Tschernobyl, Fukushima: Ursachen und Folgen

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1 Institut für Radioökologie und Strahlenschutz Tschernobyl, Fukushima: Ursachen und Folgen 1

2 Tschernobyl Inhalt - Reaktoraufbau und Unfallhergang - Auswirkungen des Unfalls für - Unfallhelfer - Aufräumarbeiter (Liquidatoren) - Evakuierte - Bewohner der hoch kontaminierten Gebiete mit mehr als 37 kbq m -2 (1 Ci km -1 ) 137 Cs - Entfernte europäische Population - Ausblick 2

3 3

4 Unfallhergang - Unfall ereignet sich in der Nacht vom 25 auf den 26 April Ursachen waren: - Designfehler des Reaktors - Bedienungsfehler der Mannschaft - Dadurch kommt es zu einer unkontrollierten Kettenreaktion. - Durch die Explosion wurden radioaktive Substanzen in große Höhen getragen und große Teile der Ukraine, Weißrusslands, Russlands und Europas kontaminiert. KKW Tschernobyl, Block 4, Mai

5 Block 4 5

6 Aufräumarbeiten auf dem Dach von Block 4 6

7 Errichten des Sarkophags 7

8 Fertigstellung des Sarkophags Der Sarkophag

9 Auswirkungen des Unfalls und Maßnahmen 9

10 UNSCEAR

11 Die Chernobyl Exclusion Zone (CEZ) UNSCEAR 2000, Michel 2011 Iod

12 Verteilung von Cs-137 (1989) UNSCEAR

13 Gruppen, die durch den Unfall von Tschernobyl strahlenexponiert wurden - Unfallhelfer - Aufräumarbeiter (Liquidatoren) - Evakuierte - Bewohner der hoch kontaminierten Gebiete mit mehr als 37 kbq m -2 (1 Ci km -1 ) 137 Cs - Entfernte europäische Population Unfallhelfer Weiß, BfS (2009) 13

14 Unfallhelfer Degree of acute radiation sickness Range of dose in Gy Numbers of patients treated Moscow Kiev Number of deaths Number of survivors mild (I) 0,8-2, moderate (II) 2,2-4, severe (III) 4,2-6, very severe (IV) 6, total 0, UNSCEAR (2000) Liquidatoren 14

15 15

16 Pripyat 16

17 17

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19 19

20 Cs-137 in Deutschland als Folge von Tschernobyl etwa 6000 zusätzliche Fälle bis

21 Fukushima Inhalt - Reaktoraufbau - Unfallhergang - Auswirkungen des Unfalls und Maßnahmen - Ortsdosis und Kontamination der Umgebung - Radioaktivität in Leitungswasser - Radioaktivität in Lebensmittel - Kurzer Vergleich Fukushima / Tschernobyl 21

22 Zustand der Kernreaktoren nach dem Erdbeben Kernenergie in Japan im Jahr 2009: 28.9 % der Elektrizität aus Kernenergie 51 Reaktoren produzierten 263,1 TWh :46 Erdbeben Stärke 9,0 Die Kernreaktoren in Onagawa, Fukushima Dai-ichi, Fukushima Daini und Tokai wurden automatisch abgeschaltet und blieben weitgehend unbeschädigt. Die Stromversorgung in Nordjapan brach als Folge des Erdbebens zusammen , ca. 1 Stunde nach dem Erdbeben ein Tsunami, Höhe 7 m 15 m Bild: ARD,

23 Die zerstörte Stadt Onagawa (Präfektur Miyagi) Mehr als Tote, Vermisste und Verletzte in Nordjapan als Folge des Erdbebens und des Tsunamis am Anfänglich Evakuierte als Folge von Erdbeben und Tsunami. Mehr als Evakuierte nach Stand Dezember Bild: 13 March EPA/BGNES Durch den Tsunami keine Schäden im Kernkraftwerk Onagawa. Onagawa ist gegen 25 m hohe Tsunamis ausgelegt. Kernkraftwerk Onagawa 23

24 Kernkraftwerk Fukushima I (Dai-ichi) Auslegung gegen Erdbeben der Stärke 8 und Tsunamis der Höhe 5,7 m Durch Tsunami Überflutung / Zerstörung der Dieselgeneratoren, der Service- Wasser-Gebäude und der Meerwasser- Einlassbauwerke Station Blackout Brennelement- Nasslager Block 3 Block 2 Block 6 Block 5 Lager für feste Abfälle Brennelement-Trockenlager Verwaltungsgebäude Block 1 Block 4 Meerwassereinlauf -bauwerke Spiegel online, modifiziert A stone tablet in Aneyoshi, Japan warns residents not to build homes below it. Hundreds of these so-called tsunami stones, some more than six centuries old, dot the coast of Japan. 24

25 BWR Mark I Containment Brennelementlagerbecken Druckbehälter Sicherheitsbehälter IAEA, Lyons, James Edward (2011) modifiziert M. Sonnenkalb GRS Köln, Photo: TEPCO 25

26 Photo: TEPCO tsunami Photo: TEPCO 26

27 Photo: TEPCO Photo: TEPCO 27

28 Photo: TEPCO Photo: TEPCO 28

29 Photo: TEPCO Photo: TEPCO 29

30 Photo: TEPCO Verlust der Stromversorgung durch das Erdbeben. Dieselgeneratoren durch Überflutung außer Betrieb. Alle motorengetriebenen Pumpen einschl. des ECCS (Emergency Core Cooling System) außer Betrieb. 30

31 Ablauf der Ereignisse in den Blöcken 1 3 Schnellabschaltung Blöcke 1 3, Wärmeerzeugung durch Spaltung stoppt Wärmeerzeugung durch radioaktiven Zerfall der Spaltprodukte nach Abschaltung 6 %, 1 Liter Wasser, 2kW: ca 3min Liter Wasser 0.06 * 3GW = kw mohrbach vgb Powertec 31

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36 mohrbach vgb Powertec mohrbach vgb Powertec 36

37 mohrbach vgb Powertec Wasserstoff-Explosion von Block 1 in Fukushima Dai-ichi am : m Nhk, ca. 16:00 LT (Tepco 15:36) 37

38 :00 LT Explosion in Block m Nhk, Gemessene Ortsdosisleistungen auf dem Gelände des Kraftwerks Fukushima Dai-ichi Explosion und Brand in Block 4 Explosion Block 1 Explosion Block 3 Explosion Block 2?? Data from TEPCO acc. to GRS

39 Die Brennelemente im Lagerbecken von Block 4 sind anscheinend nicht beschädigt. Japanische Regierung Juni 2011 Dosisleistung Seit keine spektakulären Freisetzungen in die Atmosphäre. Seit Ende März 2011 kontinuierliches Absinken der ODL auf der Anlage. 39

40 Evakuierung von Menschen aus dem 20 km Umkreis am Diese Maßnahmen sind im Einklang mit den Empfehlungen der ICRP für Notfallsituationen. Aufenthalt im Haus 20 km - 30 km am should consider leaving 20 km 30 km am Bild: Spiegel online Das ostasiatische Hoch war meist auf der Seite der Japaner

41 Ortsdosisleistung in Sv/h in Tokyo in der Zeit vom März als Folge des Durchzugs radioaktiver Wolken Daueraufenthalt im Freien externe Dosis: 1,9 Sv Effektive Inhalationsdosis Erwachsene: 123 Sv Schilddrüse, Inhalationsdosis, < 1 a: 3,7 msv Schilddrüse, Inhalationsdosis, 1 2 a: 5,4 msv Schilddrüse, Inhalationsdosis, > 17 a: 2,5 msv Schraffiert: Bereich der natürlichen ODL Japan Cs-137 (oder I-131) Fallout: 1 MBq/m² ODL 2 µsv/h Ortsdosisleistung in Sv/h in Ibaraki in der Zeit vom März Daueraufenthalt im Freien externe Dosis: 6,0 Sv Effektive Inhalationsdosis Erwachsene: 410 Sv Schilddrüse, Inhalationsdosis, < 1 a: 12 msv Schilddrüse, Inhalationsdosis, 1 2 a: 18 msv Schilddrüse, Inhalationsdosis, > 17 a: 8,3 msv Cs-137 (oder I-131) Fallout: 1 MBq/m² ODL 2 µsv/h Schraffiert: Bereich der natürlichen ODL 41

42 Spurenmessungen der CTBTO Station 38: Takasaki, Gunma, 220 km SW von Fukushima DWD: Max. I-131 Fallout (Wasserkuppe, III VI/2011): 30 Bq/m 2. Zum Vergleich: Tschernobyl, München 1986 ca. 90 kbq I-131 Messung mit unbemannten Hubschraubern > 400 Flugstunden Mehr als 160,000 Messungen im Feld ~600 Luftproben in USA gemessen Kazuo Todani, Headquarters of Fukushima Partnership Operations, JAPAN ATOMIC ENERGY AGENCY 42

43 Dosis Abschätzung im ersten Jahr (ohne Evakuierung) 20 msv msv 5 10 msv 1 5 msv < 1 msv External + inhalation No dose reduction factor for time spent indoors. Meerwasser m vor Auslauf I MBq/L Cs MBq/L Große Volumina hoch kontaminierten Kühlwassers flossen aus der Anlage ins Meer. 10 km MEXT

44 Iod 131 im Meerwasser MBq/m

45 MBq/m 3 Verteilung von Cs-137 im Pazifik nach 1 Jahr JAIF, Modellrechnungen mit LAMER (Long-term Assessment Model for Radionuclides in the Ocean, entwickelt von JAEA). 45

46 Verteilung von Cs-137 im Pazifik nach 3 Jahren JAIF, Modellrechnungen mit LAMER (Long-term Assessment Model for Radionuclides in the Ocean, entwickelt von JAEA). Verteilung von Cs-137 im Pazifik nach 5 Jahren JAIF, Modellrechnungen mit LAMER (Long-term Assessment Model for Radionuclides in the Ocean, entwickelt von JAEA). 46

47 Verteilung von Cs-137 im Pazifik nach 7 Jahren JAIF, Modellrechnungen mit LAMER (Long-term Assessment Model for Radionuclides in the Ocean, entwickelt von JAEA). Die radiologischen Konsequenzen Air Photo Service Co. Ltd., Japan,

48 Depositionsdichten und externe Dosen im ersten Jahr Anzahl der betroffenen Personen außerhalb der Exclusionzone in Japan 2011 IRSN Rapport DRPH/ Evakuierung im März

49 Strahlenexposition der Beschäftigten in Fukushima Dai-ichi TEPCO hat laut GRS am die Strahlendosen für Arbeiter, die zwischen März und November 2011 auf der Anlage gearbeitet haben, publiziert. Danach erhielten: 171 Arbeiter mehr als 100 msv: msv: 139 Arbeiter msv: 23 Arbeiter msv: 3 Arbeiter > 250 msv (309 msv bis 678 msv): 6 Arbeiter Der Grenzwert für die berufliche Strahlenexposition bei Notfalleinsätzen liegt bei 250mSv. Strahlenexposition in Nordjapan Weiterreichende Auswirkungen 49

50 Nahrungsmittelgruppen Milch und Milchprodukte Fleisch und Eier Fisch und andere Nahrungsmittel aus dem Wasser Gemüse und Obst Getreide inkl. Reis (Es liegen noch keine Messungen vor, da die Ernte noch nicht erfolgt ist.) Drei relevante Radionuklide: Iod-131 (I-131, Halbwertszeit 8 Tage) Caesium-134 (Cs-134, Halbwertszeit 2,1 Jahre) Caesium-137 (Cs-137, Halbwertszeit 30 Jahre) Rot: am stärksten betroffen Blau: geringer betroffen Schwarz: am geringsten betroffen Zusammenstellung: R. Michel, IRS, LUH Niigata Yamagata Fukushima Tochigi Gunma Nagano Ibaraki Saitama Chiba Tokyo Miyagi Fukushima Nicht nachgewiesen ist als 1 Bq/kg dargestellt. Vorläufige Grenzwerte: I-131: 300 (100) Bq/kg Cs-137+Cs-134: 500 Bq/kg 50

51 Japanese parsley (Oenanthe javanica) ostrich fern (Matteuccia struthiopteris) Vorläufige Grenzwerte: I-131: 2000 Bq/kg Nicht nachgewiesen ist als 1 Bq/kg dargestellt. Giant Butterbur (Petasites japonicus) Bilder: Wikipedia Junger Sandaal Vorläufige Grenzwerte: Cs Cs-134: 500 Bq/kg Bild: Wikipedia Nicht nachgewiesen ist als 1 Bq/kg dargestellt. 51

52 Vermarktungsverbote, Stand Iod-131 in Leitungswasser Vorläufige Grenzwerte 300 Bq/kg und 100 Bq/kg für Kinder 52

53 Teeplantage in Shizuoka Teeplantagen sind ideale Filter für Radioaktivität beim Durchzug radioaktiver Luftmassen. Wie die Behörden in Shizuoka bekanntgaben, wurden in getrockneten Teeblättern aus dem Anbaugebiet Warashina in der Provinz Shizuoka 679 Becquerel an radioaktivem Cäsium pro Kilogramm festgestellt. Das Gebiet liegt 370 Kilometer südwestlich von Fukushima. Der offiziell erlaubte Grenzwert liegt bei 500 Becquerel. Die Regierung hat entschieden, Auslieferungen von grünem Tee aus den Provinzen Ibaraki und Chiba sowie Kanagawa und Tochigi zu stoppen. Japan hat im vergangenen Jahr Tonnen an getrockneten Teeblättern produziert, 40 Prozent davon in Shizuoka. Rindfleisch bis einschl. August 2011 Vorläufiger Grenzwert: Cs Cs-134: 500 Bq/kg Nicht nachgewiesen ist als 1 Bq/kg dargestellt. 53

54 Ein Rinder-Skandal im Juli 2011? Verfütterung von im Freien gelagertem Reisstroh! Feststellung Einzelne Mahlzeiten mit besonders hohen Aktivitätskonzentrationen erhöhen zwar die Strahlenexposition, entscheidend für die Jahresdosis sind aber die Mittelwerte der Aktivitätskonzentrationen in den Lebensmitteln. Die Mittelwerte ergeben gute Schätzungen der Strahlenexposition von Personen, die sich normal ernähren. 54

55 Zustand der Anlage und Gegenmaßnahmen. Einhausung von Block 1, um weitere Freisetzungen radioaktiver Stoffe zu verhindern TEPCO Mitarbeiter, 8. Okt

56 Stand und weitere Planung Stand der Evakuierung August 2012 Ursprünglich (!) Menschen Rückkehr in Gebiete mit Dosis < 20mSv /Jahr

57 Kurzvergleich Tschernobyl vs. Fukushima 57

58 Tschernobyl: ein Reaktor ohne Sicherheitsbehälter explodiert und brennt aus; Fukushima Dai-ichi: Wasserstoffexplosionen nach 3 Kernschmelzen in Reaktoren mit Reaktordruck- und Sicherheitsbehältern. Quellen: Fukushima: IRSN, ; Tschernobyl: UNSCEAR (2000). Sr-90 Freisetzung für Fukushima berechnet nach Analysen von Boden (Probenahmepunkte 31, 32, 33) ca. 40 km NW von Fukushima Daiichi ( , MEXT). Pu-238 und Pu-239/240 in Bodenproben aus Iitate (0.82 Bq/m 2 Pu-238, 2.5 Bq/m 2 Pu ; ) lassen keine signifikanten Plutonium-Freisetzungen aus Fukushima erkennen. Diese Werte sind typisch für den Fallout der oberirdischen Kernwaffenexplosionen. 58

59 Tschernobyl graphit-moderierter, wasser-gekühlter Siedewasserreaktor mit Druckröhren kein Sicherheitsbehälter (Containment) Nukleare und chemische Explosion des Reaktorkerns Keine Rückhaltung der Radionuklide wegen offenem Reaktorkern Freisetzung von allen Radionukliden, auch Sr und Pu in großen Mengen in der näheren Umgebung Großräumige Verfrachtung der Radioaktivität in UdSSR und Europa In Tschernobyl wurde um ca. eine Größenordnung mehr Radioaktivität freigesetzt als in Fukushima; ganz anderer Nuklidvektor Fukushima wasser-moderierter, wasser-gekühlter Siedewasserreaktor mit Reaktordruckbehälter Sicherheitsbehälter Wasserstoffexplosion nach Kernschmelze Rückhaltung vieler Radionuklide im RDB, in der Kondensationskammer und im Sicherheitsbehälter Freisetzung von Edelgasen, Iod- und Cs- Radionukliden; Sr und Pu vernachlässigbar kleinräumige Verfrachtung über Nordjapan; großräumige Verfrachtung über Pazifik Vielen Dank für Eure Aufmerksamkeit! 59