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Physik Journal 15 (2016) Nr. 3
© 2016 Wiley-VCH Verlag GmbH & Co. KGaA, Weinheim
z. B. Verwitterung, radioaktiver Zerfall, Migration von
Radionukliden in tiefere Bodenschichten und gege-
benenfalls die Veränderung der Oxidationszustände,
welche die Bioverfügbarkeit beeinflussen. Der folgende
kurze Exkurs zeigt die Komplexität des Verhaltens von
Radionukliden in der Umwelt und die Schwierigkeit,
Mobilitäten und Bioverfügbarkeiten vorherzusagen.
Mobilität und Verfügbarkeit der Radionuklide
Durch die Analyse von Bodenproben aus Prypjat las-
sen sich Tiefenprofile von
137
Cs,
241
Am sowie Plutoni-
umisotopen erstellen (
Abb. 3
). Die Stadt liegt etwa vier
Kilometer vom Kraftwerk entfernt mitten in der CEZ.
Dennoch ist die Deposition der Radionuklide sehr
inhomogen, wie der Vergleich zweier Proben mit etwa
einem Meter Abstand zeigt. Die Proben werden zu-
nächst gammaspektroskopisch auf
137
Cs und
241
Am un-
tersucht. Der Gehalt an Plutonium folgt aus der Alpha-
spektrometrie. Die ursprünglich hoch kontaminierten
Böden sind mit weniger kontaminiertem Material
bedeckt, und die anfangs nur oberflächliche Depositi-
on ist bereits in tiefere Bodenschichten migriert. Dies
gilt nicht nur für
137
Cs, sondern auch für Plutonium,
dessen Isotope erwartungsgemäß alle gleich schnell
migrieren. Aktuelle Arbeiten widmen sich der Frage,
ob auch Kleinstbodenlebewesen die Bodenschichten
verlagern können.
Eine zusätzliche Information ergibt sich aus dem
Signal von
241
Am. Das dreiwertige Americium ist nor-
malerweise mobiler als das unter Umweltbedingungen
vierwertige Plutonium und sollte schneller in tiefere
Bodenschichten migrieren. Zur Americium-Aktivität
in tieferen Bodenschichten tragen zwei Prozesse bei:
die direkte Migration und die Nachbildung aus dem
Beta-Zerfall von
241
Pu. Da mit tieferen Schichten das
Verhältnis von Plutonium zu Americium abnimmt,
überwiegt der zweite Prozess (
Abb. 3
). In tieferen Bo-
denschichten bildete sich viel weniger
241
Am nach, weil
241
Pu sehr langsam migriert und durch seine kurze
Halbwertszeit von 14,3 Jahren der größte Teil auf dem
Weg in tiefere Bodenschichten zerfällt. Dies gilt nicht
für die langlebigeren Isotope
238
Pu,
239
Pu und
240
Pu.
Auch Verwitterung spielt eine wichtige Rolle: Plu-
tonium lag im Brennstoff ursprünglich vierwertig
vor. Diese Oxidationsstufe ist chemisch inert, kaum
wasserlöslich und wenig mobil. Verwitterungsprozesse
führen durch Oxidation zu fünf- und sechswertigem
Plutonium. Unter Umweltbedingungen ist es nicht lan-
ge stabil, hat aber kurzfristig eine erhöhte Mobilität zur
Folge, die auch größer sein kann als für das dreiwertige
Americium.
In offenem Gelände wie Feldern und Wiesen füh-
ren Dekontaminationsmaßnahmen sowie die oben
betrachteten Prozesse dazu, dass sich Radionuklide
verlagern und immer weniger in Pflanzen und in die
weitere Nahrungskette gelangen. Dadurch sinken die
höchsten Beiträge zur effektiven Dosis, die sich aus
der Aufnahme von
137
Cs über Milch, Fleisch und ei-
nige Gemüsesorten ergeben, in den meisten Gebieten
unter die zulässigen Grenzwerte. Anders ist es bei in
Wäldern geernteten Pilzen, Beeren sowie beim Fleisch
dort lebender Wildtiere. Diese sind nach wie vor hoch
Abb. 3
Zwei Bohrkerne, die eine Länge
von 30 cm und einen Durchmesser von
3,8 cm haben, ergeben jeweils zehn Teil-
proben mit Dicken von 2 bis 4 cm. Ver-
gleicht man die Aktivitäten der Teilpro-
ben aus beiden Bohrkernen, zeigen sich
sehr heterogene Tiefenprofile für die
Plutoniumisotope sowie
137
Cs und
241
Am.
In den Teilproben aus 9 bis 12 cm Tiefe
findet sich die maximale Aktivität aller
Plutoniumisotope: Diese Schicht ent-
spricht wohl der Erdoberfläche vor 30
Jahren. Darüber liegt eine recht dicke
Schicht organischen Materials, in der die
Aktivität von
137
Cs erhöht ist.
0
50
100
150
200
250
300
350
0
1000
2000
3000
4000
5000
6000
7000
Spezifische Aktivität von 241 Am,
238
Pu und
239,240
Pu in Bq/kg
Tiefe in cm
Tiefe in cm
Bohrkern 2
0
2
4
6
8
0
2
4
6
8
Verhältnis von 241 Am
zu
238
Pu
0
0
100
200
300
400
500
600
2 0
4 6 9 12 15 18 22 26 30
2 0
4 6 9 12 15 18 22 26 30
Spezifische Aktivität von
137
Cs in Bq / kg
2000
4000
6000
8000
10000
12000
Bohrkern 1
241
Am
239,240
Pu
238
Pu
137
Cs
241
Am
239,240
Pu
238
Pu
137
Cs