Vortrags-Folien - IANUS

Auswirkungen der Reaktorhavarie von Fukushima-Daiichi in 

Deutschland - Meteorologische Ausbreitungsrechnungen und 

Spurenmessungen durch den Deutschen Wetterdienst 

T.Steinkopff, H.Glaab 

Deutscher Wetterdienst, Dr.Thomas Steinkopff Ringvorlesung Fukushima TU Darmstadt 26.04.2012

Übersicht I 

Historie 

Gesetzliche Grundlagen und Verpflichtungen 

IMIS, Messungen von Bundes- und Landesbehörden 

Überwachung der Radioaktivität in der Atmosphäre durch den DWD 

Meteorologische Produkte 

Verfahren zur Messung von Radionukliden (Radioaktivität) 

Messergebnisse im Normalbetrieb 

Alarmierung, Notfallsystem 


Übersicht II 

Fukushima 11.3.2011 

Trajektorienrechnungen Onigawa, Fukushima 

Dispersionsrechnungen Fukushima 

Messwerte an den Messstationen des DWD 

Flugzeugmessungen 

Zusammenarbeit in IMIS und Öffentlichkeitsarbeit 

Bewertung 


6.8.1945, Hiroshima 


1957 

1959 

1961 

1963 

1965 

1967 

1969 

1971 

1973 

1975 

1977 

1979 

1981 

1983 

1985 

1987 

1989 

1991 

1993 

1995 

1997 

1999 

2001 

2003 

2005 

2007 

2009 

Gesamtbetaaktivität im Niederschlag, 1957 - 2009 

24000 

22000 

20000 

Gesamt-Betaaktivität in Bq/m 2 

18000 

16000 

14000 

12000 

10000 

8000 

6000 

4000 

2000 

0 

Jahr

Reaktorunfall von Tschernobyl am 26.April 1986 


Gesamtbetaaktivität in der Luft an der Messstelle 

Regensburg, 29.April 1986 


Mahnungen 

Hiroshima und Nagasaki, August 1945 

A-Bomben und H-Bombentests in der Atmosphäre, 1945 – 1963 

Windscale, Oktober 1957 

Harrisburg, März 1979 

Tschernobyl, April 1986 



Gesetzliche Grundlagen zur Radioaktivitätsüberwachung 

Strahlenschutzvorsorgegesetz (StrVG,1986, 2008), 

Wetterdienstgesetz (1955, 1998) 

Strahlenschutzverordnung (StrlSchV, 2001) 

 

Allgemeine Verwaltungsvorschrift zum Integrierten Messund 

Informationssystem zur Überwachung der 

Umweltradioaktivität (AVV-IMIS, 2006) mit 

Messprogrammen 


Bundesmessnetze 

Landesmess- 

einrichtungen (StrVG) 

Messeinrichtungen 

REI-Immissionen und REI-Berichte 

DWD 

BfS 

BfG 

BSH 

Messnetz 

Messnetz 

Messnetz 

Messnetz 

Messstellen 

Land 1 

1.1-1.m 

Messstellen 

Land 16 

16.1-16.n 

Betreiber 

Land 1 

1.1-1.p 

unabh. 

Messstellen 

1.1-1.q 

Betreiber 

Land x 

x.1-x.y 

unabh. 

Messstellen 

x.1-x.z 

2 Spurenmessstellen 

DWD 

Zentrallabor 

1 Spurenmessstelle 

BfS (F) 

BfG 

Zentrallabor 

BSH 

Zentrallabor 

Landeszentrale 

1 

Landeszentrale 

16 

Aufsichtsbehörde 

1 

Aufsichtsbehörde 

x 

PTB 

1 Spurenmessstelle 

BfG 

BSH 

DWD 

EU 

IAEO 

PTB 

EU / IAEO 

Bundesanstalt für Gewässerkunde, Koblenz 

Bundesamt für Seeschifffahrt und 

Hydrographie, Hamburg 

Deutscher Wetterdienst, Offenbach 

Europäische Union 

Internationale Atomenergieorganisation, Wien 

Physikalisch Technische Bundesanstalt, 

Braunschweig 

ZdB 

BfS (SW 2) 

BMU 

Öffentlichkeit 

BfG 

MRI 

vTI 

BfS (B) 

BMVg 

L 

e 

i 

t 

s 

t 

e 

l 

l 

e 

n 

PTB 

Aktivitätsnormale 

Nukliddaten 

BfS (B) Bundesamt für Strahlenschutz, Berlin 

BfS (F) Bundesamt für Strahlenschutz, Freiburg 

BMU Bundesministerium für Umwelt, 

Naturschutz und 

Reaktorsicherheit, Bonn 

BMVg Bundesministerium der Verteidigung 

MRI Max Rubner Institut, Ernährung und 

Lebensmittel, Kiel 

vTI Johann Heinrich von Thünen-Institut, 

Fischerei, Hamburg 

ZdB Zentralstelle des Bundes zur 

Überwachung 

der 

Umweltradioaktivität, BfS, Freiburg, 

Deutscher Wetterdienst, Dr.Thomas Steinkopff Ringvorlesung Fukushima TU Darmstadt 26.04.2012 

Neuherberg/München

Forderungen gemäß AVV-IMIS (2006) 

• Meteorologische Produkte und Lageeinschätzung 

innerhalb einer Stunde (Trajektorien, 

Konzentrationsprognosen) 

• Radioaktivitätsmessdaten von 48 Messstellen im 2h- 

Takt und täglich 

• Flugzeuggestützter Messeinsatz 

• Datenübertragung an den nationalen Verbund IMIS 

täglich und im Ernstfall zweistündlich 


Betriebsarten 

Normalbetrieb (Routinemessprogramm, 

Spurenmessungen) 

Kontinuierliche Messung der Radioaktivität in 

der Luft und im Niederschlag: „normale 

Umweltradioaktivität“ 

Intensivbetrieb (Intensivmessprogramm) 

Sofortige Bereitstellung der met. Prognosen 

und der Messdaten: „künstliche 

Radioaktivität“ 


Messungen 

Aerosolpartikel 

• Gammastrahler 

• Künstliche Alpha- und Betaaktivität 

• Sr-90, Isotope Uran, Plutonium und Americium 

Gasförmige Komponenten 

• gasförmiges I-131, Edelgase wie Kr-85, Xe-133, C-14 in CO 2 

Niederschlag 

• Gesamtbetaaktivität 

• Gammastrahler im Niederschlag 

• Deponierte Gammastrahler 

• Sr-90, Isotope Uran, Plutonium, Americium, Tritium 

• Niederschlagsmenge 



Messungen der aerosolgebundenen Radionuklide 

Gammastrahler 

FHT59N2: nuklidspezifische 

Gamma-Schrittfilteranlage 

Gammaspektrometrie 

Auswertung zweistündlich 

Nachweisgrenze 0,05 Bq/m 3 

Auswertung täglich, 

Nachweisgrenze 0,01 Bq/m³

Probeentnahmestelle Filterband 

Filterbandmechanik 


Messung der aerosolgebundenen Alpha- und 

Betaaktivität sowie gasförmiges Iod 

künstliche Alpha- und 

Betaaktivität 

Alpha- bzw. Betastrahlung 


Nachweisgrenze: 

0,5 Bq/m 3 bzw. 1,0 Bq/m 3 

Gasförmiges Iod-131 

Auswertung stündlich 

Nachweisgrenze 0,5 Bq/m³

Probeentnahme und Messung der Radionuklide im 

Niederschlag 

Gammastrahler 

Nachweisgrenze Monatsprobe 

0,005 Bq/L 

Sr-90 


0,001 Bq/L 

Alphastrahler 


0,00002 Bq/L

Messung Gesamtbetaaktivität im Niederschlag 

Betaaktivität 

Nachweisgrenze 

Tagesprobe 50 mBq/L 

Tritium 


1 Bq/L

Messungen der deponierten Radionuklide 

Gammastrahler 

In-situ-Gammaspektrometrie 


Nachweisgrenze 150 Bq/m 2

Probeentnahme und Messung von aerosolgebundenen 

Radionukliden im Spurenbereich 

Gammastrahler 

Nachweisgrenze Wochenprobe 

0,000001 Bq/m³ 

Sr-90 


0,000001 Bq/m³ 

Alphastrahler(Uran, 

Plutonium) 


0,0000001 Bq/m³

Spurenmessung von C-14 im CO2 der Atmosphäre 

Probenahmesystem im Schneefernerhaus 

Versand der Proben nach Offenbach 

Probenaufarbeitung 

Messen und Auswerten im Analysensystem 

Messergebnisse mit Graphik von C-14 

Messergebnisse von 14 C in der Umgebungsluft Probenahmeort Zugspitze/ 

Schneefernerhaus 2003 Wochenprobe 

inklusive Nachweisgrenze 

140 

120 

100 

mBq m -3 

80 

60 

40 

20 

0 

Januar 

Februar 

März 

April 

Mai 

Juni 

Juli 

August 

Aktivitätskonzentration 



Aktivitätskonzentration

Spurenmessung von Kr-85 und Xe-133 in der Atmosphäre

Elektrolysesystem zur Anreicherung von Tritium 

3. 

5. 

4. 

7. 

1. 

6. 

1: Steuereinheit für das System 

2: Kühltruhe 

3:Absaugrohr für Wasserstoff mit 

Ventilator 

4:Einzelabsaugrohr für Zellen 

5:Sensor Gasalarm bei Wasserstoffaustritt 

8. 

2. 

6:Spannungsregeleinheit 

7:Kompressor 

8:Einsatzstutzen für Elektrolysezellen 


Proben im DWD 

eingedampfter Monatsniederschlag 

Aerosol-Wochenfilter 


Bq/l 

2,50 

2,00 

Tritium_Aktivitätskonzentration im Niederschlag Monatsmischproben 

im Jahr 2010 

an den RA_Messstellen 

Aachen, Berlin/Potsdam, München, Offenbach, Schlesw ig 

Aachen 

Berlin 

München 

Offenbach 

Schlesw ig 

Nachw eisgrenze 

1,50 

1,00 

0,50 

0,00 

Jan 10 Feb 10 Mrz 10 Apr 10 Mai 10 Jun 10 Jul 10 Aug 10 Sep 10 Okt 10 Nov 10 Dez 10 


Schleswig 

Hamburg 

Rostock 

Bremen 

Bad Salzuflen 

Abb.4 Langlebige Beta-Aktivitätskonzentration in der bodennahen Luft 

Jahresmittelwerte 2010 in mBq/m³ 

1,8 

1,5 

1,2 

mBq/m 3 

Hannover 

Kahler Asten 

Brocken 

Wasser-kuppe 

Gera 

Offenbach 

Würzburg 

Nürnberg 

München 

Konstanz 

Garmisch 

0,9 

0,6 

0,3 

0,0 

Messstationen des Deutschen Wetterdienstes 


Aktivitätskonzentration (µBq/m³) 

Aerosolfilter Berlin 2009 

10000 

1000 

100 

10 

Be-7 (µBq/m³) 

NWG Cs-137 (µBq/m³) 

Cs-137 (µBq/m³) 

1 

0 


Monat 


Aktivitätskonzentration (µBq/m³) 

Aerosolfilter Offenbach 2009 

10000 

1000 

100 

10 

Be-7 (µBq/m³) 

NWG Cs-137 (µBq/m³) 

Cs-137 (µBq/m³) 

1 

0 


Monat 



• Identifikation radioaktiver Luftmassen 

• Dosismessung 

• Aerosolsammlung und Gammaspektrometrie 

an Bord 

• Datentransfer 

• Datenpräsentation in IMIS und Input zur 

Verbesserung der Prognosen 


Lear-Jet mit Probeentnahmesystem 


Serious fire in Albstadt 


Ausbreitungsrechnungen 

Trajektorienrechnungen 

Lagrangesches Partikel Dispersions Modell 


Basis für Ausbreitungsrechnungen des DWD (Stand 2011) 

Globalmodell GME 

Gitterweite: 30 km 

Anzahl der Schichten: 60 

Vorhersagezeitraum: 

174 h von 00 und 12 UTC 

78 h von 18 UTC 

Lokalmodelle 

COSMO-EU/DE 

Gitterweite: 7 / 2,8 km 

Anzahl der Schichten: 40/50 

Vorhersagezeitraum: 

78 h von 00, 12 und 18 UTC 

(COSMO-DE: 

3-stündlich bis + 21 h) 


Trajektorienanalyse 


Langrangean Partikel Dispersionsmodell (LPDM) 


ALARMPLAN RADIOAKTIVITÄT 

Einleitung der Maßnahmen im DWD 

Supervisor TI 24 

- Berechnung von Trajektorien - Information der Beteiligten im DWD 

- Berechnung von Konzentrations- - Information BMVBS, BMU 

prognosen 

- Veranlasst Intensivmessbetrieb im 

Netz 

- Kommentierung der Wetterlage - Kommentare zu Ausbreitungsrechnungen 

an IMIS 

- Plausibilisierung der Messdaten 

Der Präsident ruft Krisenstab ein und aktiviert das 

Lage- und Informatioszentrum (LIZ) 

Das LIZ berät, entscheidet, entwarnt 

Die Landesbeauftragten des DWD (RZ-Leiter) werden vom LIZ versorgt und 

nehmen Kontakt mit den Landesbehörden (Katastrophenschutz) auf. DWD 

fordert im Alarmfall Konzentrationsprognosen von den RSMC Toulouse 

oder Bracknell an. 


Reaktorunfall Fukushima: Einbindung des DWD 

11.3.2011 

12.3./13.3. 

14.3. 

15.3. 

18.3. 

23.3. 

24.3. 

28.3. 

zufällig Übung des Alarmplans und Nachricht von Erdbeben 

und Tsunami sowie Brand im KKW Onagawa 

Kontakt mit dem BMU und Rechnung von Trajektorien 

Abstimmung mit dem BMU zur Publikation von Trajektorien auf 

den Internetseiten des DWD 

Umstellung auf Dispersionsrechnungen für den Nahbereich 

Fukushima ohne Quellterm zu berücksichtigen 

Start Publikation auf Internetseite des DWD 


erste Messergebnisse für I-131, Te-132, I-132, Cs-134, Cs-137 

sowie Xe-133 

Messwerte >1mBq/m3 für I-131 an Gammaschrittfilteranlagen 

30.3. Flugzeugmessungen mit ca. 2 mBq/m3 für I-131 




Fukushima-I 

72-Stunden- 

Animation 

GME-LPDM 

Szenario: 

kontinuierliche 

Emission bis 

500 m Höhe 

17.-20.03.2011 




Fukushima-I 

16-Tage- 

Animation 

Szenario: 

kontinuierliche 

Emission bis 

500 m Höhe 

15.-30.03.2011 


Messgeräte und Messungen 

Hochvolumensammler mit 1000 m3/h Luftdurchsatz, gammaspektrometrische 

Messung der Aerosolpartikel 

Gammaschrittfilteranlagen, Probeentnahme und Messung gleichzeitig 

Gasförmiges Iod auf Aktivkohle und gammaspektrometrische Messung 

Anreicherung von radioaktiven Edelgasen auf Aktivkohle(mit flüssigem 

Stickstoff gekühlt), Trennung mit präparativer Gaschromatographie der 

einzelnen Gasfraktionen Kr-85 und Xe-133, Messung der Betaaktivität im 

Zählrohr 

Probeentnahme Niederschlag und gammaspektrometrische Messung 



Gammaspektrometriemesssystem 

Gammaspektrum 





Aerosolfiltersystem in einem Tragflächenunterlastkörper 


Flugzeugmessungen, 23.03.2011 


Flugzeugmessungen, 30.3.2011 


Fukushima-I 

GME-LPDM 

17-Tage-Hindcast 

(14.-31.03.2011) 

Szenario: 

IAEA/CMC- 

Quellterm 

(30.03.2011) 

Emissionen: 

0-500 m Höhe 

Konzentrationen: 

0-1500 m gemittelt 


Zusammenarbeit und Publikationen 

Spurenmessprogramm abgestimmt mit BfS und PTB, Publikationen auf den 

jeweiligen Internetseiten, Bewertung durch BfS 

Nachfragen nach Messwerten waren sehr hoch 

Missverständnis mit Journalist führte zu Äußerung, der DWD würde 

Messwerte zensieren 

Darstellung der DWD-Aufgaben im IMIS: in dpa, Regionalsender 

Anfragen und Antworten über mail, Bewertung zurückhaltend 

Dispersionsrechnungen wurden dankbar angenommen von der japanischen 

Bevölkerung, aber heikel, da Freisetzungen fiktiv und unbekannt 


Bewertung und Erkenntnisse 

Dispersionsrechnungen zeigten täglich die Ausbreitungsbedingungen am Standort 

Fukushima: wertvolle Information für die Öffentlichkeit 

Mit den Ausbreitungsrechnungen ließen sich Ankunftsort und Aktivitätskonzentration 

gut abschätzen 

Der Messbetrieb wurde flexibel bei DWD, BfS und PTB an einen Spurenmessbetrieb 

mit Tagesmessungen angepasst, Messausrüstung ist sehr gut 

Personalkapazitäten begrenzt, wenn Messaufgaben und Öffentlichkeitsarbeit 

gleichzeitig wahrgenommen werden muss 

Messdaten wurden für IMIS/ELAN bereitgestellt, aber auch auf den Internetseiten des 

DWD, PTB und BfS selbst 

Flugzeugmessungen zeigen Ergebnisse für die obere Atmosphäre, Auswirkungen auf 

Flugverkehr bedenken 

Informationsbedürfnis größer als vorbereitet 

Neue Medienlandschaft besonders social media müssen kompetent und rasch mit 

Informationen versorgt werden 


Regelungen:IAEA- WMO

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