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Plutonium in der Umwelt

08.12.1998

PTB mißt seit vielen Jahren Spuren von Plutonium in Luftstaub

Eine weitergehende Darstellung und Diskussion der PTB-Meßergebnisse von Plutonium in Luftstaubproben wird derzeit für die Fachzeitschrift "StrahlenschutzPraxis" des Fachverbands für Strahlenschutz vorbereitet.

In der letzten Woche wurde in der Presse über Plutoniummessungen in Staub aus Häusern in den Elbmarschen an der Unterelbe und über Vermutungen zur Herkunft des Plutoniums berichtet. Die Meßwerte aus diesen Staubproben sind mit Messungen der Physikalisch-Technischen Bundesanstalt (PTB) in Berlin und Braunschweig im Einklang, welche die PTB seit 1985 regelmäßig durchführt. Das Ergebnis der PTB-Messungen: Das Plutonium im Luftstaub der letzten 14 Jahre stammt überwiegend aus dem Reaktorunfall von Tschernobyl und zu einem kleineren Teil aus dem Fallout von oberirdischen Kernwaffenversuchen.

Plutonium

Die Physikalisch-Technische Bundesanstalt (PTB) mißt seit über dreißig Jahren mit sehr hoher Empfindlichkeit die Spuren von Radionukliden im Luftstaub. Dabei findet man immer die natürlichen Radionuklide Beryllium-7, Blei-210 und Kalium-40 sowie andere Radionuklide aus künstlichen Quellen wie Cäsium-137 und eben auch Plutonium, das schwerste der natürlich vorkommenden Elemente. Seine derzeit 16 bekannten Isotope (gleiches Element, aber unterschiedliche Atomgewichte) von Plutonium-232 bis Plutonium-247 sind radioaktiv und zerfallen je nach Isotop mit Halbwertszeiten von 26 Minuten bis 82 Millionen Jahren. Natürliche Plutonium-Vorkommen sind Uranerze, in denen es aus Uran-238 gebildet wird.

Das heute in der Umwelt meßbare Plutonium stammt fast ausschließlich aus künstlichen Quellen: weltweit von den früher in der Atmosphäre durchgeführten Kernwaffenversuchen und regional zum Beispiel von Satellitenabstürzen oder aus Unfällen in kerntechnischen Anlagen, etwa aus Tschernobyl. Für den Umwelt- und Strahlenschutz sind die Plutonium-Isotope 238, 239, 240 und 241 von Bedeutung, da gerade diese am häufigsten produziert werden. Im deutschen "Integrierten Meß- und Informationssystem" (IMIS) zur Überwachung der Umweltradioaktivität, das von der Bundesregierung nach dem Reaktorunfall von Tscherbnobyl ins Leben gerufen wurde, werden die Plutonium-Gehalte in den für die menschliche Nahrungskette bedeutsamen Umweltbereichen regelmäßig gemessen. Auch die PTB ist daran mit sehr empfindlichen Messungen in der bodennahen Luft beteiligt.

Meßverfahren

Für die Messung von Plutonium im Luftstaub sammelt die PTB den in der bodennahen Luft enthaltenen Staub. Dazu dienen Hochleistungs-Luftstaubsammler, die im Mittel ca. 700 m3 Luft pro Stunde durch spezielle Filter saugen, an denen der Luftstaub hängen bleibt. Damit werden in drei Monaten ca. 1,5 Millionen Kubikmeter Luft gefiltert und ausreichend Staub für eine Messung gesammelt. Die Filter mit dem Luftstaub werden zuerst verascht. Man erhält so 10 bis 20 Gramm Luftstaubasche, die anschließend für die Messung chemisch aufgearbeitet und von allen bei der Messung störenden Bestandteilen gereinigt wird. Es bleiben letztlich unwägbar kleine Mengen an Plutonium übrig, deren Aktivität in einem Alphaspektrometer gemessen wird.

Meßdaten seit 1985

Erste Analysen wurden an Berliner Luftstaubaschen der Jahre 1985 bis 1992 durchgeführt. Seit 1990 mißt die PTB für das Bundesministerium für Umwelt, Naturschutz und Reaktorsicherheit die Plutoniumaktivität der Luft in Quartalsproben in Braunschweig. Für 1990 bis 1992 liegen Meßwerte aus Berlin und Braunschweig vor. Luftstaubasche besteht zum weitaus größten Anteil aus den mineralischen Bestandteilen des aufgewirbelten Bodenstaubes, der von Feldern, Wegen und Straßen zu den Staubsammlern gelangt. Daher liegen die Meßwerte der spezifischen Plutoniumaktivitäten des Luftstaubes meistens in einem Bereich, der auch aus Messungen von Plutonium in Bodenproben bekannt ist. Die Daten zeigen, daß der Berliner Jahresmittelwert von 1986 ca. 50-fach höher liegt als die Mittelwerte aller anderen Jahre. Das ist auf die Emissionen infolge des Reaktorunfalls in Tschernobyl zurückzuführen.

Der Mittelwert der in der Luftstaubasche in den Jahren 1990 bis 1997 in Braunschweig gemessenen spezifischen Aktivitäten von Plutonium-(239+240) beträgt 0,19 mBq/g (tausendstel Becquerel pro Gramm). Eine Mittelung über die Jahre von 1985 bis 1997, die dementsprechend auch das Plutonium aus Tschernobyl einbezieht, ergibt einen Wert von 1,1 mBq/g.

Im Vergleich dazu sind die mittleren im Jahre 1998 in Braunschweig gemessenen Aktivitätskonzentrationen einiger natürlich in der Luft vorkommender Radionuklide sehr groß:

Beryllium-7: ca. 330000 mBq/g
Blei-210: ca. 27000 mBq/g
Kalium-40: ca. 800 mBq/g.

Herkunft des Plutoniums

Anhaltspunkte zur Herkunft des Plutoniums lassen sich gewinnen, wenn man die relativen Anteile der verschiedenen Plutonium-Isotope bestimmt, zum Beispiel von Plutonium-238 und Plutonium-(239+240). Die Plutonium-Mischung aus den oberirdischen Kernwaffenversuchen enthält nur wenige Prozent an Plutonium-238, Reaktorplutonium dagegen bis zu 50 Prozent. Der Luftstaub von 1986 enthielt einen Anteil von 43%. Auch das weist eindeutig auf die Herkunft aus Tschernobyl hin. Luftstaubmessungen in den letzten Jahren in der PTB zeigen im Mittel einen Plutonium-238 Anteil von ca. 15%.

Folgerungen

In Luftstaubproben, die Staub aus den 13 Jahren 1985 bis 1997 enthalten, stammt in Deutschland ein erheblicher Teil des Plutoniums aus dem Reaktorunfall von Tschernobyl von 1986. Die Daten sind in Übereinstimmung mit Meßdaten aus Bodenproben in Deutschland. Die bekannt gewordenen Daten aus der Analyse von Staubproben aus den Elbmarschen sind bezüglich der Plutonium-Isotope 238 und 239+240 mit den Messungen der PTB in Braunschweig und Berlin verträglich.

Die Grafik zeigt die in der PTB in den letzten Jahren in Luftstaubasche gemessenen Jahresmittelwerte von Plutonium-(239+240) in tausendstel Becquerel pro Gramm Luftstaub (mBq/g).