25 Jahre nach Tschernobyl sollte man denken, dass es genügend Informationen und Arbeiten geben, um eine vollständige radiologische und radiomedizinische Bilanz zu ziehen. Doch vieles scheint auch heute noch umstritten. Hier will ich mich mal mit der in Tschernobyl und in Fukushima freigesetzten Radioaktivität beschäftigen. Meine Hauptquellen zu diesem Thema war der letzte grosze UNSCEAR Bericht (Sources and Effects of Ionizing Radiation, Annex D Health Effects due to Radiation from the Chernobyl Accident) und verschiedene Berichten und Graphiken, die ich auf der IRSN (Institut de Radioprotection et de Sûreté Nucléaire, welches auch diese sehr informative Broschüre herausgegeben hat) Webseite zu Fukushima gefunden habe. Insbesondere die UNSCEAR Berichte halte ich für absolut seriös gemachte Zusammenfassungen der wissenschaftlichen Literatur zu Tschernobyl. Ich bin völlig mit George Montbiot (und mit Eduardo) einverstanden, dass das UNSCEAR Project zum Thema Tschernobyl und die Folgen vergleichbar ist mit dem IPCC Bericht zum Klimawandel und ich habe keinerlei Grund gefunden, an der Seriosität dieser UN Arbeitsgruppe zu zweifeln.
Bild 1: Der Reaktorblock 4 in Tschernobyl am 26. April um 1:23. Das Einwerfen der Stäbe mit ihren Graphitblöcken an der Spitze beim Notaus führte zu einer winzigen und schliesslich fatalen Leistungsspitze. Der letzte in einer Reihe fataler Fehlentscheidungen. Wikipedia beschreibt die Stunden vor der Explosion sehr detailliert.
Eine ganze Reihe von Radioisotopen wurden durch die verschiedenen nuklearen Aktivitäten des Menschen in die Umwelt freigesetzt. Seit Otto Hahn, Liese Meitner, Otto Frisch und Fritz Strassmann das erste Mal künstlich eine Kernspaltung provozierten und erkannten, welche ungeheuren Energiemengen dabei frei werden, werden also vom Menschen “künstlich” Radioisotope produziert und schliesslich freigesetzt. Einige dieser Radioisotope existieren natürlicher Weise, d.h. sie werden etwa in der hohen Stratosphäre durch das Bombardement durch kosmische Strahlung produziert oder existieren seit je her in der Erdkruste wie etwa Uran- oder Thorium-Isotope. Die vom Menschen produzierten Mengen gehen im allgemeinen Hintergrundrauschen da meist unter. Das sind die also Fälle, die uns jetzt nicht zu interessieren brauchen.
Bild 2: Der Red Forest, der direkt um den Reaktorbereich in Tschernobyl gelegen ist. Etwa 100Gy Gammastrahlung und über Monate hinweg um die 5mGy/h Stunde durch das direkt neben dem Reaktor nieder gekommene Radio-Cäsium waren für die dort vorherrschenden Nadelbäume tödlich.
Im zweiten Fall aber, existieren die entsprechenden Radioisotope durchaus, aber die künstlich vom Menschen erzeugten Mengen an Strahlern übersteigt die natürliche bei weitem. Das war beispielsweise bei den Atomwaffentests in den 50er/60er Jahren der Fall. Amerikaner und Russen bombten in dutzenden oberirdischen Tests mit Nuklearwaffen klassischer Bauart (Uran und Plutonium Bomben) und dann auch mit gigantischen Wasserstoffbomben ganze Gegenden in Grund und Boden. 1963 war dann mit dem schlimmsten Wahnsinn Schluss und nur noch die Chinesen und Franzosen fanden Anlass, das Eine oder Andere auszubrobieren. Unter anderem wurden bei dem ganzen Herumgeteste, dessen Peak auf das Jahr 1961 fällt, grosze Mengen von 14C und Tritium=3H in die obere Troposphäre und Stratosphäre freigesetzt, die somit als deutliche erkennbare Marker in den Kohlenstoffzyklus einerseits (als 14CO2) und in den Wasserzyklus andererseits (HTO) eintraten. Es gibt unzählige Arbeiten, die diese politisch sicher wahnsinnigen und gesundheitsgefährdenden Bombenversuche wissenschaftlich auszunutzen versuchen. Wissenschaftler sind eben Parasiten jedweden menschlichen Unglücks und Wahns.
So konnte man durch die damals sofort durchgeführten atmosphärischen 14C Messungen (liegt immer als CO2 vor) etwa den Austausch zwischen Stratosphäre und Troposphäre berechnen (~3 Jahre) oder versuchen abzuschätzen, wie schnell der Ozean das Kohlendioxid aufnimmt (1/3 des atmosphärischen CO2 für den Ozean, 2/3 für die terrestrische Biosphäre). Mit kontinuierlichen Messungen im Ozean dann wurde die Mischung von Oberflächenwasser in tiefere Schichten bestimmt. Es gibt aber ausser diesen geophysikalischen Anwendungen auch wirklich wichtige Anwendungen: Man kann etwa einen Chateau Lafitte Rothschild 1982 als gepanscht entarnen (hat nichts mit dem radioaktiven Zerfall des 14C zu tun, die klassische 14C Datierungsmethode).
Ähnlich erging es dem Tritium. Während das Bomben 14C mit seiner 5700 Jahren langen Halbwertzeit für die Anwendungen, die ich oben erwähnte, praktisch eine konstante Gesamtmenge darstellt, so zerfällt die Hälfte des Tritiums in 12 Jahren, so dass wir heute praktisch wieder auf dem Vorbomben-Niveau angekommen sind. Und natürlich konnte man durch die HTO Messungen einiges zum Thema Wasserkreislauf lernen.
Als um 1h23 nachts am 26. April 1986 in Tschernobyl der Reaktormantel barst, war dies der Beginn der Freisetzung einer ungeheuren Menge verschiedener Radioisotope. So zynisch es klingen mag: auch hier konnte man so einiges zur Biogeochemie der verschiedenen chemischen Elemente lernen. Zuerst mal die Gesamtbilanz der beim Reaktorunfall 1986 entlassenen Strahlung. Sehr wenig hört man vom 133Xe, das mit 6500 PBq (Peta = 1*10^15) den grössten individuellen Anteil an der Gesamtaktivität hat. Ich vermute mal, dass das Edelgas Xenon so gut wie keine Interaktion mit dem Menschen (wie immer behauptet die ausser Rand und Band geratene Helen Caldicott das Gegenteil) und allgemein der Biosphäre hat und es deshalb so selten erwähnt wird. Dabei hatte gerade das “Neutronengift” 135Xe ganz wesentlichen Anteil am Zustandekommen des eigentlichen Unfalls. Aber das nur am Rande.
Bild 3: Wieviel Strahlung durch welche Quellen? Mit einem mehrmonatigen Aufenthalt in La Paz vor ein paar Jahren bin ich auch gut dabei.
Die allgemein bekanntesten drei Strahler 131I (1200 PBq), 137Cs (85 PBq) und 90Sr (115PBq) sind in der Atmosphäre in Aerosolen gebunden und werden teilweise sehr weit transportiert. Allein auf Grund der physikalischen Hallbwertzeit verschwand natürlich 131I (8 Tage) sehr schnell aus dem System (nicht ohne einen beachtlichen gesundheitlichen Schaden angerichtet zu haben, davon mehr im zweiten Teil). Mittelfristig bleiben also insbesondere die beiden Isotope 137Cs und 90Sr übrig, beide mit ihrer ganz eigenen Geochemie, die mehr noch als ihre physikalische Halbwertzeit bestimmt, wie lange Menschen der durch sie verursachten ionisierenden Strahlung ausgesetzt sind. Und sind die beiden erstmal in ca. 100-200 Jahren völlig verschwunden, bleiben dann schliesslich nur noch die Transurane 240+239 Plutonium und 241 Americium übrig. Diese Transurane sind grösztenteils im eigentlichen Reaktormaterial gebunden bzw werden darin “erbrütet” ie das Americium. Sie konzentrierten sich nach der Explosion und nach dem anschliessenden Graphit-Feuer in der unmittelbaren Umgebung des Reaktors. Diese so genannten “hot particles” werden mit der Zeit aber eher korrosiv weiter zersetzt und die bis dahin gebundenen Transurane so mobilisiert. Dies ist wohl der entscheidende Grund, dass die 30km Sperrzone rund um den ehemaligen Reaktor es auch für eine effektive Ewigkeit bleiben wird.
Bild 4: 137 Cs Boden-Deposition in kBq/m2. Der rote Bereich von ca 1500 kBq/m2 an entspricht in etwa einer Belastung von 20 mSv/Jahr. Das kleinskalige Muster kommt durch das komplizierte Zusammenspiel von Emissionen und Niederschlägen zustande.
Kommen wir zurück zu den meist diskutierten Radioisotopen 131Jod, 137Cäsium und 90Strontium. Um zu wissen, wann wo wieviel dieser Radioisotope entweder “trocken” (dry deposition) oder “feucht” (wet deposition, also durch Regen ausgewaschen, was deutlich effektiver ist) niedergekommen ist, ist das ja viel diskutierte 131I leider ein schwieriger Fall. Einmal durch die Nahrung eingenommen, wird es mit praktisch 100% Effektivität vom menschlichen Körper absorbiert. Bei 137Cs ist es etwa nur zu 60%. Das Jod wiederum wird fast vollständig in der Schilddrüse angelagert, weswegen ja auch die Radioisotopen-therapie bei Schilddrüsenerkrankungen mit 131I durchgeführt werden kann, ohne eine wesentliche Schädigung anderer Organe fürchten zu müssen.
Bild 5: Vorsicht. Die Farbskala ist nicht die zum Bild 4 oben, sondern die zum Bild 8 unten, also zur 137Cs Deposition rund um Fukushima. Die Werte geben einem aber doch einen Eindruck welcher Bq Wert zu welchem mSv Wert so passt. Ausserdem geben die an, wieviele Menschen in welcher Gefährdungszone um Fukushima leben oder gelebt haben.
Die Deposition der Radioisotope ist ja teilweise sehr kleinskalig (siehe Bild 4) und so konnten damals gar nicht genug 131I Messungen gemacht werden, um ein präzises Bild der eigentlichen Einträge in ganz Europa zu rekonstruieren. Um es dann dennoch im Nachhinein zu versuchen, versucht man dann im Wesentlichen drei Methoden, die die fehlenden direkten Messungen ersetzen sollen.1) Man kann entweder die obige Prozesse (dry und wet deposition, Transport) in Klimamodellen modellieren und die damalige Wettersituation nach dem Unfall “nachsimulieren”, oder (2) das langlebige 129J messen, dass – da chemisch gleich – die gleiche Depositionsgeschichte haben sollte und (3) behaupten, dass 131I sich bei der Deposition ungefähr so verhält wie das viel besser vermessene 137Cs. Alles an sich keine schlechte Idee, doch leider sind (1) und (3) sehr unsicher und (2) sehr teuer. Warum aber eine so präzise Kartierung des Radiojods? Es wird verantwortlich gemacht für den ansonsten bei jungen Menschen sehr seltenen Schilddrüsenkrebs. Um also Korrelationen zwischen dessen Auftreten und eventuell auch schwachen Dosen von 131I zu erhalten, benötigt man sehr gute Depositionskarten.
Beim Radio-Cäsium und Radio-Strontium geht das alles viel einfacher. Bild 4 zeigt die Deposition des Cäsium Isotops 137 in der weiteren Umgebung von Tschernobyl. Das heterogene Muster entsteht aus seiner Vielzahl von Faktoren. Während der zwei Wochen, in denen der Reaktor brannte und völlig offen war, waren doch die radioaktiven Emission keineswegs immer gleich. Überraschenderweise waren sie zu Beginn und zum Ende hin besonders hoch. Und in diesen zwei Wochen hat es eben mal in die eine oder andere Richtung geweht und in der einen oder anderen Gegend dann auch geregnet.
Cäsium und Strontium sind ja Langzeit-Probleme, beides mit physikalischen Halbwertzeiten in mehreren Dekaden. Es ist also bei beiden sehr interessant festzustellen, wie lange sie eigentlich in den verschiedenen biologischen Subsystemen bleiben und ob sie sich in einer Form befinden, so dass sie noch von Tieren und Pflanzen aufgenommen werden können. Die Resultate waren dabei für mich zumindest recht erstaunlich. Kaum am Boden angekommen, verhalten sich Cäsium und Strontium sehr unterschiedlich. Während Cäsium auf reichen Böden mit viel organischen Material relativ schnell nach unten aus der Wurzelzone von etwa Gräsern herausdiffundiert, ist es bei Strontium genau umgekehrt. Die biologische Halbwertzeit von 137Cs auf solchen Böden ist also deutlich unter der physikalischen, während auf trockenen Wiesen das 137Cs fast unverändert auch nach 10 Jahren in den oberen 10 cm verharrte.
Bild 6: Dis 137Cs Belastung von Milch im Raum München. Man beachte den Jahrespeak nach der Verfütterung des Heus des Vorjahres.
Im UNSCEAR Report ist etwa die 137Cs Konzentration in Milch im Münchner Umland zu sehen, einer Region mit relativ reichen Böden. Milch ist in sofern ein gutes Masz, weil in den groszen Molkereien Milch von hunderten von Kühen zusammengeschüttet und somit gemittelt wird. Der 137Cs Gehalt der Milch ging also in 2-3 Monaten um zwei Gröszenordnungen zurück, was eine Idee gibt, wieviel schneller als die physikalische Halbwertzeit das Cäsium auf solchen Böden von der Oberfläche verschwinden kann. Der überraschende Wiederanstieg ein paar Monate später kommt natürlich daher, dass teilweise Heu des Vorjahres verfüttert wurde. In der Region um Tschernobyl sah das nur teilweise ähnlich aus. In der Ukraine und Weissrussland gab es noch zahlreiche Bauern mit nur einer oder zwei Kühen, die auf sehr armen, trockenen Böden grassten (nicht so bei den groszen Kolchosen natürlich). Auf solchen Böden konnte es dann zu wirklich stark überhöhten 137Cs Werten kommen (viele tausende von Bq pro Liter). Das Füttern mit dem Heu vom Vorjahr ist ja nun eine bittere Notwendigkeit (man darf ja in der Diskussion um die Kernkraft nicht mehr mit Notwendigkeiten argumentieren. Bei einer hungrigen Kuh darf man aber), also kam es zum massiven Einsatz (halbes Kilo pro Kuh und Tag!) von “Prussian blue” , was zur verstärkten Ausscheidung von Cäsium führt. Beim Menschen ist das Futtern von einem Pfund Prussian Blue pro Tag vielleicht ein bisschen schwer durchzuhalten.
So einen Memory Effekt wie durch das Heu des Vorjahres bei der Milch gab es übrigens auch bei den atmosphärischen 137Cs Messungen. Bild 7 zeigt zwei atmosphärische Messreihen in der Ukraine/Weissrussland. Nach dem zu erwartenden schnellen Abfall in den ersten zwei/drei Jahren kommt es plötzlich Anfang der Neunziger zu einem erneuten Anstieg. Was war geschehen? Grosze Waldbrände in der Ukraine und Russland haben einen Teil des aufgenommenen Radio-Cäsium wieder aktiviert. Dieser Einäscherungseffekt ist übrigens eine der wenigen Methoden, wie man sich heute noch relevanten Mengen von 137Cs aus Tschernobyl aussetzen kann. Einige Biofuel-Anlagen in Skandinavien sind so wohl auf ganz beachtliche Strahlungswerte in der zurückbleibenden Asche gekommen.
In Wäldern bleibt der vertikale Transport von 137Cs wohl sehr gering und so schaffen es Pilze, Beeren und deren Konsumenten wie Elche und Wildschweine immer wieder zu recht beachtlichen 137Cs Werten. Ernährt sich aber nicht hauptsächlich von diesen, dann kann man sagen, dass beide Radioisotopen im Wesentlichen aus den für den Menschen wichtigen natürlichen Zyklen verschwunden sind.
Bild 7: 137Cs Messungen in der näheren Umgebund des Tschernobyl Reaktors. Man beachte den Memory-Effekt 5 Jahre nach der Reaktorkatastrophe. 137Cs wurde mobilisiert als es in der Ukraine und Russland zu grossen Waldbränden kam.
Vielleicht zum Abschluss ein vorläufiger Vergleich zwischen der freigesetzten Strahlung in Fukushima. Vor kurzem ging eine erneute Katastrophennachricht zu Fukushima durch die Presse. Die freigesetzte Strahlung betrüge das Doppelte von dem, was bisher so gedacht wurde.
“The nuclear safety agency now says 770,000 terabecquerels escaped into the atmosphere following the 11 March disaster – more than double its earlier estimate of 370,000 terabecquerels.
Although the amount is just 15% of the total released at Chernobyl in Ukraine in 1986 – the world’s worst nuclear disaster – it suggests the contamination of the area around the plant is worse than first thought. ”
Hmmm, 770.000TBqs also. Machen wir das erstmal ein bisschen handlicher und aus ideologischen Gründen kleiner : 770 PBq also = 15% von Tschernobyl ?
Ich habe mal die Werte aus Tabelle A1 des UNSCEAR Reports genommen, und von dort eben nur die wichtigsten Strahler :
133Xe 6500 PBq
129Te 240 PBq
132Te 1150 PBq
131I 1760 PBq
133 I 910 PBq
89/90Sr 125 PBq
239 Np 400 PBq
Der ganze Rest 500 PBq
Summe ~11600 PBq, womit die jetzt doppelt so groszen 770 PBq eigentlich nur noch 6.6% statt 15% betrügen. Was habe ich übersehen ? Keine Ahnung. Der Umwelt-Journalist Axel Weiss vom SWR, der mich darauf gebracht hatte, scheint jedenfalls auch keine Antwort zu wissen. Oder man interessiert sich halt eben bei den Journalisten im heiligen Atomkrieg gar nicht mehr dafür, Zahlen und Fakten richtig hin zu bekommen und 7% sind eben nicht schlimm genug ? Überflüssig zu erwähnen, dass die Anti-Atom Bewegung diese Zahlen irgendwie ganz anders interpretiert und, ja tatsächlich, Fukushima doch tatsächlich mindestens so schlimm findet, wenn nicht schlimmer, als Tschernobyl (etwa hier oder hier, die wie immer völlig losgelöste Helen Caldicott. Ihr Video lohnt sich nochmals getrennt zu besprechen. Hilarious.)
Bild 8: 137Cs Deposition in direkter Nähe zu den beschädigten Reaktoren in Fukushima. Farbskala siehe auch Bild 5.
Wieviel 137 Cs findet sich rund um Fukushima und wieviel ist das im Vergleich zu Tschernobyl ? Die vom IRSN erstellte Grafik in Bild 8 zeigt, dass dort die Konzentration bis auf 30.000 kBq/m2 raufgehen kann, deutlich mehr als in der entsprechenden Grafik in Bild 4. Bedeutet das nun, dass in Fukushima gar mehr Radio-Cäsium ausgestossen wurde? Sicher nicht. Zwei Gründe sind für die Unterschiede der Maxima in Bild 4 und 8 wahrscheinlich verantwortlich. (1) In Tschernobyl stieg der Ausstoss durch das Feuer deutlich höher hinauf und wurde damit auch weiter verteilt. (2) Ausserdem ist in Bild 8 die räumliche Auflösung viel höher als in Bild 4. In Fukushima drehte während der Emissionsphase nur einmal relativ kurz der Wind , was auch noch mit Regen und Schnee verbunden war. So wurde das meiste relativ nah um den Reaktor deponiert.
Wer mit den kBq/m2 nicht so viel anfangen kann, der beachte die Umrechnung in mSv pro Jahr (Bild 5). Werte die bedenklich sind (rot > 100mSv/a) liegen weitestgehend in der 30km Zone. Schon etwas ausserhalb fallen die Werte unter 20mSv/a , einen Wert den man auch natürlicherweise in einigen Gegenden findet (siehe Bild 3). Sicher wird man in den nächsten Monaten einige Gebäude reinigen müssen und es ist auch besser so einiges an Erdreich zu entsorgen. Im Wesentlichen wird es aber, wie ich oben schon erklärt habe, darauf ankommen wie die Bodenbeschaffenheit ist und wie sich dann die Radioisotope in der Bodenmatrix vertikal verschieben. Und da steht es vielleicht gar nicht mal so schlecht. Der lehmige feuchte Boden (soweit man das in den Fernsehbildern erkennen kann), der relativ reich an organischem Material ist, sollte doch eigentlich einen schnellen vertikalen Transport des 137Cs befördern ? Man wird sehen .
Im zweiten Teil zum Thema Tschernobyl soll es darum gehen, welche gesundheitlichen Schäden der Reaktorunfall verursachte.
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