Monitoring Fallout Decay

One of the great utilities of the Safecast project is the ability to collect and analyze environmental data on an unprecedented scale. As Safecast passes the two year mark with collecting radiation data in Japan it is now possible to begin to look back over the changes in radioactivity across different parts of the country and see where this may all be heading.

Radioactivity in Inzai, Japan
Radioactivity in Inzai, Japan. 18 months worth of data.
Safecast data from Iitate, Japan.
Radioactivity in Iitate, Japan. 24 months worth of data.

A scan of two cities

While events at the Fukushima Daiichi plant have led to the common association of all of Japan with radiation we have collected enough data to show that large swaths of the country remain near background (Approximately 30-40 counts per minute). One example of this is the city of Inzai, which lies between Tokyo and Narita International Airport, and is 193km southwest of the meltdown site.  As the first graph shows background levels slightly above what is considered typical, but there is no appreciable change from the middle of 2011 to the end of 2012 in terms of radioactivity.
The next city in our study, Iitate, is about 38km northwest of the Fukushima Daiichi reactor site, and shows both more significant exposure and a noticeable decay curve.  What is notable about the decay curve is that a decay half-life can be estimated to reasonable precision with the best-fit exponential decay function.  From this method we can estimate the decay half-life for surface radioactivity to be only one year from the two years starting in the middle of 2011.  This is notable as the decay half-life for the two dominant radioisotopes, Cs-134 and Cs-137, are two and thirty years respectively.  This implies that there are additional mechanisms at work in Iitate which are moving radioactive material away from the surface, such as erosion and the deposition of new topsoil, which are accelerating the decay of measurable radioactivity at the surface.セーフキャストプロジェクトの素晴らしい利用法の一つは、前例のない規模で環境データを収集し分析できることです。セーフキャストでは、2年間にわたって日本における放射線データを収集してきました。今こそ日本の異なる地域横断での放射線変化を振り返ることができます。

Radioactivity in Inzai, Japan
Radioactivity in Inzai, Japan. 18 months worth of data.
Safecast data from Iitate, Japan.
Radioactivity in Iitate, Japan. 24 months worth of data.

2つの街での計測

福島第一原発の事故が日本全国で放射線について共通の認識をするようにいたった間、私達は国内の広い範囲にわたって十分な計測を続けてきました。国内のほとんどの場所は、311以前と背景の放射線量があまり変わっていません。(一分間に約30~40カウント)。 この事の一例として印西市があります。印西市は東京と成田空港の間に位置し、メルトダウン地点から193km南西の場所に位置します。最初のグラフはバックグラウンドレベルがわずかに通常考えられるよりも高いことを示していますが、放射線の観点では、2011年の半ばから2012年の終わりまであまり変化はありません。
次の研究対象の街は、福島第一原発から北西に約38kmのところに位置する飯舘市です。かなりの被ばくと顕著な減衰曲線を示しています。減衰曲線で注目に値する点は、半減期が指数関数的減衰関数に適合して妥当な精度で推定できていることです。この方法により私たちは表面放射能の減衰半減期が2011年半ばに始めた2年間からわずかに1年であることを推定することができました。これは2つの主要な放射性同位元素であるCs134とCS137の減衰半減期が、それぞれ2年と30年なので、注目に値するのです。このことは、追加のメカニズムが飯館村には作用していて、放射性物質が表面から離れていることを示しています。たとえば、侵食や新しい表土の堆積といったものにより表面の測定可能な放射線減衰を加速させているのです。

The start of a larger analysis

Below is a series of radioactivity versus time graphs for eight locations across Japan over the past two years.  All of the data was taken from the Safecast public database with selection areas consisting of squares 2km on a side selected around a given GPS coordinate.

latitude: 37.7608337N
longitude: 140.4747282E
Distance to Fukushima Daiichi reactor: 62km NW
Start time: 5/5/2011  10:05:08 AM
Estimated half-life: 1.0 years
Stop time: 5/1/2013  9:32:00 AM
Estimated half-life: 1.0 years

Data link

latitude: 37.4472222N
longitude:141.0055556E
Distance to Fukushima Daiichi reactor: 4km NW
Start time: 9/24/2011  1:32:22 AM
Stop time: 5/1/2013  7:35:37 AM
Estimated half-life: 1.8 years

Data Link

latitude: 37.6791903N
longitude: 140.7352474E
Distance to Fukushima Daiichi reactor: 39km NW
Start time: 5/6/2011  4:41:58 PM
Stop time: 4/29/2013  8:03:56 AM
Estimated half-life: 1.1 years

Data Link

latitude: 35.8323485N
longitude: 140.1458154E
Distance to Fukushima Daiichi reactor: 193km NW
Start time: 6/26/2011  5:05:39 PM
Stop time: 11/17/2012  11:04:28 PM
Estimated half-life: NA

Data Link

latitude: 37.5131313N
longitude: 140.3938904E
Distance to Fukushima Daiichi reactor: 57km W
Start time = 5/25/2011  3:21:34 PM
Stop time = 5/1/2013  9:14:07 AM
Estimated half-life: 1.4 years

Data Link

latitude: 37.4945855N
longitude: 141.0006538E
Distance to Fukushima Daiichi reactor: 9km N
Start time: 9/16/2011  11:56:10 PM
Stop time: 5/1/13 7:44
Estimated half-life: NA

Data Link

latitude: 37.2826405N
longitude: 140.9934863E
Distance to Fukushima Daiichi reactor: 16km S
Start time: 9/24/2011  1:12:37 AM
Stop time: 4/26/13 5:12
Estimated half-life: 2.7 years

Data Link

latitude: 37.4044283
longitude: 140.9833544
Distance to Fukushima Daiichi reactor: 5km SW
Start time: 9/24/2011  1:28:22 AM
Stop time: 1/1/2013  8:40:52 AM
Estimated half-life: 0.6 years

Data Link

Where to go from here?

All of the above decay curves were generated using uniform squares of four square kilometers in area.  While this decreases spatial resolution it is useful for gathering significant statistics for a given location.  Further analysis could compare the relationship between the area of a study and the characteristics of the decay curve.  Similarly, this first look doesn’t consider the geography of the location.  It would stand to reason that the topography, soil, and climate of a given location should have a noticeable impact on the rate of change in surface radioactivity.  Generally, as the number of readings increases over time, the significance of the analysis from any location should improve.

より広域な分析

以下は、過去2年間にわたり、日本国内の8ヶ所の一連の放射線と時間を軸としたグラフです。データはすべてセーフキャストの公開されているデータベースから抽出されており、選択地域は得られたGPS座標のまわりで1辺が2キロの正方形からなるものです。

緯度: 37.7608337N
経度: 140.4747282E
福島第一原発からの距離: 62km NW
開始時刻: 5/5/2011 10:05:08 AM
推定半減期: 1.0 years
終了時間: 5/1/2013 9:32:00 AM
推定半減期: 1.0 years

Data link

緯度: 37.4472222N
経度: 141.0055556E
福島第一原発からの距離: 4km NW
開始時刻: 9/24/2011 1:32:22 AM
終了時間: 5/1/2013 7:35:37 AM
推定半減期: 1.8 years

Data Link

緯度: 37.6791903N
経度: 140.7352474E
福島第一原発からの距離: 39km NW
開始時刻: 5/6/2011 4:41:58 PM
終了時間: 4/29/2013 8:03:56 AM
推定半減期: 1.1 years

Data Link

緯度: 35.8323485N
経度: 140.1458154E
福島第一原発からの距離: 193km NW
開始時刻: 6/26/2011 5:05:39 PM
終了時間: 11/17/2012 11:04:28 PM
推定半減期: NA

Data Link

緯度: 37.5131313N
経度: 140.3938904E
福島第一原発からの距離: 57km W
開始時刻: 5/25/2011 3:21:34 PM
推定半減期: 1.4 years

Data Link

緯度: 37.4945855N
経度: 141.0006538E
福島第一原発からの距離: 9km N
開始時刻: 9/16/2011 11:56:10 PM
終了時間: 5/1/13 7:44
推定半減期: NA

Data Link

緯度: 37.2826405N
経度: 140.9934863E
福島第一原発からの距離: 16km S
開始時刻: 9/24/2011 1:12:37 AM
終了時間: 4/26/13 5:12
推定半減期: 2.7 years

Data Link

緯度: 37.4044283
経度: 140.9833544
福島第一原発からの距離: 5km SW
開始時刻: 9/24/2011 1:28:22 AM
終了時間: 1/1/2013 8:40:52 AM
推定半減期: 0.6 years

Data Link

ここからどこへ?

半減曲線は4平方キロメーターの区画で計算しています。これが空間分解能を減少させている一方で、特定の場所に対する有意な統計情報を収集することができます。さらなる分析により調査の地域間や減衰曲線の特長間の関係を比較することができます。同様に、この最初の傾向には、その土地の地形を考慮していません。特定の場所の地形や土壌、気候が表面放射能の変化率に顕著に影響を与えるのは当然のことでしょう。一般的に、測定データの数が徐々に増すにつれ、どの位置においても、分析の有意性は改善するはずなのです。
翻訳:Toshiyuki Arai