豪放射線医師「福島炎上：核の惨事を解剖する」（アジア太平洋ジャーナル：ジャパンフォーカス）Fukushima Burning: Anatomy of a Nuclear Disaster by Peter Karamoskos

From Asia-Pacific Journal: Japan Focus. See below for English text.

アジア太平洋ジャーナル：ジャパンフォーカスの記事に５月２２日掲載されたオーストラリア人医師による記事　Fukushima Burning: Anatomy of a Nuclear Disaster　の和訳を紹介します。原文も下方に掲載しました。福島で何が起こっているのか、世界的な影響は何か、チェルノブイリと比べてどうか、放射線の健康影響、ガンのリスクは、損害はいくらぐらいになるのか、そしてどれぐらい危機が続くのか、等、放射線の専門家による厳しくも示唆に富む記事です。


福島炎上：核の惨事を解剖する

ピーター・カラモスコス
 （オーストラリアの放射線専門医。同国「戦争防止のための医学協会」会計役でもある）

翻訳 田中泉

原子炉が過熱すると何が起きるのか？
炉心が冷却剤の欠如で過熱した場合、最終的には溶融する。残りの水はただちに蒸気に変わるため、水の補給が妨げられ、圧力容器の健全性が揺らぐ。さらには原子炉の圧力容器までもが溶融する可能性がある。第一次および第二次格納建造物（コンクリート）がダメージをこうむっていれば、溶融した燃料は外に漏れ出し、環境中に放出されうる。使用済燃料は２５度前後の冷却プールの中に数十年間保管されている。この温度を保つために水が継続的に補給されなければならない。補給に失敗して水がカラになると、使用済燃料は過熱・発火し、含有する放射性毒物を放出する。注意したいのは、炉心の中で放射線を照射されていた時間が長ければ長いほど燃料には核分裂生成物が蓄積されるため、よりいっそうの放射性を帯びるということだ。また、その汚染によって燃料の寿命も限定される。燃料棒中のウランのうち実際に原子炉の中で消費されるのは約１－２％に過ぎない。環境中に放出された際に最大かつ直ちに危険となるのは、これら核分裂生成物なのである。

放射性降下物とその健康への影響
原子炉から出る放射性降下物は、２つのグループに分けられる。化学反応性が非常に低く、比較的半減期が短い希ガス（キセノン、クリプトン１３３）の同位体は、体内にはとどまらず、土壌にも沈着せず、空中に分散・残存する。そのため、健康におよぼす有害な影響は限定的である。２番目のグループは、おもにヨウ素、セシウム、そしてテルルの放射性同位元素に代表される、より危険な放射性降下物である。これらの元素は大気中で微細な浮遊物（エアロゾル）を形成する。それらは大気中に放出されると自身の重みによって徐々に地表に降下し、そのときにすべての植生、衣服など、あらゆる表層を汚染する。水資源も含まれる。

最も健康への脅威となるのは、セシウム１３７（半減期３０年）とヨウ素１３１（半減期８日）である。ヨウ素１３１はベータ放出体で、吸入と（食物）摂取を通して血流の中に吸収され、甲状腺によって集中的に取り込まれる。主として１８歳未満の若者にとっては、きわめて[甲状腺における]発がん性が高い。セシウムはガンマ及びベータ放出体である。やはり呼吸器系統と胃腸系統を通じて体内に吸収される。やがて血流にも入り、体中に溜まっていく。セシウムはその半分が体から排出されるまでに１０日から１００日を要するので、いちど吸収されてしまうときわめて危険だ。数か月で危険性をほぼすべて失うヨウ素１３１とは異なり、セシウムは環境中に数百年間、有害なものとして残る。

ではどれだけの放射性物質が放出されたのか？　チェルノブイリと比較すると？
空気伝搬の場合には、風向き、汚染の分散が始まる前の高度、放出開始から終了までの時間など、変数が多数存在しているため、汚染の広がりは均一になりにくい。したがって、原発からの放射状のゾーンについて語られているが、放射性物質の降下は同心円を描くというよりも、むしろ煙流になる可能性が濃厚である。さらにいえば、ジェット気流が向かう先である米国の西海岸の方が、例えばより日本に近いカナダ北部に比べておそらく高いレベルの汚染（とはいってもこれだけの距離があるのでごく微量だが）に見舞われるだろう。汚染は北半球全域に広がるとみられる。たしかに、北半球のほぼすべての観測地点ですでに微量が検出されている。赤道には、汚染が南半球に到達するのを阻止する「エア・カーテン」ともいえるものがある。

原発の爆発が起きてからまもなく、20km圏内が避難指示区域に設定され、20-30km圏内の住民たちには屋内退避勧告が出された。IAEAと米国の原子力規制委員会は、これを不適切であると示唆し、80km圏内への避難指示区域の設定を助言した。

包括的核実験禁止条約（CTBT）放射線核種探知観測所のデータを使ったオーストリア中央気象・地球力学研究所の計算によれば、最初の３日間に放出されたヨウ素の活量はチェルノブイリの全放出量の30％にあたり、セシウムでは60％であった。チェルノブイリから放出された降下物の量は、現在までの福島の量をはるかに上回る。とはいえ地球上の人間や環境に対する危険のおおよそは、ヨウ素１３１とセシウム１３７によるものである。そして、それらが福島の降下物の主要な構成要素なのだ。

また福島には使用中及び使用済燃料１７００トンがある。そのどれだけが損傷しているのか不明だ。一方チェルノブイリの場合、燃料はわずか１８０トンしかなかった。したがって人の健康に関していえば、チェルノブイリと福島の比較は有効である。

当初に比べれば低い度合いとはなっているが、以後も放出は続いている。だが、福島沖の海が広範に汚染されていることにも留意したい。原子炉の冷却に使われたあとの汚染された海水の流出は衰えるところを知らず、一日７０００トンのペースで続いている。法的限度量の4300倍にあたる放射性ヨウ素の集中度が計測された。汚染された海水を意図的に海中に排水する方法も検討されている。海水汚染はしばらく近海の魚資源を危険にさらすだろう。津波をかろうじて免れた残存漁業も、これによって破壊されている。

フランスの放射性防御・核（原子力）安全研究所（IRSN）は、「原発から20km圏内の汚染濃度はチェルノブイリを超えるだろう」と予測している。また「福島周辺60kmにまで及ぶ高濃度汚染区域」ができ、チェルノブイリの同様の圏内と比べて汚染度は低いものの、「劇的な影響でなくとも、計測可能な影響」がみられるだろうとしている。その汚染区域外では250km先まで計測可能となるだろうが、人体への影響は測定レベルには至らない。

IAEAが勧告（そして日本当局が無視）した、さらに広い避難区域についてはその正当性が立証された。原発から43kmほども離れた地点のホットスポットの存在を示す観測結果がのちになって出たためである。そこでの活量のレベルはチェルノブイリの強制避難区域に匹敵するものだった。

電離放射線（ＩＲ）が人体にその有毒な影響を伝達するメカニズムは２つある。まず、生物組織中の原子に電離性放射物質のエネルギーが移ると、その原子は電気量が変化し、フリーラジカル（訳注：少なくとも対を成さない原子1つを持った原子または分子団）が形成される。それが次に細胞内の遺伝子（ＤＮＡ）を損傷し、遺伝的な変異につながる。 そして、電離的放射性物質が細胞核の中を通過するので、その過程で直接的な遺伝子の破壊が起こる。するとこれによって細胞の通常のメカニズムが働かなくなり、ガンが起こりやすくなる。ガンは１０-５０年、またはもっと長いあいだ発症しないかもしれない（潜伏）が、白血病の場合たった５年ということもありうる。電離放射線は、世界保健機構の国際ガン研究所によって第一級の発がん物質に分類されている。その発がん性の確かさから最上位に入れられているのである。

電離放射線による人体への影響は２種類認められている。

まず、確定的影響である。確定的影響の重大度は、吸収された放射線量に直接的に比例する。これには、皮膚の損傷と、骨髄への影響による血液疾患も含まれる。例えば皮膚の放射線熱傷などは、放射線量が高ければ高いほど結果は悪い。これらには、個人差があるとはいえ、それ以下は発生しなくなるしきい値が存在する。このしきい値は、造血作用が損なわれ始める約１００ミリシーベルト（mSv）である。約１０００ミリシーベルトを超えた場合の確定的影響から来るのは、嘔吐、下痢、呼吸器・胃腸系統の粘膜の脱落、骨髄抑制と不妊などの急性放射性障害である。いったん線量が3000-5000mSvを超えてしまえば、数日ないしは数週間で死亡する可能性が高い。

つぎに確率的な影響である。確率的というのは、本来「見込み」ということだ。言い換えれば、線量が高ければ高いほど発生のチャンスは高いが、いったん発生すればその重大度は元の線量がどうあれ同等ということである。確率的影響の主なものはガンである。電離放射線の線量が低いほど、ガンにかかるチャンスは低くなる。しかし、ガンの種類と最終的な結果は、ガンの進行に関するリスク係数とは無関係である。それは現在、1000mSvごとに約８％（１２に１）となっている。またガンによる死亡は５％（２０に１）とされている。

米国国立科学アカデミーは、100mSv以下の低レベル電離放射線のもたらす影響について、報告書の中で次のように結論づけている。「･･･電離放射線への被曝と人間における固形がんの進展との間には、線量と反応という直線的な関係性がある。それ以下になるとガンが誘発されないという、しきい値は恐らく存在していない」。

職業的な許容線量の上限が250mSvまで引き上げられたため、現在福島の緊急労働者のあいだには確率的影響が出てくる可能性が高いだろう（それまでの総許容線量は５年間で100mSvだった。公衆の年間許容線量は1mSvだ）。２号炉の高濃度放射性汚染水に入った２人の緊急労働者の足に放射線熱傷が誘発される事例が起きているが、その一回の事故の線量は計180mSvだった。
職業的な被ばく線量を抑えるために、６００人の労働者がローテーション体制で雇われている。改定版の許容線量を超えないために、今や海外からの人材の雇用も必要となった。これらの労働者の中に、被ばくによってガンを発症し、死亡する者が出る可能性はひじょうに高い。現在までに、急性放射性障害の例は報告されていない。

長期的にみた確率的影響についてみきわめるのはさらに難しいだろう。[日本は]もともとがんの発症率が比較的高い国だし、平均寿命も高いからだ。あの避難区域は不十分だが、原発からほど近い地域の住民のすみやかな避難が行われれば、かつ放射性物質降下の多い日の海からの風を避けるならば、これらの影響は最小限に抑えられるだろう。またヨウ素131の甲状腺への摂取を阻止するために、リスクが大きい子どもや若者に対してヨウ素を持続的に投与すれば甲状腺がんの進展は大きく抑えられることになるだろう。

ガンの誘発に関するリスクモデルを使うことは、これからの６０年間のガンの発症を予測するために可能ではある。だがしかし、一般大衆のあいだにガンがどれだけ増えても、我々がその実数を知ることは決してないかもしれない。たとえ事故から数十年経ったのちであっても。それは、そこに統計的な限界と、多数の不安定要素があるからである。これは非常な低線量の場合にとりわけ当てはまる。唯一の例外は、甲状腺がんだ。甲状腺がんは悪性腫瘍としては珍しいので、統計的な検出も簡単だろう。

危機の解決にはどれほどの時間がかかるか？
すべては何をもって「危機の解決」とするのかによる。原発から大気、海水、土壌への[放射性物質]排出が続いている。それを止めるために日本政府は「数か月」という目標を立てた。これは願望であり、必ずしも実現可能性が高いわけではない。そのことに注意が必要だ。原子炉の全体を石棺化するなど、もっと大胆な手立てが必要だと考えられる。石棺化のコストは推定１２０億ドル以上だ。もちろん福島第一原発すべてがご破算にされるべきである。ダメージを受けていない５号機と６号機でさえ、汚染が重大だからだ。放射性物質で汚染された場所の清掃には莫大な費用と時間がかかるし、とても危険だ。もし原発をコントロール下におくことが可能だとしても、原子炉を廃炉にし、敷地を除染するのには３０年以上かかる。費用は「１２０億ドル以上」だろう。
もちろん、それは日本の悩める納税者に対する賠償額の上限とは別だ。バンカメとメリルリンチは、福島の惨事による経済的損失に対する[東電の]賠償額は最高1300億ドルと見積もっている。廃炉の工程だけでも東電は破産する見込みが高い。そうなると反則的に日本の納税者に莫大な債務がのしかかる。

世界の原発ではすべて、事業者は主要な事故の際の賠償責任に上限がない限り、稼働の開始を拒否する。それと違って1961年の原子力損害賠償法では、被害補償額に上限が設けられていない（訳注：電気事業連合会のホームページには「2009年（平成21年）の原賠法の改正により、現在1サイトあたり最高1200億円となり、適用期間が10年間（2019年末まで）に延長されました」とある）。だがもし事業者が倒産すれば、債務は納税者へと移行する。この惨事が過ぎ去ったのちに日本の納税者たちは気がつくだろう。保護が必要なのは核（原子力）企業ではなく我々の方だ、と。

Fukushima Burning: Anatomy of a Nuclear Disaster　　

May. 22, 2011

The May/June edition of Australian magazine Physician Life features a lengthy report on the Fukushima crisis by Melbourne-based nuclear radiologist Dr. Peter Karamoskos.

A Japanese translation is available here.
The issue is available in full online.

In the piece, Karamoskos poses and answers key questions for understanding what has taken place at Fukushima and what the likely public health effects will be.

What happens when a nuclear reactor overheats?

When nuclear cores overheat due to a lack of water coolant, they ultimately melt. Remaining water quickly turns to steam preventing replenishment of the water and endangering the integrity of the pressure vessel. Furthermore, the reactor pressure vessel may also melt leaking the melted fuel which may escape into the environment if the primary and secondary containment structures (concrete) have been damaged. Spent fuel is kept at around 25 degrees in cooling ponds for a few decades. The water must be continually replenished to maintain this temperature. If there is a loss of water or a failure of replenishment, the spent fuel will overheat and catch fire, releasing its radiotoxic contents. Note that the longer fuel is irradiated in the reactor core, the more radioactive it becomes due to the build-up of fission by-products which also contaminate the fuel limiting its usable life. Only about 1-2% of the uranium in fuel rods is actually used up in a reactor. It is these fission by-products that pose the greatest immediate danger if released into the environment.

Radioactive fallout and its health effects

Radioactive fallout from a nuclear reactor can be considered in two groups: isotopes of the noble gases (xenon, krypton-133) are radioactive elements with a very low chemical reactivity, relatively short half-lives, are not retained by the body and they remain and become dispersed in the air without ground deposition. Hence they have limited adverse health potential. The second and more dangerous radioactive fallout group is represented by mainly the radioactive isotopes of iodine, cesium, and tellurium. These elements form fine suspended particles in the air (aerosols), which due to their weight will gradually end up falling on the ground when released into the air, contaminating all vegetation, clothing and any other surfaces including water sources. Those that pose the greatest health threat are Cesium-137 (half-life 30 years) and Iodine-131 (half- life 8 days). Iodine-131 is a beta emitter and is absorbed into the blood stream through inhalation and ingestion and concentrated by the thyroid gland where it is highly carcinogenic, predominantly in young people under 18 years of age. Cesium is a gamma and beta emitter. It is also absorbed by the body through the respiratory and gastrointestinal tracts and subsequently into the bloodstream and deposited throughout the body. Cesium takes between 10 days and 100 days for half of it to be excreted from the body so there is significant hazard once it is absorbed. Unlike I-131 therefore which loses most of its potential for harm in a few months, cesium remains hazardous in the environment for several hundred years.

So how much radioactivity was emitted and how does it compare to Chernobyl?

The spread of airborne contamination is unlikely to be evenly distributed due to many variables including the prevailing winds, the altitude the contamination reaches before dispersion and the time period of release. Thus, although we speak of radial zones from the plant, the shape of the fallout most likely will represent a plume rather than a concentric disc. Furthermore, the prevailing jet stream is towards the United States west coast which is likely to have higher levels of contamination (but still very minimal at that distance) than, say, northern Canada which is closer to Japan. Contamination is likely to spread throughout the northern hemisphere and indeed trace amounts have already been detected from nearly all monitoring sites in that hemisphere. There is effectively an ‘air curtain’ at the Equator that prevents contamination from reaching the southern hemisphere. Shortly after the nuclear plant explosions, a 20km exclusion zone was established and residents between 20 and 30km were advised to remain indoors. The IAEA and US NRC suggested this was inadequate and advised an 80km exclusion zone. Utilizing CTBT monitoring data, the Austrian Central Institute for Meteorology and Geodynamics calculated that in the first three days, the activity of I-131 emitted was 30% and Cesium-137 20-60% of the entire Chernobyl emissions of these isotopes. Although Chernobyl emitted vastly more fallout than Fukushima has to date, it was the I-131 and Ce-137 that accounted for most of the terrestrial human and environmental hazard, and these are the main Fukushima fallout components. Also, the Fukushima plant has around 1700 tonnes of fresh and used nuclear fuel on site with an unknown amount having been damaged, whereas the Chernobyl reactor had only 180 tonnes. As far as human health is concerned comparisons therefore between Chernobyl and Fukushima disasters are valid.

Emissions have continued since then, albeit at a lesser rate than initially was the case. Note, however, that there has also been extensive contamination of the sea off the coast of Fukushima as contaminated seawater runoff from the plant used to cool it continues unabated at a rate of 7,000 tonnes per day. Concentrations of radioactive iodine were measured at over 4,300 times the legal limit. Measures to intentionally dump the contaminated seawater build-up into the sea are being considered. Contamination of the seawater will compromise the fish stocks along the local coast for some time and has destroyed any remnants of the fishing industry that were not wiped out by the tsunami.

France’s Institute for Radiological Protection and Nuclear Safety (IRSN) has estimated that within 20km of the plant the levels of contamination will exceed that of Chernobyl, and there will be “a strongly contaminated zone, extending to 60km around Fukushima in which there will be “measurable impacts but not dramatic impacts” although the contamination will be less than the comparable area around Chernobyl. Beyond this zone contamination will be measurable as far as 250km but with health impacts not able to be measured.

The more extensive evacuation zone advised by the IAEA (but ignored by the Japanese authorities) was vindicated, as later monitoring showed hot spots of contamination as far as 43km from the plant with levels of activity comparable to those areas which were mandatory evacuation zones at Chernobyl. lonising radiation (IR) imparts its deleterious health effects through two mechanisms: transference of its energy to atoms in biological tissue which then becomes electrically charged leading to the formation of free radicals which then damage the cell’s genetic blueprint (DNA) leading to genetic mutations; and direct DNA disruption along the track as ionising radiation traverses through the cell’s nucleus. This then predisposes to the initiation of cancer when the regulatory mechanisms of the cell fail. Cancer may not appear for 10- 50 (or more) years (latency), although can be as short as 5 years for leukemia. lonising radiation is classified as a Class 1 carcinogen by the International Agency for Research in Cancer of the World Health Organisation, the highest classification consistent with certainty of its carcinogenicity.

Two types of IR health effects are recognized. The severity of deterministic effects is directly proportional to the absorbed radiation dose. These include skin damage and blood disorders due to bone marrow effects. The higher the dose, the worse, for example is the skin radiation burn. These have a threshold below which they do not occur, although this may vary between individuals. This threshold is around 100) millisieverts (mSv) at which point blood production begins to be impaired. Deterministic effects which exceed around 1000mSv induce acute radiation sickness with vomiting, diarrhea, and shedding of mucosal linings of the gastrointestinal and respiratory tracts, bone marrow suppression and sterility. Once the dose exceeds more than 3000-5000 mSv, death is likely in a matter of days to weeks. Stochastic effects are ‘probabilistic’ in nature. In other words, the higher the dose the greater the chance of them occurring, however, once they occur their severity is the same irrespective of the original dose. The main stochastic effect is cancer. The lower the dose of IR, the lower the chance of contracting cancer, however the type and eventual outcome of the cancer is independent of current risk coefficients for the development of cancer are approximately 8% per 1000 mSv (ie. 1 in 12 chance) and 5% for cancer fatality (1:20). The US National Academy of Sciences reviewed the effects of low level ionising radiation (defined as less than 100 mSv) in their seminal report and concluded that: “… there is a linear dose-response relationship between exposure to ionizing radiation and the development of solid cancers in humans. It is unlikely that there is a threshold below which cancers are not induced.” Emergency workers at the plant are likely to  developed deterministic effects as their upper allowable occupational doses have been increased to 250 mSv (from the 100mSv total dose over five years allowable. and the lmSv per annum allowable dose to the public). One incident induced radiation burns to two emergency workers’ legs from stepping in highly radioactive water in reactor 2, with a calculated total dose of 180 mSv from this one incident. In order to limit occupational doses workers have been recruited from a 600 person pool of workers on a rotating basis, and recruitment from overseas has now become necessary to avoid exceeding the revised occupational dose limits. It is highly likely that some of these workers will die of their exposures from the induction of cancer. No cases of acute radiation sickness have been reported to date.

The longer term stochastic effects will be much harder to define given the relatively high background incidence of cancer and the long latency period for its appearance. The prompt evacuation of people from the immediate surrounding environment, notwithstanding the insufficient exclusion zone, and offshore wind on the days of maximum fallout, will have minimized these effects. Furthermore, the administration of stable iodine to block thyroid uptake of I-131 in sufficiently exposed young people will also have significantly decreased the development of thyroid cancer. Even though risk models of cancer induction can be used to predict the likely cancers over the next six decades, it is possible that we will never know the true number of actual excess cancers in the general population due to inherent statistical limitations and large uncertainties, even several decades after the event. This is particularly so at very low doses. The only exception to this will be excess thyroid cancers as this is a rare malignancy and hence is easily statistically detected.

How long will it take to resolve the crisis?

It all depends on what we mean by “resolve the crisis.” The Japanese government has set a target of “several months” to stop the continuing atmospheric, sea and ground emissions from the plant. Note that this is a desired outcome, not necessarily the likely outcome. It is conceivable that more drastic measures need to be adopted including burying the entire plant under a concrete sarcophagus which alone is estimated will cost upwards of $12bn. Of course, the entire plant will need to be written off as even reactors 5 & 6 which were not damaged are too heavily contaminated. Cleaning up radioactive sites is massively costly, time consuming and dangerous. If the plant is able to be brought under control, it will take more than 30 years to decommission the reactors and decontaminate the site and will cost “more than 12 billion dollars.” Of course, that is not the upper limit of liability for the beleaguered Japanese taxpayer Bank of America-Merrill Lynch has estimated an upper bound of $130bn for the Fukushima disaster alone in liabilities and economic losses. The decommissioning effort alone will likely bankrupt the operator TEPCO resulting in a knock-on massive liability for Japanese taxpayers. Unlike the case with all nuclear power generated around the world, where operators refuse to generate electricity unless most of their liabilities are capped in the event of a major accident, the 1961 Act on Compensation for Nuclear Damage places no cap on damages. However, if the company is bankrupted, this liability transfers to the taxpayers. After this disaster, the Japanese tax-payers will realise that it is they, not the nuclear power companies, who need protection.