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Spurenanalyse weltweit - Analyse der Freisetzung aus Fukushima

  • Die CTBTO verfügt über ein weltweites Netzwerk, das bei vollem Ausbau u. a. aus 80 Radionuklidmessstationen zum Nachweis von an Luftstaub gebundenen Radionukliden besteht. 40 dieser Stationen sind zusätzlich mit Systemen zur Messung radioaktiven Xenons ausgestattet.
  • Eine dieser Radionuklidmessstationen betreibt das BfS auf dem Schauinsland bei Freiburg im Breisgau.
  • Nach dem Unfall im Kernkraftwerk in Fukushima, Japan, im Jahr 2011 konnten von der Messstation geringste Spuren der Radioaktivität aus Fukushima nachgewiesen werden.

Auf der Weltkarte sind alle Radioaktivitätsmessstationen der CTBTO eingetragen. Radioaktivitätsmessnetz CTBTODas weltweite Messnetz der Messstationen der CTBTO (Stand: 11.04.2023). Mit "R" gekennzeichnete Stationen verfügen über Systeme zur Bestimmung von an Luftstaub gebundener Radioaktivität (wie zum Beispiel Cäsium-137). Stationen, die mit "R+" gekennzeichnet sind, verfügen zusätzlich über ein Edelgas-Messsystem zur Bestimmung radioaktiver Xenon-Isotope. Quelle: © CTBTO (https://www.ctbto.org/map/#)

Die Internationale Organisation zur Überwachung des Kernwaffenteststoppabkommens (Comprehensive Nuclear-Test-Ban Treaty Organization, CTBTO) verfügt über ein weltweites Netzwerk von zur Zeit 72 in Betrieb befindlichen Radionuklidmessstationen, um Radionuklide nachweisen zu können, die an Luftstaub gebunden sind. Darüber hinaus sind 31 dieser Stationen mit Systemen zur Messung radioaktiven Xenons ausgestattet. Bei vollem Ausbau soll das Netzwerk 80 Radionuklidmessstationen weltweit betreiben, von denen 40 mit Edelgasmesstechnik ausgestattet sind.

Eine dieser Radionuklidmessstationen wird vom Bundesamt für Strahlenschutz (BfS) auf dem Berg Schauinsland bei Freiburg im Breisgau betrieben. Seine Messsysteme sind zertifiziert:

  • Das Messsystem für den Nachweis an Luftstaub gebundener Radionuklide ist seit 2004 nach den Vorgaben der CTBTO zertifiziert. Dieses Messsystem wurde im Rahmen eines Stationsneubaus ersetzt und im Januar 2019 von der CTBTO revalidiert.
  • Das Edelgasmesssystem, das seit 2004 als Bestandteil des sogenannten internationalen Edelgasexperiments in Betrieb ist, wurde am 11. November 2013 von der CTBTO zertifiziert.

Radioaktives Xenon ist ein Edelgas. Es wird im Gegensatz zu Jod-131 weder auf dem Boden abgelagert noch gelangt es in Nahrungsmittel und ist daher für den Strahlenschutz vergleichsweise unbedeutend. Es ist jedoch einer derjenigen radioaktiven Stoffe, die bei einer möglichen Freisetzung - zum Beispiel aus Kernkraftwerken oder aus Isotopenproduktionsanlagen für medizinische Anwendungen - besonders schnell entweichen. Xenon wird aus der Atmosphäre nicht durch Regen ausgewaschen und kann daher leicht über große Entfernungen transportiert werden.

Das BfS hat zusammen mit der Bundesanstalt für Geowissenschaften und Rohstoffe (BGR) für Deutschland die Aufgabe des nationalen Datenzentrums und bewertet die Daten aus dem Messnetz der CTBTO.

Die Messstationen der CTBTO zielen nicht auf einen möglichst schnellen Nachweis von Radioaktivität ab, sondern sind darauf ausgelegt, kleinste Spuren von künstlicher Radioaktivität nachweisen zu können. Durch die hierfür eingesetzten zeitaufwändigen Verfahren liegen die Ergebnisse erst mit einem zeitlichen Versatz von circa drei Tagen nach Ende des Probenahmezeitraums vor.

Ergebnisse der Spurenanalyse zum Unfall in Fukushima

Nach dem Unfall im Kernkraftwerk in Fukushima, Japan, im Jahr 2011 konnten von der Messstation des BfS bei Freiburg konnten noch geringste Spuren der Radioaktivität aus Fukushima nachgewiesen werden, die auch belegen, dass die Mengen so gering waren, dass sie keine gesundheitliche Gefährdung darstellten.

Damit hat das Messnetz seine grundsätzliche Eignung unter Beweis gestellt, globale Ausbreitungen radioaktiver Stoffe in der Atmosphäre zu verfolgen und zu quantifizieren, was für die Einschätzung der radiologischen Lage von großem Vorteil ist.

Weltweiter Nachweis von Radionukliden

Weltweiter Nachweis von Radionukliden

Fukushima Freisetzung auf nördlicher Erdhalbkugel Animation Verteilung der Freisetzung radioaktiver Stoffe aus havariertem Kernkraftwerk FukushimaDie animierte Karte zeigt das Radioaktivitätsmessnetz der CTBTO und die zeitliche Abfolge nach dem Ereignis in Japan, in denen künstliche Radionuklide aus Fukushima an den Stationen gemessen und nachgewiesen wurden.

Die animierte Karte zeigt das Radioaktivitätsmessnetz der CTBTO und die zeitliche Abfolge, in der künstliche Radionuklide aus Fukushima an den Stationen nachgewiesen wurden. Die Stationen befinden sich an den auf der Karte eingezeichneten Punkten. Ein umgebendes Quadrat markiert die Orte, an denen zusätzlich radioaktives Xenon gemessen werden kann. Die Identifikationsnummern der Stationen werden auch in den Legenden der unteren Abbildungen verwendet.

Die Animation zeigt, wie sich die radioaktiven Stoffe mit den Westwinden zunächst über Nordamerika und dann über Europa in Richtung Osten ausgebreitet haben. Knapp drei Wochen nach dem Reaktorunfall vom 12. März 2011 wurde an allen auf der Nordhalbkugel der Erde gelegenen Messstationen Radioaktivität aus Fukushima nachgewiesen. Auf der Südhalbkugel wurde in diesem Zeitraum keine künstliche Radioaktivität aus Fukushima gemessen. Dies lässt sich mit dem sehr geringen Austausch von Luftmassen über den Äquator hinweg erklären. Lediglich in Neuguinea und auf den Fidschi-Inseln, die zu dieser Jahreszeit noch im Einflussbereich der Luftmassen der nördlichen Hemisphäre lagen, wurden kurzzeitig radioaktive Spuren aus Fukushima nachgewiesen.

Ab Mitte April 2011 war zu beobachten, wie die Aktivitätskonzentrationen für künstliche Radionuklide zunächst an den Messstationen im Pazifik und ab Anfang Mai 2011 auch in Europa wieder unter die Nachweisgrenze fielen. Dies ist hauptsächlich dadurch zu erklären, dass die an kleine Staubteilchen in der Luft gebundenen radioaktiven Stoffe aus der Luft ausgewaschen werden bzw. sich auf dem Boden ablagern.

Aktivitätskonzentrationen von Jod-131 und Cäsium-137

Zeitlicher Verlauf der Aktivitätskonzentrationen von Jod-131 und Cäsium-137 im Radioaktivitätsmessnetz der CTBTO

gemessene Jod-Konzentrationen nach dem Reaktorunfall in Fukushima Jod-131 an CTBTO-Messstationen 2011Zeitlicher Verlauf der bisher gemessenen Aktivitätskonzentration von Jod-131 in der Luft an neun repräsentativen Radioaktivitätsmessstationen des internationalen Messnetzes zur Überwachung des Kernwaffenteststoppabkommens.

Die Abbildungen auf der rechten Seite zeigen den zeitlichen Verlauf der Aktivitätskonzentrationen von Jod-131 und Cäsium-137 in der Luft an ausgewählten Messstationen des Messnetzes:

  • Takasaki (Station 38) nur circa 200 km süd-westlich des Reaktors Fukushima I gelegen,
  • Hawaii (Station 79) im Pazifik,
  • Sacramento (Station 70) an der Westküste und Charlottesville (Station 75) an der Ostküste der USA,
  • Island (Station 34) und São Miguel (Azoren, Station 53) im Atlantik sowie
  • der Schauinsland bei Freiburg (Station 33), Stockholm (Station 63) und Dubna (Westrussland, Station 61) auf dem europäischen Festland.

Wegen der extremen Unterschiede in den nachgewiesenen Aktivitätskonzentrationen sind die Messwerte logarithmisch dargestellt.

gemessene Cäsium-Konzentrationen nach dem Reaktorunfall in Fukushima Cäsium-137 an CTBTO-Messstationen 2011Zeitlicher Verlauf der bisher gemessenen Aktivitätskonzentration von Cäsium-137 in der Luft an neun repräsentativen Radioaktivitätsmessstationen des internationalen Messnetzes zur Überwachung des Kernwaffenteststoppabkommens. Die Grafik zeigt den Verlauf in den ersten drei Monaten nach dem Reaktorunfall.

In den ersten drei Wochen nach dem Reaktorunfall in Fukushima sieht man deutlich den Verdünnungseffekt mit zunehmender Entfernung zum Unglücksort. Im weiteren Verlauf gleichen sich die Messwerte der Stationen aneinander an, was auf eine abnehmende Freisetzung am zerstörten Kernkraftwerk sowie eine fortschreitende Durchmischung der Luftmassen der nördlichen Hemisphäre schließen lässt. Die Messwerte an der japanischen Station Takasaki (Station 38) liegen wegen der großen Nähe zum zerstörten Kernkraftwerk und der Kontamination des Messsystems selbst erwartungsgemäß erheblich höher.

In den Abbildungen ist zu erkennen, dass die Messwerte für Jod-131 schneller abnehmen als die für Cäsium-137, was auf die unterschiedlichen Halbwertszeiten der beiden Radionuklide zurückzuführen ist. Jod-131 zerfällt mit einer Halbwertszeit von 8 Tagen, Cäsium-137 hingegen zerfällt mit einer Halbwertszeit von 30 Jahren.

Mitte Mai 2011 sanken die Aktivitätskonzentrationen von Jod-131 an den dargestellten Stationen – mit Ausnahme der japanischen Station Takasaki (Station 38) – unter die stationsspezifischen Nachweisgrenzen. Diese Nachweisgrenzen sind unter anderem abhängig von den lokalen Gegebenheiten an den einzelnen Stationen und daher in der Grafik nicht als fester Wert, sondern als schraffierter Bereich dargestellt. Die Ereignisse von Fukushima haben eindrucksvoll gezeigt, dass das Radioaktivitätsmessnetz der CTBTO in einzigartiger Weise ermöglicht, eine weltweite Ausbreitung freigesetzter Radionuklide zu verfolgen und mögliche Auswirkungen auch in entfernteren Regionen abzuschätzen.

Weitere Informationen

Video des auswärtigen Amtes

Fukushima

Stand: 14.04.2023

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