Reconstruction of fallout deposition from U.S. atmospheric nuclear tests conducted in New Mexico and Nevada

数十年にわたり、アメリカ合衆国の空はある静かで目に見えない重責を背負ってきました。1945年から1962年の間に、ニューメキシコ州とネバダ州の上空で101回の核兵器が空中爆発されました。これらは単なる力の爆発ではなく、風に乗って漂い、当時の人々には完全には捉えきれなかったパターンで全米に降り注いだ放射性塵の放出でした。科学者たちは長年、この塵がどこへ向かったのかをマッピングしようと試みてきましたが、その取り組みは、20世紀半ばの乏しいデータによって制限されることが多々ありました。彼らは核実験が行われたことも、放射能が放出されたことも知っていましたが、その放射性雲が辿った正確な経路、どれほど遠くまで移動したのか、そして全米のあらゆる場所に正確にどれだけの量が地表に沈着したのかについては、推測の断片的な集まりに過ぎませんでした。この歴史を理解することは、単に過去を振り返るための作業ではありません。それは、人口に対する長期的な健康への影響を評価し、このような事象が再び起こり得た場合に極めて重要となる、大気中における放射性物質の移動に関する知識基盤を理解するために不可欠なのです。

現在、研究チームは現代のテクノロジーを用いて、その目に見えない地図を驚くほど鮮明に描き直しました。強力なコンピュータモデルと利用可能な最良の歴史的気象データを組み合わせることで、彼らは各爆発後の最初の10日間における放射性降下物の旅路を再構築しました。その結果、核分裂生成物（原子核が分裂した際に生成される微粒子）が、連続するアメリカ合衆国全土にどのように広がったのかを示す、詳細で高解像度な図が得られました。この研究は単に空白を埋めるだけではありません。特に、爆弾が地上ではなく空中で作動した場合における粒子の挙動に関する従来の仮定を修正するものです。

研究者たちはまず、実験に関する既知の詳細事項をすべて収集しました。すなわち、発生場所、発生時期、威力、そして放射性雲がどの程度の高さまで上昇したかです。次に、それらの情報を高度な大気輸送モデル、つまり粒子が空気中をどのように移動するかをシミュレートするツールに投入しました。このシミュレーションをより正確なものにするため、彼らはERA5、すなわち1940年まで遡る世界の気象パターンを高度に再構成した最新のデータセットを用いてシミュレーションを実行しました。このデータセットがユニークなのは、1940年代や50年代の、以前は科学者が利用できなかったデジタル化された風向・風速観測データを取り込んでいる点にあり、これにより、実験が行われた当時の大気をかつてないほど鮮明に捉えることが可能となりました。

チームが最初にシミュレーションを実行した際、彼らはモデルが現実と一致しているかを確認するため、当時広く測定されていた放射性同位体であるヨウ素131の歴史的記録と比較しました。装置がタワーの上に設置された場合や地上に置かれた場合のテストについては、モデルは完璧に機能し、歴史的データと密接に一致しました。しかし、爆弾が飛行機から投下され、空中で爆発したテストについては、モデルの予測は実際に記録された降下量よりも大幅に少ないという結果になりました。この不一致により、研究者たちは極めて重要な発見に至りました。すなわち、空中爆発によって生成される放射性粒子のサイズに関する標準的な仮定が狭すぎたということです。モデルを調整して、極めて微細な塵から大きな粒まで、より幅広い粒子サイズを許容するようにしたところ、シミュレーションはようやく歴史的記録と一致しました。この調整は不可欠なものであり、空中爆発は、これまで考えられていたものとは異なる形で沈着する、より多様なデブリの混合物を作り出すことを明らかにしました。

モデルの較正と粒子挙動の修正が完了した後、チームは、1945年にニューメキシコ州で行われた最初の核実験「トリニティ」に注目しました。この出来事は、後年のネバダでのテストよりもモデリングによる注意が払われてこなかったのですが、それは当時の気象データが非常に乏しかったためです。しかし、この新しい再構築によれば、トリニティからの降下物は広範囲に及んでいたことが示されました。わずか10日間で、放射性プルームは大陸を横断し、46の州に物質を沈着させました。ワシントン州とオレゴン州のみが免れました。地図は、塵が中西部や五大湖地域にまで到達したことを示しており、これは爆発直後にインディアナ州やアイオワ州で見つかったストローボード包装などの材料に含まれていた放射性汚染の歴史的記述とも一致しています。

これらの発見が特定の気象シナリオによる偶然の産物ではないことを確実にするため、研究者たちはトリニティのシミュレーションを10回実行し、その都度、不確実性を考慮するために異なるバージョンの気象データを使用しました。変動があったにもかかわらず、大規模なパターンは頑固なまでに一貫していました。降下物は、ほぼすべての実行において同じ広大な領域に到達したのです。この堅牢性は、1945年の気象観測が今日ほど高密度ではなかったとしても、チームのトリニティ降下物のマップが正確であるという自信を与えています。

最後に、研究者たちは94のテストすべての結果を統合し、アメリカ合衆国の累積的な単一のマップを作成しました。この包括的な視点は、ニューメキシコ州とネバダ州におけるすべての非ゼロ収率の大気核実験による、放射性塵の総蓄積を示しています。このマップは、実験サイト付近での激しい局所的な降下を強調すると同時に、国家全体を覆う広範で低レベルな沈着層をも明らかにしています。放射量の総量は場所によって大きく異なりますが、この研究は、これらのテストによる漂流の影響を受けなかった地域は国内に存在しないことを裏付けています。

この研究は、米国の大気核降下に関する、これまでで最も詳細かつ物理学に基づいた再構築を提供しています。これは、散在する古い測定値の限界を超え、放射性物質が大陸をどのように移動したかについての、連続的で時間軸に沿った姿を提示するものです。粒子のサイズに関する仮定を修正し、利用可能な最も高度な気象データを用いることで、本研究はこれらの実験が残した環境的遺産についてのより明確な理解を提供します。それは、爆発の物理学と、降下物がもたらす長期的な現実との間の溝を埋め、具体的な健康リスクへと翻訳される可能性のある将来の研究のための強固な基礎を築くものです。