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カリウム40の食物内および人体内でのベクレル量とγ線強度について

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カリウム40の食物内および人体内でのベクレル量とγ線強度について

(討論用)


日本原子力研究開発機構の評価済核データライブラリー (JENDL)
http://wwwndc.jaea.go.jp/cgi-bin/nuclinfo2010?19,40
によれば、

カリウム40は、89.3%がベータ線を放出してカルシウム-40(40Ca)となりますが、それらはガンマ線放出しません。のこりの10.7%が軌道電子を捕獲してアルゴン-40(40Ar)になり、こちらはガンマ線を放出します。※1

(安斎育郎「(増補改訂版)家族で語る食卓の放射能汚染」p93)

  • ※1 このことは安斎育郎「体のなかの放射能」p55-56にも書かれています。

これが正しいとすれば、カリウム40に関する通説は改める必要が生じ、原子力資料情報室の記述も改める必要があるかもしれません。

ベクレルの定義は「1秒間あたりの崩壊原子の数」です。その意味では記述は間違いとは言えませんが、「放射能強度」と記されると即、γ線観測量だと誤解されてしまいます。現在のように、市民が食品の放射能を測定するような時には、大きな問題となります。

おそらくどのような食品でも、K40のγ線測定ベクレル値への寄与は、2~5Bq/kgだと思われます。にもかかわらず、twitterなどでは、「米から40Bq/kg検出されたとすれば、K40の33Bqを引くと、放射線セシウムは7Bqに過ぎない」といった、もっともらしくも誤った解釈が、「私は大学教官で理論物理学者だ」と名乗る人たちから出されています。市民を援護する科学者の、きちんとした実測と解説が待ち望まれます。

以下、原子力資料情報室の記述に沿って、再試算してみました。
しかし、これはあくまでも、前提条件を確認するまでの、
仮試算ですので、基本的に引用はご遠慮ください。
(以下囲み部分が私の試算です)


http://cnic.jp/modules/radioactivity/index.php/4.html
===============================

カリウム-40(40K)
半減期 12.8億年

※半減期 12.8億年=1.28*10^9*365*24*60*60=4.04*10^16秒

崩壊方式

ベータ線を放出してカルシウム-40(40Ca)となる(89.3%)。また、軌道電子を捕獲してアルゴン-40(40Ar)にもなり、この時にガンマ線が放出される(10.7%)。

カリウム40は、89.3%がベータ線を放出してカルシウム-40(40Ca)となるが、ガンマ線放出せず、10.7%が軌道電子を捕獲してアルゴン-40(40Ar)になり、この時にガンマ線が放出される。

存在と生成

天然に存在する代表的な放射能で、太陽系がつくられた時から存在している。同位体存在比は0.0117%で、カリウム1gに放射能強度が30.4ベクレルのカリウム-40が入っている

※カリウム1g中のガンマ線放出割合分の質量は、
W=1g×0.0117%×10.7%=1.25E-5g
放射性核種の重量とBqの関係は、
W=(B*τ/ln2)*(M/Na)
ここで、
W:質量(g)
Nn:原子核の個数
B:ベクレル(s?1)
τ:半減期(s)
M:質量数(g/mol)
Na:アボガドロ数6.02E23
ln2:0.6931

だから、
1.25E-5=(B*τ/ln2)*(M/Na)
B=1.25*10^(-5)/*1
=1.25*10^(-5)/*2)
=3.23Bq

従って、
「カリウム1gに放射能強度が30.4ベクレルのカリウム-40が入っている。」は、「カリウム1gに崩壊数30.4ベクレル、γ線強度が3.23ベクレルのカリウム-40が入っている。」ということになる。

カリウム-40が人工的につくられることはほとんどなく、同位体存在比の高いカリウム-40は同位体濃縮によって得られる。
カリウムは岩石中に多量に含まれ、玄武岩、花こう岩および石灰岩の含有量は、それぞれ0.83、3.34および0.31%である(玄武岩1kg中の放射能強度は262ベクレルに相当する)。

※玄武岩1kg中のK含有量は、8.3g
だとすれば、これは、
3.23*8.3=26.8Bq

土壌の含有量は0.008~3.7%の範囲にあり、平均値は1.4%である。
食品中の濃度はかなり高く、白米、大根、ほうれん草、りんご、鶏むね肉およびかつお1kgに含まれるカリウムの重量は、それぞれ1.1、2.4、7.4、1.1、1.9および4.4gである(白米1kg中の放射能強度は33ベクレルに相当する)。

※白米1kg中のカリウム1.1gのγ線強度は、3.23*1.1=3.55Bq

外洋海水1リットルには、0.400g(12.1ベクレル)が含まれる。

※3.23*0.4=1.29Bq
外洋海水1リットルには、0.400g(γ線強度1.29ベクレル)が含まれる。


化学的、生物学的性質

カリウムはナトリウムと似た性質をもち、化合物は水に溶けやすい。体内に入ると、全身に広く分布する。
カリウムは必須元素の一つである。成人の体内にある量は140g(時間当たり放射能強度、4,000ベクレル)で、1日の摂取量は3.3gである。生物学的半減期は30日とされている。

※3.23*140=452Bq
成人の体内にある量は140g(γ線強度、440ベクレル)

生体に対する影響

 天然に存在する放射能として、内部被曝による線量が大きいものの一つと考えられる(「ラドン‐222」を参照)。内部被曝が重要で、10,000ベクレルを経口摂取した時の実効線量は0.062ミリシーベルトである。体内に常に同じ量が存在するので、線量は計推定やすい。生殖腺や他の柔組織に対する年間線量は0.18ミリシーベルト、骨に対しては0.14ミリシーベルトである。
ガンマ線による外部被曝も無視はできない。1㎏のカリウムから1mの距離における年間線量は0.0055ミリシーベルトであり、ふつうの場所での年間線量は0.01ミリシーベルトに達することもある。

※この項の検証方法は未だ不明

放射能の測定

半減期は長く、同位体存在比が小さいので、カリウム1gあたりの放射能強度は低い。必ずしも放射能測定をおこなう必要はなく、試料の中のカリウムの重量を決定すればカリウム-40の量がわかる。化学分析の技術を適用すればよい。
しかし、放射能測定が役立つこともある。ゲルマニウム半導体検出器でガンマ線を測定すれば、岩石、土壌、食品などの中のウランとトリウムの量を決定できる。その時に、カリウム-40の量が決定できる。全身カウンターを用いれば、体内の他の放射能とともにカリウム-40の量も決定できる。

※この項の検証方法は未だ不明



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