水田土壌中のTcの挙動

原子力基盤技術データベースのメインページへ
作成： 1999/10/29 田上　恵子データ番号　　　：160016 水田土壌中のTcの挙動目的　　　　　　：水田土壌中におけるテクネチウムの挙動解明研究実施機関名　：放射線医学総合研究所第4研究グループ応用分野　　　　：ラジオエコロジー概要　　　　　　：　長半減期核種の ⁹⁹Tc の水田-水稲-人体経路における移行評価のためには、還元的雰囲気の土壌中でのTc の挙動を解明する必要がある。本研究は実際の水田土壌中のグローバルフォールアウト ⁹⁹Tc 分析及び室内トレーサー実験により、環境中に放出された ⁹⁹Tc の水田土壌中における挙動についての知見を得たものである。　詳細説明　　　　： 1.　はじめに　テクネチウム-99 (半減期 21万年) は、長期的には環境中に蓄積していく可能性があり、放射線影響や環境安全の観点から注目されているが、環境中の ⁹⁹Tc 濃度レベルが低いため、その環境挙動は十分に解明されていない。好気的環境において Tc は可溶性の TcO₄^- で存在するため、表層土壌中では易動性が高いが、水田土壌中では還元的雰囲気の発達等の環境要因が Tc の挙動に影響すると考えられる。そこで、水田土壌中における Tc の挙動に着目した。　 2.　水田土壌中の ⁹⁹Tc 分析　水田土壌中の ⁹⁹Tc 濃度レベルを把握するため、日本各地で採取した水田土壌を用い ICP-MS により定量した。試料を 450℃ で灰化後、燃焼装置により 1000℃、酸素気流下で Tc を土壌から揮散させ、水溶液中に捕集した。この溶液を加熱減容後、シクロヘキサノンによる溶媒抽出、または TEVA レジンにより Tc を分離・濃縮した (参考資料 1)。本操作により、質量数 99 に安定同位体をもつ Ru を ICP-MS での ⁹⁹Tc 定量の妨害にならない程度まで除去できた。回収率用トレーサーは ⁹⁵^mTc である (参考資料 2)。　　分析の結果、5点の水田土壌中 ⁹⁹Tc 濃度は 0.02-0.11 Bq/kg 乾土であった。尚、本分析法全体の回収率は 58±6 %であった。⁹⁹Tc と核分裂収率が同程度の ¹³⁷Cs との放射能濃度比 (⁹⁹Tc / ¹³⁷Cs)は、核分裂収率からの理論値が 1.4x10^-⁴ であるのに対し、10^-³ のオーダーであった。¹³⁷Cs が土壌に収着されやすい核種であることを考慮すると、これらの結果は水田に降下・沈着したフォールアウト⁹⁹Tc がほとんど表層土壌に蓄積されていることを示している。表1　Concentrations of ⁹⁹Tc and ¹³⁷Cs in paddy field soils in Japan on a dry weight basis and activity ratios of ⁹⁹Tc to ¹³⁷Cs.（原論文1より引用。　Reproduced from Environmental Pollution 1997; Vol. 95, 151-154, Table 2(p.153), Tagami, K. and Uchida, S., Concentration of global fallout ⁹⁹Tc in rice paddy soils collected in Japan, Copyright(1997), with permission from Elsevier Science. ）　 3.　水田土壌条件下におけるTc 挙動　土壌中の Tc の挙動が、畑水分又は湛水条件、すなわち、酸化的又は還元的雰囲気により受ける影響について、トレーサー実験により検討した。水溶性・イオン交換可能画分 (CA)、特異吸着画分 (AA)、有機物結合画分 (PY) 及び酸化 Fe・酸化 Mn 等酸化物吸着画分 (AO) の土壌中の 4画分を選択的に抽出し、各画分中の Tc 量の経時変化を観察した結果、畑水分条件では、4 画分とも時間変化はなかったが、湛水条件では、CA 及び AA は時間と共に減少し、逆に PY と AO では徐々に増加する結果が得られた。これらは、湛水による土壌の還元化に伴い、有機物と Tc との結合、難水溶性の TcO₂ や TcS₂ 等の生成、Mn や Fe 酸化物等の土壌成分への収着量等により不溶成分が増加することを示唆している。図1　Time dependence on PY (0.1 M sodium pyrophosphate)-extractable and AO (0.175 M ammonium oxalate/ 0.1 M oxalic acid) extractable ⁹⁵^mTc in Andosol and GLS (Glay Lowland Soil) under aerobic and anaerobic conditions.（原論文2より引用）　水田の還元的雰囲気が発達する要因として土壌微生物活動の活性化がある。Tc の挙動へのこの影響の有無について、風乾土壌と、これをオートクレーブ処理で滅菌した土壌を用いて検討を行った。両土壌には土壌微生物活動を活性化用のブドウ糖を土壌重量の最大 0.5 % まで添加した。カラムに土壌試料を充填し、上方より ⁹⁵^mTcO₄^- 溶液を加えて湛水とし、表層水と下層水を採取して可溶性 Tc の濃度変化を測定した。その結果、滅菌土壌ではブドウ糖を添加しても表層水中の Tc 濃度はあまり減少しなかった。　　一方、風乾土壌では、表層水中の Tc 濃度は時間と共に徐々に減少し、さらに、ブドウ糖添加量の増加に伴い Tc の濃度減少が大きくなった。以上から、湛水だけでは土壌還元化が進まず、土壌微生物の関与が必要であり、還元化は Tc の化学形変化を引き起こし、Tc が土壌に収着されると考えられる。図2　Time dependence for relative counts of ⁹⁵^mTc in surface and bottom solutions and Eh (V) of AD-0, AD-0.5, S-0 and S-0.5 for P-38 and those of AD-0, AD-0.5 and S-0 for F-31.（原論文3より引用。　Reproduced from Chemosphere 1996; Vol.33, 217-225, Fig.4(p.222), Tagami, K. and Uchida, S., Microbial role in immobilization of technetium in soil under waterlogged conditions, Copyright(1996), with permission from Elsevier Science.）　水田は湛水 (還元) と乾燥 (酸化) を繰り返している。不溶化した Tc が再度可溶性の化学形に変化するのか、土壌に Tc を収着後再風乾する実験で検討した結果、乾燥-湿潤を繰り返しても Tc の可溶性成分量は著しく増加しなかった。土壌に収着された Tc は緩やかな酸化作用を受けても容易には化学形が変化しないといえる。　コメント　　　　：　水田土壌試料中 ⁹⁹Tc の定量分析でトレーサーとして用いた ⁹⁵^mTc について、ICP-MS を使用して⁹⁹Tc 定量するときに有効である。しかし、市販の ⁹⁵^mTc 溶液は、その作成方法によっては ⁹⁹Tc を多量に含み、トレーサーとして使用できない可能性がある。実際使用する前にどの程度 ⁹⁹Tc を含んでいるのか確認する必要がある。適当なものが入手できない場合は高純度 Nb 箔を照射して ⁹⁵^mTc を作る方法もある (参考資料2)。　原論文１ Data source 1： Concentration of global fallout ⁹⁹Tc in rice paddy soils collected in Japan. Tagami, K. and Uchida, S. Environmental and Toxicological Sciences Research Group, National Institute of Radiological Sciences Environmental Pollution Vol. 95, 151-154 (1997) 原論文２ Data source 2： Aging effect on technetium behaviour in soil under aerobic and anaerobic conditions. Tagami, K. and Uchida, S. Environmental and Toxicological Sciences Research Group, National Institute of Radiological Sciences Toxicological and Environmental Chemistry Vol.56, 235-247 (1996) 原論文３ Data source 3： Microbial role in immobilization of technetium in soil under waterlogged conditions. Tagami, K. and Uchida, S. Environmental and Toxicological Sciences Research Group, National Institute of Radiological Sciences Chemosphere Vol.33, 217-225 (1996) 参考資料１ Reference 1： A rapid separation method for determination of Tc-99 in environmental waters by ICP-MS. Uchida, S. and Tagami, K. Environmental and Toxicological Sciences Research Group, National Institute of Radiological Sciences Radioactivity and Radiochemistry Vol. 10, 23-29 (1999) 参考資料２ Reference 2： Separation of carrier free ⁹⁵^mTc from niobium targets irradiated with alpha particles Sekine, T., Konishi, M., Kudo, H., Tagami, K.* and Uchida, S.* Department of Chemistry, Graduate School of Science, Tohoku University, *Environmental and Toxicological Sciences Research Group, National Institute of Radiological Sciences Journal of Radioanalytical and Nuclear Chemistry Vol. 239, 483-487 (1999) キーワード：テクネチウム-99、長半減期核種、分析法、水田土壌、酸化還元状態、収着、選択的抽出 Technetium-99, Long-lived radionuclide, Separation method, Paddy field soil, Redox condition, Sorption, Sequential extraction 分類コード：160103, 160202, 160203
原子力基盤技術データベースのメインページへ