Wenn man in den Medien und in Diskussionen von Fukushima hört, dann wird oft gesagt, dass das Gebiet für Jahrtausennde unbewohnbar wäre. Ob das stimmen kann, lässt sich leicht überprüfen. Die Kontaminierung in dem Gebiet besteht praktisch nur aus den Isotopen 134 und 137 von Cäsium. Die haben Halbwertszeiten von 2 Jahren (Cs-134) und 30 Jahren (Cs-137).
1000 Jahre sind etwas mehr als 33 Halbwertszeiten. Diese Zeit reicht aus um die Radioaktivität von Cs-137 auf ein 10-Milliardstel des ursprünglichen Wertes zu reduzieren. Eine weitere Argumentation ist gar nicht nötig um zu sagen, dass es nicht so lange dauern kann.
Ja, es wurden auch kleine Mengen auch Plutonium 241 aus den Brennstäben nachgewiesen. Aber selbst die mit Abstand am stärksten kontaminierte Probe, Laub auf der Erdoberfläche, kam nur auf etwa 35Bq/kg. Durchschnittliche Werte für das genauso schädliche, aber natürliche, Uran im Erdboden liegen bei etwa 60-70 Bq/kg. Wobei einige natürliche Vorkommen, wie der Sand am Badestrand von Guarapari, mehr als das Tausendfache dessen erreichen.
Wie tief muss die Strahlendosis pro Jahr sinken?
In großen Bereichen des Evakuierungsgebietes, etwa ein Viertel bis ein Drittel der Fläche, waren die Werte schon Ende 2013 unter 20mSv/Jahr. Das sind Werte die man auch in der Natur auf größeren Flächen antrifft. Das ist gut vergleichbar mit der Dosis von Radon, die noch als akzeptabel gilt. Man will die Konzentration von Radon in Wohnungen auf 300 Bq pro Kubikmeter begrenzen, was je nach Quelle einer Dosis von 12-19,5mSv entspricht. (Dazu kommen noch alle anderen Strahlungsquellen in der Natur.) Derzeit akzeptiert man Konzentrationen von bis zu 600Bq pro Kubikmeter, was dann 24-39mSv/Jahr entspricht. (Quelle)
Dazu kommt noch, dass die gemessene Dosis für die freie Natur in 1m Höhe gilt. Die meiste Zeit verbringt man aber im inneren von Gebäuden, wo die Strahlungswerte sehr viel niedriger sind. Selbst im einfache Einfamilien Häuser reduzieren die Strahlungsdosis im Inneren um mehr als 90%. Deswegen ist ein Grenzwert von 20mSv/Jahr in 1m Höhe in der freien Luft gut gewählt. Er stellt einen Wert dar, den kein Mensch in der Praxis erreichen würde, der nicht dauerhaft Obdachlos ist und seine gesamte Zeit im freien verbringt. Deren Probleme hätten ein ganz anderes Ausmaß, das mit Radioaktivität nichts zu tun hat. (Das alles setzt natürlich voraus, dass die natürliche Radonkonzentartion in den Häusern nicht zu groß ist. Aber Fukushima liegt in einer Gegend Japans mit sehr niedriger Konzentration.)
Wer 8 Stunden am Tag im Inneren eines Gebäudes schläft und die restlichen 16 Stunden jedes Tages draußen bei einer Hintergrundstrahlung von 20mSv/h verbringt, der wäre einer Dosis von 14mSv/Jahr ausgesetzt. Praktisch geht man im Durchschnitt von etwa 5 Stunden pro Tag außerhalb von Gebäuden aus, was dort einer Dosis von 6,9mSv/Jahr entspräche. Ich nehme das ausdrücklich nicht zum Anlass zu sagen: “Also kann man den Grenzwert auch auf 60mSv/Jahr hoch setzen”. Ich will damit nur sagen, dass man weit davon entfernt ist, die Grenzen auszureizen.
Wie lange dauert es diese Werte zu erreichen?
Das hängt erst einmal von der Halbwertszeit der Isotope ab. Am Anfang machte das Cs-134 etwa 60% der gesamten Gammastrahlung aus, es hat aber nur eine Halbwertszeit von 2 Jahren. Dieser Anteil zerfällt innerhalb einiger Jahre. Ende 2013 betrug der Anteil von Cs-134 noch 40%, Ende 2015 sind es nur noch 25%. Bis 2020 sind es nur noch 6% und so weiter. Langfristig ist er also vernachlässigbar, auch wenn er derzeit noch einen bedeutenden Teil der Gesamtmenge ausmacht.
Hier kann man Karten der gemessenen Strahlung zwischen Ende 2011 und Ende 2013 anschauen (20mSv/Jahr entsprechen 2,3µSv/h):
Die grünen und blauen Bereiche liegen bereits unter 20mSv/Jahr. An der Grenze zwischen den gelbgrünen und den gelben Bereichen stammten Ende 2013 ziemlich genau 20mSv/Jahr von Cs-137, der Rest von Cs-134. Wie man sieht beträgt die Cs-137 Strahlung in den gelben Bereichen bis zum dreifachen des Grenzwertes, im orangen Bereich bis zum sechsfachen und in den kleinen roten Bereichen geht sie noch darüber hinaus.
Man muss aber nicht warten, bis das Cäsium zerfallen ist, bevor die Hintergrundstrahlung absinkt. Die Messungen zeigen(S.7), dass die Hintergrundstrahlung viel schneller absinkt, als man es durch den reinen radioaktiven Zerfall erklären könnte. Das liegt an Erosion. Die ist besonders stark in bewohnten Gegenden, mit hohen Grad an Bodenversiegelung. Auf den glatten Flächen kann der Regen relativ leicht die Aerosole wegspülen. Die werden dann durch die Flüsse ins Meer gespült und verdünnt. Deswegen misst man trotz der Meeresströmungen vor Japan immernoch eine sehr niedrige Konzentration von Cs-137 und Cs-134. In den 18 Monaten der Studie (von Juni 2011 bis Ende 2012) wurde fast die Hälfte des Cäsiums dort so entfernt, zusätzlich zum radioaktiven Zerfall. In Feldern war der Effekt deutlich kleiner.
Wie man in der Quelle weiter oben auf S.14 sieht, konnte man durch aktive Dekontaminierung die Menge an Cäsium (und damit die Dosis der Hintergrundstrahlung) nochmal um etwas mehr als die Hälfte senken. Man kann deswegen davon ausgehen, dass die gelb markierten Gegenden in den nächsten 20-30 Jahren wieder vollständig bewohnbar gemacht werden könnten. Das gilt bis hin zu den Stellen, an denen Ende 2013 das Gelb zu Orange über ging. Dazwischen ist die Strahlung niedriger und der Zeitraum ist entsprechend kürzer. Das entspricht ungefähr der Zeit vom Unglück in Tschernobyl bis heute.
Praktisch wird man das nicht überall tun, weil der größte Teil der gelben Gebiete Waldgebiete sind, die nie bewohnt waren. Das Overlay der unteren Karte entspricht dem Stand von Ende 2012:
Die Dekontaminierung beschränkt sich auf den bewohnten Küstenstreifen. Ohne diese Dekontaminierung verlängert sich der Zeitraum im schlechtesten Fall um 30 Jahre (bis 2050-60), wenn sich kein Cäsium mehr vom Platz bewegt. Die Erosion lässt sich aber nicht ausschalten, weshalb es in der Praxis weniger sein wird.
Die ehemals bewohnten Gebiete (also keine reinen Waldgebiete), die derzeit orange oder rot markiert sind, machen nur einen Bruchteil des gesamten Gebiets aus. Es sind etwa 30 Quadratkilometer oder auch 3% des ursprünglich evakuierten Gebietes. Ohne noch weitergehende oder verbesserte Dekontaminierung würde es auch dort bis 2050-60 dauern, bis die orangen Gebiete wieder bewohnbar sind. (Also wenn nur die Hälfte des Cäsiums durch Dekontaminierung entfernt wird und nicht mehr.)
Der Rest sind einige Flächen von etwa 10 Quadratkilometern, die man in der direkten Umgebung des Kernkraftwerks findet und noch höhere Strahlungswerte haben. Dort wurde auch noch keine Dekontaminierung durchgeführt. Auf S.13 der letzten Quelle sieht man eine Karte dieses Gebiets vom März 2013. Damals betrug der Anteil von Cs-134 an der Strahlung noch 44%.
Von 30µSv/h gehen also nur etwa 16µSv/h auf Cs-137 zurück. Wenn man nur die Hälfte davon durch Dekontaminierung entfernt, bleiben langfristig 8µSv/h übrig. Es braucht 1,8 Halbwertszeiten, bis 8µSv/h auf 2,3µSv/h abfallen, oder bis etwa ins Jahr 2070 Jahre. (Zur Erinnerung: 2,3µSv/h entsprechen den 20mSv/Jahr.)
Auch dort muss man nicht so lange warten. Eine etwas bessere Dekontaminierung kann den Zeitraum um mehrere Jahrzehnte nach vorn verschieben, genauso wie auch in den schwächer kontaminierten Gegenden. Wenn man nicht nur 50% des Cäsiums entfernt, sondern 75%, dann sind es 30 Jahre weniger.
Für die besonders stark kontaminierten Gegenden gibt es noch eine zweite Möglichkeit. Nachdem man die Gegend so gut wie möglich dekontaminiert hat, bringt man eine Schicht nicht kontaminierter Erde auf. Eine 11cm dicke Schicht dichter Erde halbiert die Hintergrundstrahlung und verkürzt so die Zeit ebenso um 30 Jahre, weitere 11cm haben nochmal den gleichen Effekt. (In der Praxis sollte man von 15-20cm ausgehen, wenn die Erde nicht so dicht gepackt ist.)
Das lohnt sich natürlich nur auf besonders stark betroffenen Flächen. Der Aufwand dafür ist durchaus begrenzt. Pro Quadratkilometer braucht man etwa 200.000 Tonnen Erde für eine 20cm Schicht relativ lockerer Erde. In Braunkohletagebauen wie in Profen werden jedes Jahr über 40mio Tonnen Material bewegt. Allein mit der Menge eines Jahres könnte man auf 40 Quadratkilometern mehr als einen halben Meter Erde aufbringen – weit mehr als man braucht.
Fazit
Der größte Teil der evakuierten Gebiete wird innerhalb von einigen Jahren wieder bewohnbar sein, knapp die Hälfte ist es jetzt schon.
Wann die restlichen Gebiete wieder bewohnbar sein werden hängt ganz davon ab, welchen Aufwand die Japaner betreiben. Aber selbst wenn alle Arbeiten sofort und für alle Zeit eingestellt würden, wären es weniger als 100 Jahre. Es wäre aber durchaus möglich die gesamten ehemals bewohnte Gebiete bis zum Jahr 2050 vollständig bewohnbar zu machen. Mit sehr großer Anstrengung wären auch noch frühere Daten möglich. Wieviel Aufwand sinnvoll ist, hängt ganz vom Urteil der lokalen Behörden ab.
In jedem Fall ist der Aufwand gigantisch im Vergleich zu dem Aufwand, Kernkraftwerke mit Containmentfiltern auszustatten, die das alles verhindert hätten. Die Containments von Siedewasserreaktoren wie in Fukushima waren dafür bekannt, dass sie im Fall einer Kernschmelz unweigerlich wegen dem Überdruck undicht würden. Deswegen wurden schon in den 70er Jahren Filter entwickelt, die den Überdruck ohne nennenswerte Kontaminierung der Umgebung reduzieren konnten. 1980 wurden diese per Gesetz in Schweden vorgeschrieben, 1988 auch in Deutschland und Frankreich. In Japan erst 2013.
Wer sich für die Technik interessiert, kann dazu die Proceedings einer Konferenz durchlesen, die 1988 unter Anwesenheit japanischer Teilnehmer in Paris durchgeführt wurde. Dort wird auch beschrieben, wie man in den Filtern mit dem entstehenden Wasserstoff umgeht. Es war weder eine Überraschung, dass er entstehen würde, noch, dass er eine ernsthafte Explosionsgefahr darstellt. In einem weiteren Dokument “a note on the outcome“, wurde jedem Teilnehmerland die Gelegenheit gegeben, sich über ihre weitere Politik in Bezug auf solche Filter (FCV = Filtered containment Vent) zu äußern. Das kürzeste Statement aller Teilnehmer kam aus Japan, auf Seite 9:
“At the moment, there is no decision regarding FCV.”
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