛び出すということだ（上の表で ¹³⁴Cs からの光子の「頻度」を合計するとほぼ 200 % になるのは、光子が二つでているから）。 それだけでも（ベクレルで測った量が等しければ）¹³⁴Cs から倍くらいの放射線が出てくることは納得できるだろう。

セシウム 137 の一回の崩壊で出てくる光子のエネルギーを平均すると、 \[ \epsilon_{137}/\rm MeV\simeq 0.662\times0.851\simeq0.56 \] である（低エネルギーの光子の寄与を考えても結果は変わらない）。 セシウム 134 については、 \begin{align*} \epsilon_{134}/\rm MeV&\simeq 0.563\times0.084+0.569\times0.154+0.605\times0.976+0.796\times0.855+0.802\times0.087+1.365\times0.03\\ &\simeq1.5 \end{align*} ということになる。両者の比をとると、 \[ \frac{\epsilon_{134}}{\epsilon_{137}}\simeq2.7 \] だから、（ベクレルで測ったときに）同じ量の ¹³⁷Cs と ¹³⁴Cs があれば、それぞれからの放射線の強さの比は 1 : 2.7 程度になるということがわかる。 つまり放射線の 7 割程度が ¹³⁴Cs から出ていて、残りの 3 割程度が ¹³⁷Cs から出ているのだ。

（細かい注：IAEA-TECDOC-1162, Generic procedures for assessment and response during a radiological emergencyの p99 の表の換算係数を使うと、\({\epsilon_{134}}/{\epsilon_{137}}\) は \(5.4/2.1\simeq 2.6\) となり微妙に一致しないが、気にするほどの違いではない。）

放射線の強さの減衰

各々の核種からの放射線の強さはすぐ上でみたように減衰していく。 よって、（やはりセシウムが飛んでいったり流れていったりしないとすると）セシウム全体からの放射線の強さは、両方の寄与を足しあわせた \[ p(t)=\frac{1}{3.7}p(0)\,2^{-t/30}+\frac{2.7}{3.7}p(0)\,2^{-t/2} \] という減衰を示すことになる（ここで、時間 \(t\) は「年」の単位で測っている。2011 年 4 月 1 日あたりを起点にした経過時間と考えればいい）。

右の二つのグラフは \(p(t)/p(0)\) をプロットしたもの。 上のグラフをみると、始めの 10 年くらいで放射線の強さが急激に減衰し、そのあとはゆっくりと何十年かかけて減っていく様子がわかる。これは、半減期の短い ¹³⁴Cs からの放射線がまず減衰してしまい、半減期の長い ¹³⁷Cs からの放射線があとあとまで残ることを意味している。 下のグラフは始めの 10 年の様子。年の単位で順調に減衰していくものの、 ¹³⁷Cs からの放射線が消えずに残っている。

2011 年 4 月から何年かが経過したときの放射線の強さを表にしておこう。

経過年数	1	2	3	5	10	20	30	50
\(p(t)/p(0)\)	0.78	0.62	0.51	0.37	0.23	0.17	0.14	0.09

つまり、いっさい除染をしなくても、放射性セシウムの減衰だけで、おおよそ 3 年で線量率は半分程度に下がることがわかる。

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