Tschernobyl Katastrophe – Karten u. Ausbreitung radioaktiver Spaltprodukte durch den Reaktorunfall von Tschernobyl mit Karte

Am 26. April 1986 kam es im Kernkraftwerk Tschernobyl, nach einer Kernschmelze, zur Freisetzung radioaktiver Spaltprodukte. Durch den thermischen Auftrieb gelangten diese in 1500 – 2000 m hohe Luftschichten, mit denen sie zunächst über Litauen nach Finnland, Schweden und Norwegen transportiert wurden.
In Mittelschweden gelangten am 29. April größere Aktivitätsmengen, in Verbindung mit Regenschauern auf den Boden (PERSSON et al. 1986).
Die Freisetzung radioaktiver Spaltprodukte aus dem defekten Reaktor dauerte bis zum 13. Mai (GRS 1986). Insgesamt gelangte eine Aktivitätsmenge von 2 x 10 18 Bq in die Atmosphäre, wobei die Hälfte im Umkreis von 60 km um den Unfallort deponiert wurde (IAEA 1991).

Ausbreitung des in Tschernobyl-Fallouts

Am 30. April erreichten Luftmassen aus dem Raum Tschernobyl die deutsch-tschecho­slowakische Grenze und überquerten Deutschland in Richtung Belgien und Holland. Am 3. Mai wurde Deutschland erneut, diesmal in breiter Front, von Luftmassen überquert, die radioaktive Spaltprodukte mit sich führten (EHRHARDT und PANITZ 1986).   Während dieser Zeit kam es z.T. zu erheblichen Regenschauern, mit denen Radionuklide auf die Erdoberfläche gelangten. In Bayern wurde die Hauptmenge der Aktivität am 30. April abgelagert (BUNZL 1986), in Niedersachsen dagegen erst am 3./4. Mai (GEHY et al. 1986). In der Tabelle 1 ist die Flächenaktivität der einzelnen Nuklide aus dem Fallout für Neuherberg (bei München), im Zeitraum 29.4 – 9.5.1986 angegeben.

Tabelle der in Deutschland deponierten Radionuklide

Tab. 1:  Deposition verschiedener Radionuklide auf dem Boden in Neuherberg vom
29.4 – .5 1986, nach BUNZL (1986).

 Radionuklid      Deposition [kBq/qm]
 Sr 891) 2,2
Sr 901) 0,21
Mn 54 0,03
Mo 99 9,6
Ru 103 27
Ru 106 6,9
Ag 110m 0,4
Sb 125 1
I  131 92
Te 129m 30
Te 132 (J 132) 123
I  133 3,7
Cs 134 10,4
Cs 136 4,2
Cs 137 19
Ce 141 0,7
Ce 144 0,4
Ba 140 (La 140) 12
Pu 238 14 * 10-6
Pu 239 40 * 10-6

1) in der Zeit vom 29. April bis 2. Mai. In den folgenden Wochen wurden nur noch einige Prozent davon in der Deposition gefunden.

Das Isotop Tellur-132, das mit Jod-132 im radioaktiven Gleichgewicht steht, stellte zwar die größte Aktivitätskonzentration, war aber aufgrund seiner, mit 78 h kurzen physikali­schen Halbwertzeit strahlenbiologisch von geringer Bedeutung. Das traf auch für die  Isotope I-133 (21 h), Mo-99 (66 h), Ba-140 (13 d), Ru-103 (39 d) und Sr-89 (50 d) zu (Halbwertzeit in Klammern).

Die langlebigen, hoch toxischen Plutoniumisotope -238 und -239 kamen im Fallout nur in geringen Mengen vor.

Karte der Cäsium 137 Deposition für Europa

Zwischen Spaltprodukten aus dem Kernwaffen-, und dem Tschernobyl-Fallout bestehen grundsätzliche Unterschiede, sowohl bei der Bildung, der Ausbreitung als auch bei der Deposition: bei oberirdischen Atombombentests werden alle bei der Explosion entstehenden Spaltprodukte freigesetzt und gelangen durch hohen Druck und hohe Temperatur bis in die Stratosphäre. Längerlebige Spaltprodukte zirkulieren 1 – 2 Jahre in dieser Luftschicht, in der sich keine Niederschläge bilden, bevor sie durch die Troposphäre auf die Erdoberfläche gelangen. Ihre Deposition erfolgte zu etwa 10 – 20% auf trockenem und zu etwa 80 – 90% auf feuchtem Wege (LANGHAM 1965, MACHTA und LIST 1960).

Bei der Kernschmelze im Reaktor von Tschernobyl waren die Temperaturen viel niedri­ger als bei einer Atombombenexplosion. Daher wurden bevorzugt leicht flüchtige Elemente, wie Ruthenium, Tellur, Jod und Cäsium freigesetzt, während schwer flüchtige Elemente wie z.B. Strontium nur in relativ geringer Menge entwichen.

Das Verhältnis Sr-90 : Cs-137 betrug im globalen Kernwaffen-Fallout 1 : 1,6 (UNSCEAR 1977) im Tschernobyl-Fallout dagegen nur 1 : 90. Cs-134 wurde dagegen bei den  Atombombentests nur in Spuren, bei dem Reaktorunfall aber in relativ großer Menge gebildet.

Im Tschernobyl-Fallout betrug das Verhältnis Cs-134 : Cs-137 etwa 1 : 1,8 (BUNZL 1986, BSTMLU 1987).

In der Abbildung 1 ist die Cs-137 Deposition durch den Tschernobyl-Fallout 1986 für Europa als Karte dargestellt. Die Aktivitätsangaben sind kBq/km2. Es ist deutlich zu sehen, daß die Bodenkontamination in Weißrussland, einige Gebiete in Finnland, Schweden und Österreich  wesentlich höher ist als im übrigen Teil Europas. Diese inhomogene Verteilung ist i.w. durch die regional unterschiedlich starken Regenfälle bedingt, mit denen Cs aus den belasteten Luftmassen, zwischen dem 30. April und dem 5. Mai ausgewaschen wurde. Die Deposition in Deutschland wird in dieser Karte unterschätzt dargestellt.

Europa Karte der Cäsium 137 Deposition. Angaben in kBq pro Quadratmeter

Abb. 1: Karte der Cäsium-137 Deposition von Europa durch den Kernwaffen- und Tschernobyl-Fallout. Quelle: verändert nach EUR1673 EN/RU, Izrael et al. 1996

Die Karten der Deposition wurden verwendet, um die Gesamtmenge an Cäsium-137 zu schätzen, die infolge des Tschernobyl-Unfalls und seiner Verteilung auf die betroffenen Länder auf dem Territorium Europas abgelagert wurde. Es werden Vergleiche mit Schätzungen der Gesamtmenge an Cäsium-137 angestellt, die bei dem Unfall freigesetzt wurde.

Die meisten Daten wurden von oder über nationale Kontaktstellen in jedem Land bereitgestellt, die für die Qualität und Gültigkeit der Daten verantwortlich waren. Folglich war die Validierung der Daten durch die Projektmitarbeiter relativ rudimentär und beschränkte sich im Wesentlichen auf die Identifizierung und Korrektur von internen Inkonsistenzen in den Daten und / oder von Diskontinuitäten an den nationalen Grenzen.
Die Daten sind sowohl hinsichtlich ihrer räumlichen Auflösung als auch der Art der Messung, auf der sie basieren, unterschiedlich. Die gemeldeten Ablagerungsniveaus basieren unter anderem auf Luft-Gamma-Vermessungen, In-situ-Messungen von Gammadosisraten und der Gammaspektrometrie, Messungen von Bodenprofilen (häufig in unterschiedlichen Tiefen) usw.

Für die Zwecke dieser Studie wurde die Annahme getroffen, dass alle gemeldeten Daten die Gesamtmenge an Cäsium-137 repräsentierten, die zum Zeitpunkt und an dem Ort der Messung abgelagert war. In der Tabelle 1 ist die deponierte Radiocäsium Aktivität und die daraus berechnete Masse des Nuklids für verschiedene Länder angegeben.

Tab. 1. Cäsium 137 Deposition in Europa: Gesamt-Flächenaktivität und Masse für verschiedene Länder. Quelle: EUR1673 EN/RU, eigene Berechnungen

Land Fläche  [103 x km2 ] Deposition Deposition Gesamt-Inventar davon durch Tschernobyl
Gesamt Cs 137 in PBq Tschernobyl  Cs 137 in  PBq Masse Cäsium 137 [g] Masse Cäsium 137 [g]
Österreich 84 1,8 1,6 563 500
Weißrussland 210 15 15 4688 4688
Belgien 31 0,053 0,01 17 3
Kroatien 56 0,37 0,21 116 66
Tschechien 79 0,6 0,34 188 106
Dänemark 45 0,087 0,016 27 5
Estland 45 0,18 0,051 56 16
Finnland 340 3,8 3,1 1188 969
Frankreich 550 0,93 0,35 291 109
Deutschland 350 1,9 1,2 594 375
Griechenland 130 0,95 0,69 297 216
Ungarn 93 0,37 0,15 116 47
Irland 70 0,35 0,21 109 66
Italien 280 0,93 0,57 291 178
Lettland 64 0,25 0,055 78 17
Litauen 65 0,44 0,24 138 75
Luxemburg 2,6 0,008 0,003 3 1
Moldawien 34 0,4 0,34 125 106
Niederlande 35 0,062 0,01 19 3
Norwegen 320 2,5 2 781 625
Polen 310 1,2 0,4 375 125
Rumänien 240 2,1 1,5 656 469
Russland 3800 29 19 9063 5938
Slowakei 49 0,32 0,18 100 56
Slowenien 20 0,39 0,33 122 103
Spanien 500 0,38 0,031 119 10
Schweden 450 3,5 2,9 1094 906
Schweiz 41 0,36 0,27 113 84
Türkei 24 0,16 0,1 50 31
Ukraine 600 13 12 4063 3750
Großbritannien 58 0,88 0,53 275 166

Lesebeispiel: In Deutschland betrug die Gesamt Cs 137 Deposition rund 1,9 in PBq (=1,9 x 1015 Bq). Davon wurden 1,2 in PBq durch den Tschernobyl-Fallout deponiert (die verbleibenden 0,7 in PBq stammten aus den oberirdischen Atombombentests). Da die massebezogenen Aktivität von Cs-137 pro Gramm 3,2 x 1012 ist, war der Eintrag durch den Tschernobyl-Fallout 375 g Cäsium.

Radionuklid Deposition auf Wälder

Die Deposition von Cs auf Nadelwälder und Freiflächen erfolgte dabei unterschiedlich: nach Untersuchungen von BUNZL et al. (1989) wurden in einem 100-jährigen Fichten­wald 60 % der insgesamt zugeführten Cs-134 Aktivität zunächst im Kronenraum festge­halten (Abbildung 9). Mit der Zeit gelangte ein Teil dieses Cs durch Auswaschung, Windeinwirkung und Streufall auf den Waldboden. Dieser Prozeß war auch 600 Tage nach dem Fallout noch nicht vollständig abgeschlossen.

Der Wald erwies sich auch in anderer Hinsicht als effektiver Filter: durch trockene und feuchte Deposition auf Nadeln und Rinde verblieben hier 20 % mehr Cs-134 als auf den benachbarten Freiflächen.

Zeitverlauf der Deposition von Cäsium-134 in einem Wald nach dem Tschernobyl-Fallout

Abb. 2: Ablagerung von Cs-134 in einem alten Fichtenwald und im nahe gelegenen Grünland als Funktion der Zeit nach Beginn des radioaktiven Niederschlags. Die Daten wurden für den radioaktiven Zerfall bis zum 30. April 1986 korrigiert. Die Abscheidung von Cs-137 aus Tschernobyl kann durch Multiplikation der für Cs-134 angegebenen Werte mit 1,75 erhalten werden. [nach BUNZL et al. (1989)].

Portugal und Spanien sind kaum betroffen, Frankreich in geringerem Umfang als Deutschland

Im Süd-Westen von Europa wurden nur geringe Mengen Radioaktivität durch den Reaktorunfall in Tschernobyl deponiert. Entsprechend sind heute auch keine Nahrungsmittel aus Wäldern in Portugal oder Spanien durch Cäsium 137 radioaktiv belastet. In Portugal betrug die Cäsium 137 Deposition nur 0,02 kBq/m2, in Spanien 0,03 kBq/m2 (UNSCEAR 1988). In Frankreich wurden durchschnittlich 1,1 kBq/m2 Cs-137 deponiert.

Literatur

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Bunzel K., Schimack W., Kreutzer K., Schierl R., 1989: Interception and retention of chernobyl-derived Cs-134, Cs-137 and Ru-106 in a spruce stand. The Science of the Total Environment 78: 77-87.

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UNSCEAR United Nations Scientific Comittee on the Effects of Atomic Radiation, 1977: Sources and effects of ionizing radiation. United Nations, New York.

UNSCEAR 1988 – United Nations Scientific Committee on the Effects of Atomic Radiation, 1988: Sources Effects and Risk of Ionizing Radiation.