Nach dem Unfall im Kernkraftwerk Fukushima-Daiichi am 11. März 2011 wurden erhebliche Mengen radioaktiver Stoffe in die Umwelt abgegeben. Sie breiteten sich über den Luftweg aus und lagerten sich insbesondere durch den folgenden Niederschlag in der Umgebung ab. Kontaminiertes Wasser gelangte unkontrolliert in den Pazifik. Die Abschätzung der Gesamtfreisetzung führte zur INES-7-Einstufung des Unfalls auf der internationalen Ereignisskala. Es handelte sich dabei um die höchste Stufe mit der Bezeichnung «katastrophaler Unfall».

Die Unsicherheiten bei der Freisetzungsmenge

Für die Bestimmung der freigesetzten Menge an radioaktiven Stoffen (der sogenannte Quellterm) griffen die Experten auf Schätzungen und aufwändige Rückrechnungen zurück. Die Bestimmung des Quellterms nach der Freisetzung gleicht der Umkehrung der Rechnungen, wie sie das ENSI bei einem Kernkraftwerksunfall in der Schweiz durchführen würde: Auch für die Prognose der zu erwartenden Kontamination der Umgebung werden der Quellterm und Wetterprognosedaten verwendet.

• Deshalb fehlen genaue Angaben zur Freisetzung beim Nuklearunfall

  Zur Bestimmung der freigesetzten Menge müssen die radioaktiven Stoffe während der Freisetzung gemessen, beziehungsweise rechnerisch ermittelt werden. Das ist dann möglich, wenn:

  • geeignete Instrumente im Werk installiert sind, die grosse Mengen von Radioaktivität erfassen,
  • die Freisetzung innerhalb des Messbereichs liegt und
  • bekannt ist, wie die radioaktiven Stoffe über die Luft oder als flüssige Stoffe in die Umwelt gelangten (Abgabepfade über Abluft und Abwasser).

  Dass die freigesetzte Menge an radioaktiven Stoffen in Fukushima-Daiichi auch zehn Jahre nach dem Unfall noch nicht ganz klar ist, hat verschiedene Gründe. Beispielsweise wurde die Freisetzung während des Unfalls nicht durchgehend gemessen, da die Instrumente wegen des kompletten Verlusts der Stromversorgung und der Explosionen in den Blöcken nicht durchgehend verfügbar waren.

  In diesem Fall ist die Bestimmung der tatsächlich freigesetzten Menge radioaktiver Stoffe nur möglich, indem:

  • die nachfolgende Kontamination in der Umgebung gemessen wird und
  • mit den vorhandenen Wetterdaten zu Wind und Niederschlag mittels Ausbreitungsrechnungen Rückschlüsse gezogen werden.

  Der zeitliche Ablauf der Freisetzung konnte über Ortsdosis-Messsonden bestimmt werden. Solche Sonden werden in der Schweiz auch zur Überwachung der Radioaktivität in der Umgebung von Kernanlagen (MADUK-Messsonden) eingesetzt.

  Dennoch ist die Abschätzung der Freisetzungsmenge aufgrund der Modelle zur Rückrechnung und der dafür vorhandenen meteorologischen Daten mit Unsicherheiten verbunden. Bei Fukushima-Daiichi kommt erschwerend hinzu, dass die Kontamination über den Pazifik nicht mit stationären Messsonden ermittelt werden konnte. Zur Bestimmung dieses Quellterm-Anteils wurden Kontaminationsmessungen im Ozean und ins Verhältnis gesetzte Werte an Land beigezogen.

  Auch zehn Jahre nach dem Unfall werden noch Korrekturen am abgeschätzten Quellterm vorgenommen. Die Korrekturen sind möglich, da die Modelle zur Rückrechnung der Kontamination insbesondere im Bereich der Wettermodellierung immer weiter verbessert oder verfeinert werden.

Die grösste Freisetzung – etwa ein Achtel der in Tschernobyl freigesetzten Menge an Radioaktivität – erfolgte vom 12. bis zum 31. März 2011. Die Messungen in der Umgebung von Fukushima-Daiichi zeigten, dass insbesondere zwei Nuklide, Iod-131 und Cäsium-137, für die Kontamination der Umgebung und die Strahlenexposition der Bevölkerung von Bedeutung sind. Expertenteams gehen davon aus, dass über die gesamte Dauer des Unfalls aus drei Blöcken Cäsium-137 mit einer Radioaktivität in der Grössenordnung von 10¹⁶ Becquerel (Bq) und Iod-131 mit einer Radioaktivität in der Grössenordnung von 10¹⁷ Bq freigesetzt wurde.

Im Unterschied zu Tschernobyl konnte in Fukushima-Daiichi die Radioaktivität teilweise zurückgehalten werden, weil gewisse Barrierefunktionen noch intakt waren. In Tschernobyl hingegen wurden radioaktive Stoffe ungehindert über zehn Tage kontinuierlich freigesetzt.

• Freisetzungen in Fukushima-Daiichi und Tschernobyl im Vergleich

  Zur Vergleichbarkeit mit Tschernobyl sind in den beiden untenstehenden Diagrammen die Freisetzung von Iod-131 und Cäsium-137 in den jeweils ersten zehn Tagen des Unfallverlaufs dargestellt. Die Gesamtmenge an freigesetzter Radioaktivität entspricht der Fläche unter den beiden Kurven. Die Freisetzungswerte von Tschernobyl sind aus den oben genannten Gründen mit einer sogar noch grösseren Unsicherheit behaftet als die Werte von Fukushima-Daiichi.

  

  

Die radiologische Lage in der Umgebung

Regen und Schneefall führten während der Freisetzungen im März 2011 zu den höchsten Kontaminationen nordwestlich von Fukushima-Daiichi. Ein weiterer bedeutender Teil der freigesetzten Aktivität wurde in der Atmosphäre über den Pazifik getrieben. Gemäss Schätzungen hat sich bis zu 50 Prozent des freigesetzten Cäsium-137 auf der Wasseroberfläche abgelagert (IAEA, 2015: The Fukushima Daiichi Accident. Technical Volume 4/5. Radiological Consequences). Aufgrund des riesigen Volumens des Pazifiks und der entsprechenden Verdünnung des Cäsium-137 führten die Freisetzungen in die Atmosphäre zu keinen radiologisch bedeutenden Konzentrationen im Pazifik.

Während der Freisetzungen wurde die radiologische Lage hauptsächlich mit fix installierten Dosisleistungs- und Luftaktivitätsmessstationen verfolgt. Letztere zeigten bis Ende April 2011 erhöhte Luftaktivitätskonzentrationen (IAEA, 2015). Da nur eine beschränkte Anzahl fixer Messstationen vorhanden war, lieferten diese jedoch kein vollständiges Bild der radiologischen Lage.

• Messungen aus der Luft

  Vom 17. bis 19. März 2011 erfolgten erste Messflüge im Umkreis von bis zu 30 Kilometern um Fukushima-Daiichi, mit denen die Radioaktivität am Boden gemessen wurde. Die so durchgeführte  Aeroradiometrie ermöglichte eine erste flächendeckende Übersicht der radiologischen Lage in diesem Gebiet. Es wurden maximale Ortsdosisleistungen von über 125 Mikrosievert pro Stunde (ein Millionstel Sievert, μSv/h) festgestellt. Weitere Messungen folgten vom 6. bis 29. April und 18. bis 26. Mai 2011 in einem Umkreis von hundert Kilometern um Fukushima-Daiichi sowie in Teilgebieten der Präfekturen Ibaraki und Toshigi. Diese Messungen wurden in regelmässigen Abständen bis heute weitergeführt.

  Nach zehn Jahren dominiert in der Umgebung von Fukushima-Daiichi das Cäsium-137 aufgrund seiner Halbwertszeit von rund 30 Jahren. Gemäss der letzten Messungen im Jahr 2019 liegen im meistbetroffenen Gebiet die Ortsdosisleistungen noch über 9,5 μSv/h, das heisst rund 100 Mal höher als vor dem Unfall.

  

  

• Messungen am Boden

  Neben den Messungen aus der Luft wurde auch ein umfassendes Messprogramm am Boden durchgeführt. Dabei wurden zwischen dem 6. Juni und 8. Juli 2011 systematisch Bodenproben entnommen. Die Proben wurden auf Radionuklide untersucht. Aufgrund der kurzen Halbwertszeit konnte in den Proben kein Iod-131 mehr gemessen werden. Für Cäsium-137 wurde ein Maximalwert von 15.5 MBq/m² bestimmt (dies entspricht dem rund 520-fachen des Richtwerts für Oberflächenkontamination (CS) gemäss Strahlenschutzverordnung (StSV: Erläuterungen zur Spalte 12 Annex 3 StSV). Die Kontaminationen durch Strontium-Isotope lagen drei bis vier Grössenordnungen tiefer als jene durch Cäsium-137. Plutonium-Isotope konnten ebenfalls in einigen Proben, auch weiter entfernt von Fukushima-Daiichi, nachgewiesen werden. Die Konzentration der Plutonium-Isotope lag dabei nochmals drei bis vier Grössenordnungen tiefer als für die Strontium-Isotope und nahe bzw. auch oft sogar unter der Nachweisgrenze.

Neben Bodenproben wurden bereits während des Unfalls und auch heute noch Luft, Boden, Gewässer sowie Trinkwasser, Flora, Fauna und Lebensmittel auf Radionuklide hin untersucht. In den Monaten März und April 2011 dominierte Iod-131 die radiologische Lage und war Basis für die angeordneten Einschränkungen bei Trinkwasser und Lebensmitteln. Bereits im Mai 2011 wurden die Einschränkungen beim Trinkwasser aufgehoben, da die Aktivität von Iod-131 aufgrund der kurzen Halbwertszeit deutlich unter 100 Bq/kg gesunken war (IAEA, 2015: The Fukushima Daiichi Accident. Technical Volume 4/5. Radiological Consequences). Cäsium-Isotope und andere künstliche Radionuklide stellten im Trinkwasser wie auch in Grund-, Fluss- und Meereswasser kein radiologisches Problem dar.

Ab Mai 2011 wurden die Cäsium-Isotope für die radiologische Lage dominierend – aufgrund kürzerer Halbwertszeiten und tieferer Kontaminationen konnten die übrigen Radionuklide vernachlässigt werden.

Die Cäsium-Konzentrationen nahmen in den Lebensmitteln im Laufe der Zeit ab. Während im März 2011 auch in Milchproben noch Cäsium von über 50 Bq/kg gefunden wurde, reduzierte sich dieses in den Folgemonaten bei allen Proben auf unter 50 Bq/kg. Mit Ausnahme von Fisch, Schweinefleisch und Wildpilzen lagen bereits im Verlauf des Jahres 2013 die gemessenen Werte in Lebensmittelproben unter 100 Bq/kg (IAEA, 2015: The Fukushima Daiichi Accident. Technical Volume 4/5. Radiological Consequences).

Im Jahr 2020 wurde in keiner der Lebensmittelproben der Präfektur Fukushima, welche die höchsten Kontaminationen aufweist, Cäsium von über 100 Bq/kg gemessen (https://www.new-fukushima.jp/product). Dazu beigetragen haben auch die Dekontaminationsarbeiten , bei denen unter anderem bei landwirtschaftlichen Nutzflächen die oberste Bodenschicht abgetragen wurde. Die Dekontaminationsarbeiten konnten bis auf ein Gebiet von rund 330 km² (http://josen.env.go.jp/en/), abgeschlossen werden. So konnten die Bewohnerinnen und Bewohner in die betreffenden Gebiete zurückkehren und die anfänglichen Beschränkungen unter anderem beim Reisanbau wurden aufgehoben.

Die gesundheitlichen Folgen für die Bevölkerung

Noch am Abend des 11. März 2011 wurde die Bevölkerung im Drei-Kilometer-Umkreis der Anlage in Fukushima-Daiichi evakuiert, ab 5 Uhr des nächsten Morgens im Umkreis von zehn, am Abend des 12. März im Umkreis von 20 Kilometern. In den Folgemonaten wurden auch weitere Gebiete aufgrund der Strahlenbelastung evakuiert.

Dennoch war die Bevölkerung grosser Gebiete der ionisierenden Strahlung ausgesetzt. Ob über die Nahrung, beim Atmen oder über die Haut – die Strahlung gelangte in den Körper. Das United Nations Scientific Committee on the Effects of Atomic Radiation (UNSCEAR) hat in seinem Bericht 2013 verschiedene Expositionsszenarien betrachtet, um die akkumulierten Strahlendosen für die Bevölkerung zu ermitteln.

• Die Dosis als Mass der Strahlenbelastung für den Menschen

  Wird eine Person einem Strahlenfeld ausgesetzt, wirkt diese Strahlung auf den Körper, indem sie ihre Energie auf den Körper abgibt: Man sagt, die Person hat eine Dosis akkumuliert (angesammelt). Dosen werden in den Einheiten Gray oder Sievert angegeben. Die Dosis wird in Gray, respektive Milligray angegeben und entspricht der aufgenommenen Energie pro Kilogramm Körpergewebe. Die effektive Dosis in Sievert hingegen bezeichnet die Summe der aufgenommenen Energie pro Kilogramm Körpergewebe, multipliziert mit Wichtungsfaktoren, welche die biologische Wirkung der verschiedenen Strahlenarten sowie die unterschiedliche Strahlensensibilität der einzelnen Organe und des Gewebes berücksichtigen. Da eine Dosis von einem Sievert ein sehr grosser Wert ist, werden die üblicherweise vorkommenden Dosen häufig in Millisievert (ein Tausendstel von Sievert, auch mSv geschrieben) oder Mikrosievert (ein Millionstel von Sievert, auch μSv geschrieben) angegeben.

  

Eine Region mit hoher Kontamination, in der auch die höchsten resultierenden Dosen zu erwarten waren, war die Präfektur Fukushima. Die höchsten durchschnittlichen Dosen wurden dort für Kleinkinder erhoben und lagen bei maximal 7,5 mSv. Für Erwachsene lag der entsprechende Wert bei etwa 4,3 mSv. Die nachfolgende Tabelle zeigt einen Überblick über die Dosen in verschiedenen Gebieten und erlaubt einen Vergleich.

Da beim Fukushima-Daiichi-Unfall die breite Bevölkerung von niedrigen Dosen betroffen war, sind keine grösseren gesundheitlichen Folgen zu erwarten, insbesondere keine grösseren Auswirkungen auf das Gewebe. Im Rahmen der Risikoabschätzungen waren so wenige Krebsfälle zu erwarten, dass diese nicht eindeutig auf die Strahleneffekte im Zusammenhang mit dem Unfall zurückzuführen sind (Health risk assessment from the nuclear accident after the 2011 Great East Japan earthquake and tsunami, World Health Organisation WHO, 2013).

Aufgrund der Zunahme von Schilddrüsenkrebs bei Kindern nach dem Unfall in Tschernobyl wurde anfänglich nach dem Fukushima-Daiichi-Unfall ebenfalls eine erhöhte Rate befürchtet. Daraufhin wurden bei Kindern intensive Untersuchungen durchgeführt. Festgestellt wurden dabei eine grosse Anzahl an Schilddrüsenzysten und festen Knötchen. In anderen Präfekturen, die von keinen signifikanten Radionuklidablagerungen betroffen waren, wurden aber ähnliche, wenn nicht sogar leicht höhere Raten an Zysten und Knötchen gefunden. In seinem Bericht geht UNSCEAR daher davon aus, dass die erhöhte Rate in der Präfektur Fukushima dem intensiven Testen mit genaueren Methoden und nicht den Strahleneffekten zuzuschreiben ist (Developments since the 2013 UNSCEAR report on the levels and effect of radiation exposure due to the nuclear accident following the great East-Japan earthquake and tsunami, A 2017 white paper to guide the Scientific Committee’s future programme of work, UNSCEAR, 2017). Da die Schilddrüsendosen in der Umgebung von Fukushima-Daiichi ausserdem deutlich kleiner waren als diejenigen rund um Tschernobyl, wurde in Japan keine Zunahme an Schilddrüsentumoren infolge der radioaktiven Strahlung festgestellt.

Des Weiteren deutet der Bericht von UNSCEAR darauf hin, dass psychische Probleme beispielsweise aufgrund der Umsiedlungen einen grösseren Einfluss auf die Gesundheit der betroffenen Bevölkerung hatte als Strahleneffekte. 

Die Beobachtung der betroffenen Bevölkerung bestätigt weiterhin die Grundaussagen des UNSCEAR-Berichts 2013. UNSCEAR hat vor, einen aufdatierten Bericht mit den neuesten Erkenntnissen zum Thema im März 2021 zu veröffentlichen.