2011年东京电力公司运营的福岛第一核电站(FDNPP)事故预计会对当地居民的辐射暴露产生影响。为了降低辐射风险,明确预测环境剂量当量率随时间的变化并采取适当的安全措施至关重要。
环境剂量当量率(Ḣ∗(10),单位为μSv/h),是在地面以上1米高度测量的,常被用作衡量环境放射性核素伽马辐射防护效果的定量指标(Saito和Petoussi-Henss,2014;Saito和Onda,2015;Andoh等人,2015;Mikami等人,2015)。环境剂量当量率的时间变化为受核灾害影响地区的辐射防护和风险沟通提供了关键信息。特别是,包括人口密集的城市地区在内的居住环境中环境剂量当量率的当前水平及其下降趋势,是环境管理和区域振兴决策的重要因素。
根据核事故后的环境动态研究,环境剂量当量率在城市地区的下降速度比其他环境更快(Kinase等人,2014;Saito等人,2019a;Andoh等人,2018)。这种趋势在铺砌表面上尤为明显,因为铺砌表面是城市地区的主要地表类型,其环境剂量当量率的下降速度比未铺砌表面更快(Golikov等人,1999,2002;Saito等人,2019a,2019b;Nakama等人,2019;Yoshimura等人,2020a,Yoshimura等人,2020b)。有研究表明,铺砌表面的放射性铯冲刷有助于降低城市地区的环境剂量当量率。这一信息是用于估算居住环境环境剂量当量率模型的关键参数(WHO,2012;UNSCEAR,2013,2020)。
据报道,交通、城市发展和农业活动以及去污工作等人类活动有助于降低城市和郊区地区的环境剂量当量率(Andoh等人,2015;Saito等人,2019a,2019b;Andersson等人,2002;Mikami等人,2015;Malins等人,2016)。这些效应是通过特定的物理过程实现的,包括沉积放射性核素的移除、重新分布和屏蔽,尤其是在铺砌表面上,以及由人类活动引起的土壤混合和加速风化过程。在城市发展中,环境剂量当量率的降低归因于施工和维护过程中用未受污染的材料替换了受污染的环境介质。在铺砌表面上,通过表面更新和基础设施维护,沉积的放射性核素被有效移除或重新分布。例如,福岛县常磐高速公路的修复和重建工作与环境剂量当量率的显著下降有关,这可能是由于污染表面的移除或屏蔽(Takemiya等人,2018;环境省,2015;Yamashita和Sawada,2020)。农业活动通过耕作和翻土改变了土壤中放射性核素的垂直分布,从而稀释了表面污染。此外,这些活动被认为促进了风化过程,可能加速了放射性核素向深层土壤的迁移和稳定。这些效应已在福岛县的本地研究和国际评估中得到证实(IAEA,2010;Mikami等人,2015;Malins等人,2016)。去污工作通过从环境中移除受污染的土壤和其他放射性物质,直接降低了环境剂量当量率,从而大幅减少了导致外部暴露的放射性核素总量(环境省,2015;Nakama等人,2019;JAEA,2020)。这些研究表明,修复和人为驱动的土地管理可以加速环境剂量率的降低,其效果超过了单纯的放射性衰变。由于这些过程,人类活动密集的环境比单纯依靠放射性衰变的环境表现出更快的环境剂量当量率下降趋势(Andoh等人,2015;Saito等人,2019a,2019b;Mikami等人,2015)。此外,国际原子能机构(IAEA,2006)指出,在有人类活动的区域(如城市环境),去污工作、土地管理和基础设施维护导致的环境放射性核素浓度下降速度比自然区域更快。这一观察结果与福岛城市环境中的趋势一致,表明人类活动和环境传输过程加速了放射性物质的减少。然而,迄今为止,除去污工作之外的人类活动的影响很少被定量评估。
因此,本研究通过实地调查和模拟分析,定量评估了除去污工作之外的人类活动对FDNPP周边居民区环境剂量当量率随时间变化的影响。可能影响环境剂量当量率的人类活动包括建筑工程、农业活动、园艺和交通。本研究重点关注交通,因为交通被认为对铺砌表面上放射性铯的风化影响最大,并且可以通过实地调查直接量化。我们通过实地测量研究了交通量对放射性铯沉积密度和环境剂量当量率降低的影响,并将这些结果纳入模拟中,以定量评估其对剂量率衰减的影响。