日本福島核能電廠事故發生後，放射性元素銫泄露到空氣中，污染了周邊環境。最近的研究發現，從反應爐中泄露出來的放射性銫一部分是以數微米（μm）大小的微粒狀態擴散的。這種微粒也被稱爲銫球，每顆微粒的放射性銫濃度遠高於受污染的土壤顆粒，會對附近產生局域輻射影響。
此次，東京大學、日本農業食品產業技術綜合研究機構（以下簡稱「農研機構」）和日本核能研究開發機構組成的研發小組，着眼於構成這種放射性微粒的矽酸鹽能緩慢溶解於液體的性質，利用從環境中採集到的微粒樣品，調查了這種微粒在純水和海水中的溶解速度及溫度依賴性。結果顯示，海水中的溶解速度比純水中快一位數以上，在福島縣沿岸海域的海水溫度下，半徑約爲1μm的放射性微粒有望在10年左右完全溶解。
此次的實驗將附着有這種放射性微粒的不織布片浸入溶液（純水和人造海水）中，在一定的溫度下經過一定時間後，利用鍺半導體偵檢器測量溶液中的137Cs濃度，由此計算釋放到溶液中的137Cs數量。
假說計算出來的137Cs溶出速度與構成放射性微粒的矽酸鹽玻璃質顆粒的溶解速度相同，則溶解速度的活化能在純水和海水中分別爲65和88kJ/mol，由此推算，溶液溫度爲13°C（福島市的年平均大氣溫度）時，微粒的半徑減量速度在純水和海水中分別爲0.014μm/年和0.140μm/年（圖1）。此前在環境中採集到的放射性微粒的尺寸一般爲半徑1μm，按照以上數位計算，微粒在純水和海水中要完全溶解，分別需要70年、10年左右的時間。
圖1：放射性微粒的溶解速度（k）及其溫度（T）依賴性
另外，研發小組對溶解前和溶解後的微粒進行比較發現，在純水中，微粒的體積隨着溶解明顯減小，同時，其形狀由近似球形的形態變成不規則坑窪的形態。將該微粒製成薄膜然後用電子顯微鏡觀察發現，玻璃中所含的錫和鐵在微粒表面形成了氧化物。而在海水中，原來的微粒表面像殼一樣殘留下來，上面形成了錫和鐵的氧化物，並且其内部殘留有微粒的未溶解部分（圖2）。
圖2：表示溶解實驗之前和之後的放射性微粒形態變化的掃描電子顯微鏡照片。
以上結果表明，河流、海洋、土壤等各種環境中殘留的放射性微粒透過與水接觸，會根據溫度、溶液的成分和氫離子濃度等，以不同的速度逐漸溶解，在向溶液中釋放放射性銫的同時，微粒自身也可能會在數年～數十年中消失。此次的研究成果是一項重要的科學發現，能用來調查因福島核能電廠事故泄露的放射性銫的輻射影響，以及環境污染的未來變化。
文 JST客觀日本編輯部
