トリチウムの濃度について、なぜ、海水、雨水、水道水では異なるのですか？

Question

yos1912 · Accepted Answer

環境省モニタリング実施状況のグラフの感想です。
　雨水中のトリチウム濃度と蛇口水の濃度は１９９０年以前はさほど差はないように見えます。これ以後に雨水中の濃度が急激に増大したように見えます。これからすると、どちらも同じ値になるのが当然のような気がします。
　特に濃度がふえる要因などはありませんから、実際に増えたとは思えません。そうなると考えられることは２つあります(ほかにあるかも)。一つは、測定数が増えたことによって明確に現れていなかったマークが見えるようになってきたこと、二つ目は濃度が大きくなる所でモニタリングポストを増やしたことです。ふたつめが原因ではないかと想像しています。
　逆に水道水への混入は避けたいので、濃度が大きく出そうな所から採取しないことが想像できます。大きく上に飛び出す点は打たれないでしょう。結果的に、見かけ上蛇口水の方が少なくなったに過ぎないと思われます。

もう一つ気になっているのが２ページにある参考２のグラフです。測定法の違いでマークを変えています。これをみると明らかに電界濃縮法の方が少なくでています。これについても考えられることは２つあります。一つ目は感度に差がある場合、特に蒸留法ではノイズを拾いやすく大きめにでるといった欠陥がある場合です。二つ目は測定データに偏りがある場合です。このようなグラフをわざわざ載せるのは、前者の問題があるからといいたいのではと思ってしまいます。
　としたら、測定法による差によってデータに差がでてきた可能性も考えられます。モニタリングならずば抜けて大きな値になったことを知ればいいから蒸留法、水道水は正確な値知りたいから電界濃縮法と測定法に偏りができた可能性もあります。蛇口水に関しては、どちらの方法で測定したのかということがわかりませんでしたので、確認する方法は今のところありません。

少なくともはっきり言えるのは、この表から雨水と蛇口水で濃度に違いがあると断定するのは非常に危険だということです。

yos1912 · Answer

海水と降水の濃度差の問題ですが、海水の文章の説明をみると、高く飛び出しているところは近くの原子力発電所からの放出の影響と書かれています。濃度範囲が２０ベクレルまでになっているのはこの大きくなったところを含んでいます。実際にはグラフに打たれた点の大半が下１／３以下に集中しています、この値はだいたい７ベクレルくらいになりますから、降水の濃度とさほど変わっていないといえます。つまり、原子力発電所の影響のある所を取り除けばどちらもだいたい同じくらいといえます。

水道水についてはまだ検討の余地があると思います。前回書いたように１９６０年以後に浸透した地下水のトリチウム濃度は現在の自然界にある量と同じになります。また、水道水では河川水を利用しているところが多いので、河川水の濃度を表しているとみた方がいいでしょう。それからすると、水道水の濃度は降水中の濃度とさほど変わらなくなるはずです。そうなっていないのはどうしてなのか疑問です。
　１９６０年以前に浸透した地下水の場合、もともと少なかった上に崩壊していることもあってトリチウムは検出されないのではないかと思われます。グラフの左側に書かれているように水道水からトリチウムが検出されない標本数が３０００を超えていて、検査数の半数を占めているのはこのような地下水のデータが多量に含まれていた結果と考えられます。

himagene · Answer

お礼に書かれている極地方と赤道地方の差ですが、地球磁場の影響です。宇宙線は電荷を持つものが多く磁場に捉えられ磁力線に沿って動きます。極地方では磁力線が集まっているので、宇宙線の密度が高くなっています。
国際線乗務員の被曝量は赤道コースよりも北極上空コースの方が桁違い多くなっています。

yos1912 · Answer

疑問に思うのだけど、トリチウムの濃度ってどれくらい違うのだろう。微妙な量なのか、何倍何十倍というレベルで違うのか、そのあたりで答えが変わってきそうな気がします。で、数値的にどれくらい違っているか説明できますか。当然のことだけど、トリチウムの濃度って物質全体に占める割合をいっているのではないですよね。

それと、現在自然界にあるトリチウムのほとんどは、１９４５年から１９６３年の間に水爆実験で放出されたトリチウムもがほとんどです。この時に現在ある量の１００～２００倍近くが放出されています。No.8にある計算式を使ってこれがどれくらいに減っているかを計算するとわかると思います。自然界にある量とほとんど同じになります。量についてはこちらを参考にしてください。
https://www.env.go.jp/chemi/rhm/r4kisoshiryo/r4kiso-02-05-18.html

理論的には地下水がいつ雨として降ったものかはトリチウムの濃度で求めることができます。自然に壊れてなくなっていく量と雨中からの放射線によって作られる量が同じなので、トリチウムの濃度は一定になります。その後何かの理由で閉じ込められる(地下水になる、海洋深層水になる、氷河となるなど)とその半減期に従って量が減少していきます。これを逆に利用すれば、地下水がいつ土中にしみこんだものかを求めることもできます。ただし、１９６０年以後にしみこんだ水の場合はこの方法が使えません。どうしてでしょう。

tucky · Answer

No6のお礼に対してです。当然ですが同位体濃度も異なります。
元の濃度が異なるのに同じになる理由が逆にわかりません。
根本的に勉強しなおすことをお勧めします。

Tacosan · Answer

水の循環として
海水が蒸発して大気中の水蒸気となり, それが雲を作って雨を降らせる
ことを考えるなら, トリチウムを含む水分子 (主に HTO) とプロチウムのみからなる水分子 (H2O) との物性を比較する必要がある. そして,
・式量を比較すると H2O よりも HTO の方が大きい
・水素結合の強さが, トリチウムを使う方 O-T…O はプロチウムを使う O-H…O よりも強い
ため, 単純には
H2O の方が HTO よりも蒸発しやすい
といえる. 従って海水表層と雨水とを比較すると後者の方が HTO 濃度は低くなると考えられる.

なお単純に「海水のトリチウム濃度」といってしまうと, 「海水全体における濃度の平均」になってしまうような気がする. 海水の垂直循環はかなり遅いらしい (2000年ていど) し表層の水が深層に潜る場所も固定されているようなので, そもそも「表層海水のトリチウム濃度」と「深層海水のトリチウム濃度」ですら違うと考えるべきだろうね.

yhr2 · Answer

No.8 です。ははは、算数を間違えていましたね。

（誤）
半減期12年であれば
・12年で 1/2
・24年で 1/4
・48年で 1/8
・60年で 1/16
・72年で 1/32
・84年で 1/64
・96年で 1/128

↓

（正）
・12年で 1/2
・24年で 1/4
・36年で 1/8
・48年で 1/16
・60年で 1/32
・72年で 1/64
・84年で 1/128
・96年で 1/256

「36年」が抜けていました。

yhr2 · Answer

No.5 です。長い「お礼」ありがとうございます。
そこに書かれたことについて。

＞そうすると、半減期の年数で放射性物質が消滅するとは思えずそれよりも十二分に長い期間を想定すべきだと思うのです。

はい。当然のことです。
半減期12年であれば
・12年で 1/2
・24年で 1/4
・48年で 1/8
・60年で 1/16
・72年で 1/32
・84年で 1/64
・96年で 1/128
・・・
ですから、100年経てば 0 にはならないが 1/100 以下には減っています。

「発生源」（たとえば大気圏の上空）から「移動先」（たとえば海水など）に移動するのにある程度の期間が必要であれば、
・発生源では濃度が高い
・移動先では濃度が低い
という「濃度勾配」ができます。

＞そして、その十分に長い期間があれば拡散しどこかの時点で生成量と崩壊量は平衡状態になるかと思うわけです。

あなたのいう「平衡状態」とは、「生成と消滅のバランス」ということであって、「濃度が均一」ということとは異なりますよね？
あなたはそれを混同しているように思えます。

＞核融合に必要な燃料を、人工的ではなく敢えて天然から調達する場合、どこから採取するのが良いかという話で海水という人が居まして、なぜ、海水のトリチウム濃度が高いのかが気になり質問したという経緯があります。

海水中の「濃度が高い」ということではなく、「海水中にも一定量存在する」ということでは？
「微量だが存在する」ということであって、「濃度が高い」とはいっていないのではないでしょうか。
それがある意味で「福島の処理水を希釈して海洋放出」の根拠になっているわけですから。

himagene · Answer

トリチウムの発生原因を考えれば大体見当がつくのでは。自然界ではトリチウムは銀河からの宇宙線によって大気の上層で発生します。大凡、１立法センチあたり毎秒0.5個のトリチウム原子(T)が発生しています。このトリチウムは酸素と結びついてトリチウム水分子(HTO)になり大気循環に乗って流れ、やがて雨水となって地上や海上に落ちます。海上に落ちたトリチウム水分子は表面だけに在るのではなく、水の流れに運ばれて深層の海水と混ざります。当然濃度は薄くなります。このようにトリチウム分子は拡散ではなく流体によって運ばれる方が圧倒的に多いです。流れは一般的に乱流（渦）を作りますから場所によって密度差はできます。雨水中のトリチウム濃度は高緯度地帯の方が高いです。
現在では、宇宙線由来のトリチウムだけではなく原発や核爆発などの人工的なトリチウム発生もあります。北半球と南半球の海水では北の方が一桁高いトリチウム濃度です。
水道水は水源によって違います。
もっと詳しく知りたければ、
https://arxiv.org/pdf/2111.06706.pdf
https://cdnsciencepub.com/doi/pdf/10.1139/v56-033
などに目を通してください。

tucky · Answer

海水とほかの2つの塩分濃度が違うのはわかりますよね。
雨水と水道水の塩素濃度が違うのもわかりますよね。
海水、雨水、水道水、同じなわけない方が当たり前と思いますけど、なぜ異なるのがわからないのがわかりません。
大丈夫ですか？

トリチウムの濃度について、なぜ、海水、雨水、水道水では異なるのですか？

環境省モニタリング実施状況のグラフの感想です。

海水と降水の濃度差の問題ですが、海水の文章の説明をみると、高く飛び出しているところは近くの原子力発電所からの放出の影響と書かれています。

お礼に書かれている極地方と赤道地方の差ですが、地球磁場の影響です。

疑問に思うのだけど、トリチウムの濃度ってどれくらい違うのだろう。

No6のお礼に対してです。

水の循環として

No.8 です。

No.5 です。

トリチウムの発生原因を考えれば大体見当がつくのでは。

海水とほかの2つの塩分濃度が違うのはわかりますよね。

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