Als im März ein schweres Erdbeben zusammen mit einem Tsunami das Kernkraftwerk Fukushima-Daiichi verwüstete, entwickelte sich ein nukleares Desaster, dessen Ausmaße wohl noch größer sind, als die japanische Regierung eingesteht. Zu diesem Schluss kommt eine Studie, für die Forscher Daten zur Strahlung aus der ganzen Welt gesammelt haben, um die gesamte Menge und Entwicklung der radioaktiven Emissionen aus der zertrümmerten Anlage zu schätzen. Im Mittelpunkt stehen dabei auch die Abklingbecken im oberen Teil der Reaktorgebäude, aus denen offensichtlich bedeutende Konzentrationen des langebigen Spaltprodukts Zäsium-137 freigesetzt wurden, was die japanische Regierung in den offiziellen Stellungnahmen ebenfalls bestreitet. Sofortige Gegenmaßnahmen hätten dies damals wohl verhindern können.

Laut dem Hauptautor der Studie, Andreas Stohl vom Norwegischen Institut für Atmosphärenforschung, ist diese Arbeit der bislang umfangreichste Versuch, die Gesamtmenge der radioaktiven Emissionen aus Fukushima zu erfassen – was sein Kollege Lars-Erik De Geer vom Forschungsinstitut des schwedischen Verteidigungsministeriums in Stockholm bestätigt: "Das ist ein sehr nützlicher Beitrag", meint der an der Studie nicht beteiligte Atmosphärenmodellierer.

Kinderleben nahe Fukushima
© DPA
(Ausschnitt)
 Bild vergrößernKinderleben nahe Fukushima
Nur mit einem Mundschutz dürfen diese Kinder in ihrem Kindergarten in der Nähe des havarierten Kernkraftwerks Fukushima ins Freie. So soll das Risiko verkleinert werden, dass sie Radioisotope einatmen.
Die Rekonstruktion beruht auf Daten, die aus Dutzenden Strahlungsmessstationen aus Japan und anderen Teilen der Welt stammen. Viele von ihnen gehören zu einem globalen Netzwerk, das zur Überwachung von Atomtests eingerichtet wurde und von der in Wien ansässigen Organisation des Vertrags über das umfassende Verbot von Nuklearversuchen (Comprehensive Nuclear-Test-Ban Treaty Organization, CTBTO) betrieben wird. Zudem flossen Messwerte von unabhängigen Stationen in Kanada, Japan und Europa in die Erhebung mit ein. Die Strahlungswerte kombinierten die Forscher dann mit weltweiten Wetterdaten, die in Europa und Nordamerika erhoben worden waren.

Stohl mahnt noch zur Vorsicht, dass ihr daraus resultierendes Modell noch alles andere als perfekt sei: Gerade direkt nach dem Unfall fanden kaum Messungen statt, und manche der Stationen im unmittelbaren Umfeld von Fukushima wurden derart stark verstrahlt, dass sie kaum verlässliche Werte lieferten. Vor allem aber bleibt es womöglich für immer ein Geheimnis, was direkt in den Reaktorkernen passierte – genau das sei aber wichtig, um exakt zu verstehen, was sie freisetzten. "Wenn man sich die Schätzungen für Tschernobyl ansieht, so weisen diese selbst 25 Jahre nach dem Desaster immer noch große Ungenauigkeiten auf", sagt Stohl. Trotzdem bietet die Arbeit seines Teams einen umfassenden Blick auf die Katastrophe. "Sie verfolgten einen wirklichen globalen Ansatz und nutzten alle verfügbaren Daten", lobt De Geer.

Gewaltige Unterschiede

Japanische Forscher hatten schon einen detaillierten zeitlichen Ablauf der Ereignisse entworfen, die sich nach dem verheerenden Erdbeben am 11. März entwickelten. Kurz nachdem das Beben die sechs Reaktoren von Fukushima-Daiichi erschütterte, drückten die Tsunamis in die Anlage und zerstörten die für den Notbetrieb kritischen Dieselgeneratoren, die die Kühlung der Reaktoren im Katastrophenfall gewährleisten sollten. Innerhalb weniger Tage überhitzten deshalb die drei zur Zeit des Unglücks aktiven Meiler, und es entwickelte sich Wasserstoffgas, das letztlich verheerende Explosionen auslöste. Einige Kernbrennstäbe, die kurz zuvor aus einem weiteren Reaktor in ein Abklingbecken verfrachtet worden waren, verdampften dort bis zum 14. März ebenfalls das Kühlwasser. Wahrscheinlich lösten sie in den folgenden Tagen Brände in dem Bauwerk aus.

Während diese Ereigniskette mittlerweile relativ eindeutig nachvollzogen ist, ist es deutlich schwieriger, den gesamten radioaktiven Ausstoß der Anlage zu erfassen. Der jüngste Bericht der japanischen Behörden – aus dem Juni! – meldet, dass die Reaktoren 1,5 · 1016 Becquerel Zäsium-137 ausgestoßen haben – ein Isotop mit 30-jähriger Halbwertszeit, auf das der größte Teil der langfristigen Kontamination durch Fukushima zurückgeht. Noch größer fällt demnach die Menge an Xenon-133 aus, das in einem Umfang von 1,1 · 1019 Becquerel freigesetzt wurde, so die offiziellen Schätzungen.

Fallout rund um Fukushima und Tschernobyl
© Nature
(Ausschnitt)
 Bild vergrößernFallout rund um Fukushima und Tschernobyl
Die japanische Nuclear and Industrial Safety Agency hat erstmals Daten und Karten vorgelegt, die nun einen direkten Vergleich zwischen Tschernobyl und Fukushima erlauben. Auf Grund der Lage des japanischen Kernkraftwerks ging ein großer Teil des Fallouts über dem Pazifik nieder, während der in der Ukraine liegende Reaktor von Tschernobyl weite Teile des Landes und von Weißrussland verseuchte.
Beides zweifelt Stohls Team an. Basierend auf ihren Rekonstruktionen gehen die Wissenschaftler von 1,7 · 1019 Becquerel Xenon-133 aus – mehr als damals in Tschernobyl in die Umwelt gelangte (1,4 · 1019 Becquerel). Schuld daran sei die Explosion von gleich drei Reaktoren, so De Geer. Das radioaktive Edelgas stellt allerdings kein besonderes Umwelt- oder Gesundheitsrisiko dar, da es vom Körper nicht aufgenommen wird.

Der Zäsium-137-Fallout hingegen besorgt die Forscher, denn es verbleibt über Jahrzehnte in der Umwelt. Die neuen Berechnungen zeigen, dass etwa 3,5 · 1016 Becquerel Zäsium-137 aus Fukushima austraten, etwas mehr als doppelt so viel wie die Behörden vermelden und etwa die Hälfte dessen, was Tschernobyl ausstieß. Dieser hohe Wert sei auf alle Fälle Besorgnis erregend, mahnt De Geer, aber nur ständige Überwachung vor Ort könne das tatsächliche Risiko für die Gesundheit der Bevölkerung erfassen.

Weltweiter Blick – statt japanischer Binnensicht

Stohl denkt, dass diese Abweichungen zwischen den Ergebnissen seines Teams und jenen der japanischen Regierung zumindest teilweise durch den größeren Datensatz seiner Mitarbeiter erklärt werden können. Die japanischen Schätzungen beruhen vor allem auf Messungen, die im Land selbst getätigt wurden: Sie berücksichtigten also überhaupt nicht die riesigen Mengen an radioaktiven Stoffen, die hinaus auf den Pazifik geblasen wurden und schließlich Amerika und Europa erreichten. "Man muss die Emissionen berücksichtigen, die auf das Meer hinausgeweht wurden, um das wahre Ausmaß und den Charakter des Unfalls zu erhalten", sagt der Strahlenphysiker Tomoya Yamauchi von der Universität in Kobe, der die Kontamination mit Radioisotopen im Boden rund um Fukushima untersucht.

Ausbreitung der radioaktiven Wolke über Ostasien
© Zentralanstalt für Meteorologie und Geodynamik (ZAMG)
(Ausschnitt)
 Bild vergrößernAusbreitung der radioaktiven Wolke über Ostasien
Rot sind Gebiete gekennzeichnet, die seit Beginn des Unfalls bis zum 20. März mit einer Effektivdosis von maximal 100 Millisievert pro Stunde belastet waren. Violett zeigt maximal 100 Nanosievert pro Stunde an. Dieser Wert ist, selbst über ein Jahr summiert, niedriger als die natürliche Belastung, der jeder Mensch ausgesetzt ist.
Die neue Analyse legt zudem dar, dass die im Abklingbecken eingelagerten Kernbrennstäbe von Reaktor 4 enorme Mengen an Zäsium-137 freigesetzt haben – während japanische Stellen darauf beharren, dass praktische keine Radioaktivität aus diesem Bereich nach außen gelangte. Die Berechnungen von Stohl zeigen jedoch eindeutig, dass die Zäsium-137-Emissionen der Anlage beträchtlich fielen, als das Becken mit Wasser besprenkelt wurde: Der Fallout hätte also womöglich drastisch reduziert werden können, wäre der Pool früher geflutet worden.

Wurden rechtzeitige Notfallmaßnahmen verpasst?

Die japanischen Behörden bestehen allerdings weiterhin darauf, dass die eingelagerten Brennstäbe keine Hauptquelle der Verstrahlung bilden, da das Abklingbecken anscheinend keine Schäden davon getragen habe. "Meiner Meinung nach sind die Emissionen aus der Einheit 4 unbedeutend", sagt Masamichi Chino von der japanischen Atomenergiebehörde in Ibaraki: Er hat an den offiziellen Schätzungen mitgearbeitet. Doch De Geer findet die Einschätzung von Stohl "überzeugend".

In seiner Analyse legt er außerdem Belege vor, dass Xenon-133 bereits unmittelbar nach dem Erdbeben aus den Reaktoren ausgaste – noch bevor die Tsunamis zuschlugen. Selbst ohne die verheerenden Überflutungen hatte die Wucht des Erdbebens schon ausgereicht, um das Kernkraftwerk schwer zu schädigen.

In einem Bericht hat die japanische Regierung bereits eingestanden, dass Fuksuhima-Daiichi nicht für derart heftige Erschütterungen ausgelegt waren, wie sie am 11. März auftraten. Atomkraftgegner waren schon lange besorgt darüber, dass die Behörden die Folgen von Naturkatastrophen nicht ausreichend berücksichtigen, wenn sie Kernkraftwerken die Betriebslizenzen erteilen. Die Xenonblase könnte nun allerdings ein massives Umdenken im Hinblick auf die Reaktorsicherheit im Land bewirken, hofft Yamauchi.

Und etwas zeigt die Untersuchung von Stohl und Co: Tokio entging nur sehr knapp einer schweren Verstrahlung. In den ersten Tagen nach dem GAU blies der Wind die Radioisotope hinaus auf den Ozean, doch drehte er am 14. März und trieb nun Wolken mit Zäsium-137 über große Teile des Landes. An der zentralen Bergkette der Insel Honshu und nordwestlich von Fukushima regneten sie teilweise ab, wo nun höhere Strahlenwerte im Boden gemessen werden. Tokio und anderen dicht besiedelten Gebieten blieb diese Katastrophe jedoch glücklicherweise erspart – das Wetter hielt. "Eine Zeit lang trieben große Mengen an Zäsium-137 am Himmel über Tokio hinweg, aber es regnete nicht", erzählt Stohl: "Es hätte also noch viel schlimmer kommen können."