11. März 2011. Das japanische Fernsehen meldet: Ein Tsunami hat die Küste überrollt, betroffen ist auch das Kernkraftwerk Fukushima. In den Tagen darauf kommt es zur Kernschmelze. Radioaktivität tritt aus, ein Großteil landet im Ozean – womöglich auch das Element Plutonium.
"Plutonium ist ein langlebiges Isotop, das sehr lange in der Natur vorhanden sein wird. Und es ist ein von Menschen erzeugtes Element", sagt Karin Hain, Physikerin an der Technischen Universität München. In der Nähe der Reaktoren hatte man Plutonium im Boden nachgewiesen, wenn auch nur in geringen Spuren. Doch wieviel war durch Fukushima in den Ozean gelangt? Um das herauszufinden, besorgte sich ein deutsch-österreichisches Forscherteam mehrere Wasserproben, genommen von einem Forschungsschiff.
"Bei einer solchen Fahrt wurden 2012 von Tokio nach Kanada Proben an verschiedenen Positionen genommen. Und jeweils 20 Liter von einer bestimmten Messposition wurden uns zur Verfügung gestellt für diese Plutonium-Messungen."
Isotope mussten identifiziert werden
Karin Hain und ihre Kollegen machten sich an die Arbeit. Das Problem: In den Proben einfach nur nach Plutonium zu fahnden, genügte nicht, denn:
"Man könnte dann nicht identifizieren: Ist das jetzt von den Kernwaffen-Tests, oder ist das von Fukushima?"
Zu Zeiten des Kalten Kriegs hatten die Atommächte ihre Nuklearwaffen oberirdisch getestet - und dabei mehrere Tonnen Plutonium freigesetzt. Es lässt sich noch heute nachweisen, und zwar überall auf dem Globus. Wie also lässt sich entscheiden, ob das Plutonium in einer Probe von den Waffentests stammt oder aus Fukushima? Um das zu beantworten, machten sich die Physiker den Umstand zunutze, dass Plutonium in verschiedenen Varianten vorkommt, den Isotopen. Das Entscheidende ist das Verhältnis zwischen verschiedenen Isotopen: Dieses Verhältnis kann die Herkunft des Plutoniums verraten.
"Es gab ja schon diese Messungen in den Erdproben. Da hatte man gesehen, dass das Verhältnis von Plutonium 240 zu 239 erhöht ist gegenüber dem, was man vorher in Japan gefunden hat, was hauptsächlich durch den Waffen-Fallout verursacht wurde."
Zusätzlich mussten die Forscher das Verhältnis von Plutonium 241 zu Plutonium 239 analysieren.
"Das 241-Plutonium-Isotop hat eine vergleichsweise kurze Halbwertszeit von 14 Jahren. Die Kernwaffentests waren hauptsächlich Anfang der sechziger Jahre. D. h. das 241-Plutonium aus den Kernwaffentests ist zum größten Teil schon zerfallen."
Sollte sich in den Proben überproportional viel Plutonium 241 finden, müsste es aus Fukushima stammen, so das Kalkül. Die genauen Isotopenverhältnisse zu messen, war allerdings verzwickt, sagt Hain. Denn die Plutonium-Konzentrationen in den Proben waren überaus gering:
"Da reden wir von 107 Teilchen pro Liter, wenn’s hochkommt. Und das heißt: Man kann das mit gängigen Methoden nicht nachweisen."
Plutonium auf dem Meeresgrund?
Deshalb griffen die Forscher zu einer Spezialmethode, der Beschleuniger-Massenspektrometrie - einem Arrangement aus wuchtigen Magneten, Teilchenbeschleuniger und empfindlichen Detektoren. Das Verfahren kann nicht nur unterschiedlich schwere Plutoniumisotope trennen, sondern auch jene Moleküle aussieben, die dieselbe Masse besitzen wie das gesuchte Isotop. Hinzu kamen aufwändige chemische Trennverfahren.
"Zusammen mit der chemischen Abtrennung und der Beschleuniger-Massenspektrometrie haben wir Ergebnisse erhalten, die sehr klar zeigen, dass ein Eintrag von Fukushima als gelöstes Plutonium in der Wassersäule vernachlässigbar gering ist."
Was zunächst mal eine gute, eine beruhigende Nachricht wäre. Aber könnte es nicht sein, dass 2012, zum Zeitpunkt der Probennahme, der größte Teil des Plutoniums bereits auf den Meeresgrund gesunken war?
"Das ist tatsächlich eine Fragestellung, mit der man sich beschäftigen muss. In der Form, wie Plutonium im Meerwasser vorliegt, haftet es sich gern an Partikel, die im Meerwasser vorhanden sind. Deswegen kann es schon sein, dass Plutonium aus der Wassersäule mit diesen Partikeln ins Sediment abgesunken ist."
Bislang wurden zwar auch im Sediment keine erhöhten Konzentrationen festgestellt. Aber dennoch sollte man das Plutonium weiter im Auge behalten, meint Karin Hain. Schließlich sei es ein Gefahrenstoff, der ausschließlich vom Menschen in die Umwelt befördert wird.
