Evolution der Brennstäbe

Auch die kontinuierliche Weiterentwicklung einzelner Bauteile kann die Sicherheit von Reaktoren erhöhen. Dies gilt besonders nach den Erfahrungen aus dem Unglück in Fukushima.

Brennstäbe heute

Brennstäbe für Leichtwasserreaktoren haben eine Durchmesser von nur 11 mm bei einer Länge von fast 5 m. Sie sind deshalb so instabil, daß sie zu sog. Brennelementen fest zusammengebaut werden. Dort werden sie durch Abstandshalter und Befestigungsplatten in ihrer Position gehalten. Zusätzlich enthalten die noch Einbauten für Regelstäbe, Messeinrichtungen usw. Wichtig in diesem Zusammenhang ist, daß solche Brennelemente mit sehr engen Toleranzen gefertigt werden müssen, da z. B. die sich ergebenden Abstände sehr entscheidend für die Strömungsverhältnisse (Kühlung) und die Abbremsung der Neutronen sind.

Die Brennstäbe bestehen aus Hüllrohren aus Zirkalloy mit Wandstärken von weniger als einem Millimeter und sind mit Tabletten aus Urandioxid gefüllt. Auf die Konsequenzen aus dieser Materialwahl wird später noch eingegangen werden. Die Tabletten sind gesintert („gebrannt“ wie eine Keramik) und anschließend sehr präzise im Durchmesser geschliffen; an den Stirnflächen konkav gearbeitet, um Ausdehnungen im Betrieb zu kompensieren usw. All dieser Aufwand ist nötig, um die Temperaturverteilung im Griff zu behalten.

Das Temperaturproblem

Brennstäbe dürfen nicht schmelzen, denn dann ändert sich ihre mechanische Festigkeit und ihre Abmessungen (Kühlung und Neutronenspektrum). Keramiken sind zwar chemisch sehr beständig, besitzen aber gegenüber Metallen nur eine sehr schlechte Wärmeleitung. Jeder kennt den Unterschied, der schon mal heißen Kaffee aus einem Metallbecher getrunken hat. Außerdem sind Keramiken sehr spröde.

Die gesamte Wärme kann nur über den Umfang an das Kühlwasser abgegeben werden. Sie entsteht aber ziemlich gleich verteilt innerhalb des Brennstabes, da er für Neutronen ziemlich durchsichtig ist. Dies hat zur Folge, daß es einen sehr starken Temperaturunterschied zwischen Zentrum und Oberfläche gibt. Zusätzlich verschlechtert sich auch noch die Wärmeleitfähigkeit mit zunehmender Temperatur. All das führt dazu, daß der Brennstab in seinem Innern bereits aufschmelzen kann, obwohl er an seiner Oberfläche noch relativ kalt ist. Die Temperaturdifferenz zwischen Oberfläche und Kühlwasser ist aber in dieser Phase die bestimmende Größe für die Wärmeabfuhr.

Steigt die Oberflächentemperatur über die Verdampfungstemperatur des Kühlwassers, fängt das Wasser (an der Oberfläche) an zu verdampfen. Die Dampfblasen kondensieren nach deren Ablösung im umgebenden „kalten“ Wasser. Durch dieses sogenannte „unterkühlte Blasensieden“ kann man sehr große Wärmemengen abführen. Tückisch ist nur, wenn die Wärmeproduktion durch Kernspaltung einen Grenzwert übersteigt, bildet sich eine geschlossenen Dampfschicht auf der Oberfläche die auch noch stark isolierend wirkt. Als Folge steigt die Temperatur in der dünnen Brennstabhülle explosionsartig an. Dampf in Verbindung mit hoher Temperatur führt aber zur Oxidation des Zirkalloy. Die Hülle verliert schnell ihre Festigkeit.

Harrisburg und auch Fukushima

Bricht die Kühlung zusammen, überhitzen die Brennstäbe. Wie Fukushima gezeigt hat, kann das auch noch (kurz) nach dem Abschalten des Reaktors geschehen, da dann die Nachzerfallswärme noch sehr groß ist. Durch die hohen Temperaturen in den Brennstabhüllen in Verbindung mit Wasserdampf oxidieren die Hüllen und setzen dabei große Mengen Wasserstoff frei. Dieser Wasserstoff hat zu den fürchterlichen Explosionen in den Reaktorgebäuden geführt. In Harrisburg waren die Wasserstoffmengen zwar beherrschbar, aber auch damals schon zerfielen Teile des Reaktorkerns. Die Wiederbenetzung konnte zwar schlimmeres verhindern – aber man schrecke mal eine glühende Tasse mit Wasser ab.

Für alle Leichtwasserreaktoren bedeutet das, die zulässigen Temperaturen müssen bei allen Betriebsbedingungen in allen Teilen des Reaktorkerns sicher eingehalten werden. Mit anderen Worten, die Kühlung darf nie versagen. In diesem Sinne ist der Sicherheitsgewinn einer passiven (auf die natürlichen Kräfte, wie z. B. Schwerkraft beruhende) Kühlung zu verstehen.

Oberflächenschutz der Brennstäbe

Insbesondere nach den Ereignissen in Fukushima hat man unterschiedlichste Maßnahmen ergriffen, um die Sicherheit bestehender Kraftwerke weiter zu erhöhen. Außerhalb Deutschlands nach den üblichen Vorgehensweisen wie sie bei Flugzeugabstürzen, Schiffsunglücken etc. üblich sind: Akribische Untersuchung der Schadensabläufe mit dem Zweck Schwachstellen zu ermitteln und Lösungen dafür zu finden. Ein Weg war die Verbesserung der Brennstabhüllen. Zu diesem Zweck hat man z. B. in den USA das Entwicklungsprogramm „Enhanced Accident-tolerant Fuel programme.“ gestartet.

Aus einer internationalen Zusammenarbeit haben sich zwei neue Konzepte – IronClad und ARMOR. – entwickelt, deren Prototypen im Kernkraftwerk Hatch in Georgia, USA seit März 2018 im Normalbetrieb getestet werden. Der Test unter realen Bedingungen in einem laufenden Kernkraftwerk ist ein üblicher Entwicklungsschritt. Nur so kann man Fehlentwicklungen vermeiden.

IronClad sind Hüllrohre, die aus einer Eisen-Chrom-Aluminium-Legierung bestehen. Man glaubt damit einen wesentlich robusteren Werkstoff gefunden zu haben, der nicht so temperaturempfindlich ist, nicht so leicht oxidiert und kein Wasserstoffgas produziert.

ARMOR ist ein eher evolutionärer Ansatz. Man panzert konventionelle Hüllrohre mit einer Schutzschicht auf der Basis von Chrom. Es sind Produkte dreier Hersteller in der Erprobung: Global Nuclear Fuel-Japan Co (GE-Hitachi), Framatom mit zusätzlich mit Chrom geimpften Brennstofftabletten und EnCore Fuel.(Westinghouse) mit Tabletten auf der Basis von Uran-Siliciden.

Ein ganz neues Konzept

Das Unternehmen Lightbridge hat das Bauelement Brennstab noch einmal ganz neu gedacht und bereits prototypenreif entwickelt. Inzwischen ist man eine Kooperation für die Weiterentwicklung und Serienproduktion mit Framatom eingegangen. Entscheidend war die Anforderung des Ersatzes von Brennstäben in konventionellen Leichtwasserreaktoren im Betrieb. Deshalb ist nicht nur ein Ersatz, sondern auch ein gemischter Betrieb mit konventionellen Brennelementen angestrebt worden.

Der Übergang von keramischem Uranoxid auf eine metallische Legierung aus Uran und Zirkon ist für Leichtwasserreaktoren revolutionär. Bisher wurde so etwas nur in schnellen Reaktoren mit Natrium – und nicht Wasser – als Kühlmittel gemacht. Ebenso neu ist die Form: Sie sind nicht mehr zylindrisch, sondern kreuzförmig. Diese Kreuze sind spiralförmig verdreht, sodaß sich vier gewindeähnliche Kanäle für das Kühlwasser bilden.. Außen sind sie mit einer dünnen und fest verbundenen Schicht aus Zirkon versehen um eine übliche Wasserchemie zu gewährleisten. Diese „Gewindestäbe“ liegen in dem Brennelement dicht beieinander, sodaß keine Abstandshalter mehr erforderlich sind.

Metall verfügt über eine bessere Wärmeleitung als Keramik und die Kreuzform ergibt eine größere Oberfläche und dünnere Querschnitte. Beides führt zu geringeren Betriebs- und Spitzentemperaturen (starke und schnelle Lastschwankungen). Der Strömungswiderstand solcher Brennelemente ist kleiner, wodurch sich der Durchfluß durch den Kern bei gleicher Pumpenleistung erhöht. Man geht deshalb von einer möglichen Leistungssteigerung von 10% aus. Ein nicht zu unterschätzender wirtschaftlicher Anreiz, wenn man in einer bestehenden Flotte für „kleines Geld“ ganze Kraftwerke zusätzlich erhält.

Die neuen Lightbridge-Brennelemente vertragen alle Leistungstransienten besser, sind aber vom Prinzip her gegen längerfristige Kühlmittelverluste anfälliger, da Metalle einen geringeren Schmelzpunkt als Keramiken besitzen. Dies war der Hauptgrund für die ursprüngliche Wahl von Uranoxid als Werkstoff.

Bei einer Simulation eines Abrisses einer Hauptkühlmittelleitung bei einem VVER-1000 Druckwasserreaktor ergab sich eine maximale Kerntemperatur von 500 °C. Dieser Wert liegt weit unterhalb von der Temperatur, bei der überhaupt Wasserstoff (900 °C) gebildet wird. Durch die hohe Wärmeleitung stellt sich bereits wieder nach 60 Sekunden nach erfolgter Wiederbenetzung erneut die normale Betriebstemperatur ein. Bei konventionellen Brennelementen steigt die Temperatur auf über 1000 °C und erreicht erst nach acht Minuten wieder den stabilen Zustand. Dies hat einen erheblichen Druckanstieg im Reaktor zur Folge, der ein ansprechen der Sicherheitsventile erforderlich macht. Bei diesem Abblasen gelangen auch geringe Mengen von radioaktivem Jod und Cäsium (zumindest) in das Containment. Der Abriß einer Hauptkühlmittelleitung ist der Auslegungsstörfall, der sicher beherrscht werden muß.. In diesem Sinne führen die Lightbridge-Brennelemente zu einem Sicherheitsgewinn.

Es sind aber noch etliche praktische Erfahrungen zu sammeln. Ein Reaktor ist ein komplexes physikalisches und chemisches System. Dies betrifft z. B. das Rückhaltevermögen für Spaltprodukte unter allen möglichen Betriebs- und Störfallbedingungen. In der Kerntechnik dauert wegen der besonderen Sicherheitsansprüche halt alles länger. Die Maßeinheit für die Einführung von Neuerungen ist eher Jahrzehnte als Jahre.

Ein weiterer vielversprechender Entwicklungsaspekt ist der Zusatz von Thorium als „abbrennbarer Brutstoff“ zur Ausdehnung der erforderlichen Ladezyklen auf vier Jahre. Um solch lange Ladezyklen zu erreichen, muß man den Brennstoff höher anreichern. Um diese Überschußreaktivität zu kompensieren muß man abbrennbare Neutronengifte zumischen. Würde man Thorium verwenden, kann man diese Überschußneutronen zum Erbrüten von Uran-233 verwenden.. Längere Ladezyklen würden die Wirtschaftlichkeit bestehender Reaktoren weiter erhöhen.

Durch die Verwendung von metallischem Brennstoff ergeben sich auch völlig neue Perspektiven der Wiederaufbereitung. Durch den Übergang auf elektrochemische Verfahren – wie man sie bereits beim EBRII – erfolgreich ausprobiert hat, kann man zu kleinen Wiederaufbereitungsanlagen in der Nähe der Kernkraftwerke übergehen. Ein weiterer Lösungsweg für die angebliche Atommüllproblematik. Gerade im Zusammenhang mit der Wiederaufbereitung und Proliferation ist auch der Zusatz von Thorium besonders interessant.

Schlussbemerkung

Man sieht, daß die Leichtwasserreaktoren noch lange nicht am Ende ihrer Entwicklung angekommen sind. Insbesondere der Einsatz von metallischen Brennstäben ergibt nicht nur einen evolutionären Weg für bestehende Reaktoren, sondern auch für Neukonstruktionen. Im Zusammenhang mit passiver Kühlung kann ein erheblicher Sicherheitsgewinn erzielt werden. Irgendwann wird die Frage der Anpassung der Genehmigungsbedingungen gestellt werden müssen. Dann aber, beginnt das Kernenergiezeitalter erst richtig. Billige Energie im Überfluß. Egal, was in Deutschland darüber gemeint wird.

Reaktortypen in Europa – Teil2, EPR

EPR ist eine Warenmarke des französischen Herstellers Areva für einen Druckwasserreaktor der dritten Generation. Interessant ist schon die unterschiedliche Herleitung der drei Buchstaben EPR: European oder Evolutionary Pressurized Water Reactor. Beides ist angebracht.

Die Geschichte

Inzwischen sind von diesem Typ vier Reaktoren in Bau: Olkiluoto 3 in Finnland (seit Oktober 2005), Flamanville 3 in Frankreich (seit Dezember 2007) und Taishan 1 und 2 in China (seit Oktober 2009). Wahrscheinlich wird in den nächsten Jahren mit dem Bau zweier weiterer Reaktoren in Hinkley Point in Großbritannien begonnen werden.

Auf den ersten Blick eine Erfolgsbilanz. Wie kam es dazu? Ende der 1990er Jahre kam in Deutschland die Rot/Grüne-Koalition an die Macht. Die Kombinatsleitung von Siemens läutete in gewohnter Staatstreue den sofortigen und umfassenden Ausstieg aus der Kernenergie ein. Eine unternehmerische Fehlentscheidung. Heute sind die ganzen Staatsaufträge an Telefonen, Eisenbahnzügen etc. zu „besonders auskömmlichen Preisen“ längst Geschichte. Noch kann man ein paar Windmühlen nach altem Muster „an den Mann bringen“. Aber die einzige Zukunftstechnologie, in der Siemens wirklich einmal zur Weltspitze gehörte, ist unwiederbringlich und ohne Not „abgewickelt“ worden. Siemens fand in Framatome (Vorläufer von Areva) einen dankbaren Abnehmer. Die Franzosen konnten nach ihrem beispielhaften Ausbauprogramm von 57 Reaktoren ihre Kapazitäten nur durch den Ausbau des Auslandsgeschäftes aufrecht erhalten. Ein „Made in Germany“ kam ihnen dabei sicherlich nicht ungelegen. Siemens reichte der Einfuß von 34% der Aktien an dem neuen Gemeinschaftsunternehmen. Kernenergie war ja nicht mehr politisch korrekt und man wollte seinen (damals) lukrativen Kunden – die Öffentliche Hand – nicht verärgern. Man glaubte damals wohl auch noch, seinen überlegenen Turbinenbau allein weiter führen zu können. So als ob Daimler sein Autogeschäft verkaufen würde um zukünftig nur noch mit dem Reifengeschäft zu überleben. Jedenfalls ist Olkiluoto wohl das letzte Kernkraftwerk mit einer deutschen Turbine. Alle weiteren EPR haben natürlich französische Turbosätze der Marke Arabella. Dies gilt selbstverständlich auch für alle weiteren Geschäfte mit China. Ob die Kombinatsleitung den Chinesen ersatzweise politisch korrekte Windmühlen angeboten hat, weiß man nicht. Es gab ja mal eine Zeit lang in bildungsfernen Kreisen den festen Glauben, Deutschland würde „vorweg gehen“ mit seiner Energiepolitik.

Die Mitarbeiter in Frankreich und Deutschland waren jedenfalls redlich bemüht, das beste aus beiden Welten zu erschaffen. Grundlage des EPR sind die französische Baureihe N4 (Kraftwerke Chooz 1+2, Civaux 1+2) und die deutsche Konvoi Baureihe (Neckar 2, Emsland, Isar 2). Es war von Anfang an eine evolutionäre und ausdrücklich keine revolutionäre Entwicklung geplant. Außerdem nahm man nicht nur die Genehmigungsbehörden in beiden Ländern mit ins Boot, sondern auch 12 europäische Energieversorgungsunternehmen. Es sollte ein Reaktor entstehen, der europaweit genehmigungsfähig war. Heute ist er auch in China und USA geprüft und grundsätzlich zugelassen worden.

Das Problem der Größe

Jedes elektrische Netz kann nur eine gewisse Blockgröße vertragen. Über den Daumen gilt immer noch die Regel von maximal zehn Prozent der Leistung, die im Netz anliegt. Ist der Reaktor zu groß, scheiden weltweit eine Menge Netze aus. Das ist ein Problem bei der Vermarktung des EPR. Areva hat bereits schon länger die Problematik erkannt und bietet nun in Kooperation mit Mitsubishi auch einen kleineren Druckwasserreaktor (ATMEA mit ca. 1100 MWel) an. Wahrscheinlich werden die ersten Anlagen in der Türkei errichtet. Demgegenüber sollen die vier EPR von Olkiluoto bis Taishan eine Leistung zwischen 1600 und 1660 MWel erreichen. Die Vorläufer – z. B. das größte deutsche Kernkraftwerk Isar 2 – hatten eine Leistung von etwa 1400 MWel..

Bei Kraftwerken gibt es eine bedeutende Kostendegression. Je mehr man einen gegebenen Entwurf vergrößert, um so kleiner werden die spezifischen Investitions- und Betriebskosten. Man wollte ja ausdrücklich eine evolutionäre Entwicklung. Jetzt steckt man dafür in einer Größenfalle – und was fast noch schlimmer ist – die Kosten sind trotzdem viel zu hoch. Der EPR ist in diesem Sinne kein glücklicher Entwurf.

Die grünen Phantasien

Besonders von den deutschen Genehmigungsbehörden wurden die beiden Sicherheitsanforderungen „Absturz eines Jumbo“ und das „China Syndrom“ aus Hollywood eingebracht. Man glaubte in Deutschland lange genug, man müsste nur über jedes Stöckchen springen, das einem „Atomkraftgegner“ hin halten und dann würden sie auch irgendwann Kernkraftwerke ganz toll finden. Die simple Strategie, die Kosten durch immer neue Ideen immer weiter in die Höhe zu treiben, wurde nicht erkannt. Jetzt steht man mit einer millionenteuren doppelten Sicherheitshülle aus Beton und dem Gimmick eines „core catcher“ da und die „Atomkraftgegner“ lieben den EPR immer noch nicht.

Der Flugzeugabsturz

Solange es Kernkraftwerke gibt, hat man sich über „Einwirkungen von außen (EVA)“ Gedanken gemacht. Schon immer gehörte ein Flugzeugabsturz dazu. Frühzeitig bekamen deshalb die Reaktoren eine entsprechende Betonhülle als Schutz. Die vier Unglücksreaktoren in Fukushima hatten noch keine – mit den bekannten Konsequenzen. Bei ihnen war nur der unmittelbare Bereich um das Reaktordruckgefäß durch dicke Betonabschirmungen geschützt. Von Anfang an stellte sich die Frage, wie dick eine Betonhülle als Bunker sein müßte. In Deutschland ging man vom Absturz eines Militärjets vom Typ Phantom F4 aus. Eine heute noch sinnvolle Annahme – selbst nach den Ereignissen des 11. September. Die Phantom ist bis heute das Flugzeug mit der „größten Dichte“. Ein Militärjet noch aus dem „Stahlzeitalter“. Die Triebwerke einer im Tiefflug dahin rasenden Phantom, würden wie Rammböcke auf die Schutzhülle eines Reaktors wirken. Dahingegen entspricht die Wirkung einer abstürzenden A380 oder eines Jumbojets eher einer Bierdose. Die Terrorflieger des 11. September konnten selbst ein filigranes Hochhaus bzw. das Pentagon nur zum Wackeln bringen. Etwas anderes ist die ungeheure Brandlast eines voll betankten Großraumflugzeuges, aber gegen die hilft Beton nur bedingt.

Jedenfalls steht der EPR heute mit einer doppelten Betonhülle dar. Der innere Teil – das Containment – besteht aus ca. 1,3 m dickem Spannbeton und die äußere Schutzhülle aus einer weiteren ca. 1,8 m dicken Betonhülle. Zusätzlich verschwinden alle nuklearen Komponenten (Dampferzeuger, Reaktordruckgefäß usw.) hinter weiteren Betonmauern, die als Abschirmung gegen Strahlung dienen. Dieses „Bunkersystem“ ist mit Sicherheit stark genug, um jedem Flugzeugabsturz oder einem Terroranschlag zu widerstehen. Wir erinnern uns: Tschernobyl hatte nicht einmal ein Containment und in Fukushima waren nur die Reaktoren geschützt. Das Brennelementebecken stand in einer normalen Industriehalle. Anders als beim ERP, bei dem sogar das Lagergebäude für die Brennelemente und diverse Sicherheitsanlagen mit einer Betonhülle verbunkert sind.

Beton kann nicht schaden, er ist nur sehr teuer. Erschwerend kommt beim EPR die lohnintensive und zeitraubende Ausführung als Ortbeton hinzu. Dies wurde zumindest in Olkiluoto völlig unterschätzt.

Grundsätzlich ist die Konstruktion aus zwei Hüllen mit Zwischenraum sicherheitstechnisch zu begrüßen. Wird das Containment durch eine Explosion (Fukushima) oder was auch immer beschädigt, kann die äußere Hülle ihre Funktion wenigstens zum Teil übernehmen. Der Zwischenraum wird ständig abgesaugt und in leichtem Unterdruck gehalten. Die „radioaktiv belastete Luft“ wird vor der Abgabe über den Kamin gefiltert. Durch eine solche Maßnahme kann selbst, wenn die gasförmigen Spaltprodukte im Reaktor freigesetzt werden sollten, der größte Teil zurück gehalten bzw. auf ein erträgliches Maß verdünnt werden.

Der core catcher

Dank Hollywood ist jeder „Atomkraftgegner“ mit dem „China Syndrom“ vertraut: Eine einmal eingetretene Kernschmelze soll endlos andauern. Selbst die unfreiwilligen Großversuche von Harrisburg, Tschernobyl und Fukushima können einen rechtgläubigen „Atomkraftgegner“ nicht von diesem Irrglauben abbringen.

Fangen wir mal mit dem Schlimmsten an:

  • Der Reaktor in Tschernobyl stand in einer einfachen Industriehalle. Nachdem eine Kernschmelze stattgefunden hatte, verabschiedete sich der Reaktor durch eine physikalische Explosion. Er spie wie ein Vulkan den größten Teil seines radioaktiven Inhalts in die Umwelt aus. Dies ist der schlimmste – überhaupt vorstellbare – Unfall.
  • In Fukushima trat in mehreren Reaktoren (zumindest teilweise) eine Kernschmelze ein. Ursache war hierfür der zeitweise Ausfall der Stromversorgung und dadurch ein Mangel an Kühlwasser. Die Nachzerfallswärme konnte die Brennelemente (teilweise) schmelzen lassen. Die Nachzerfallswärme nimmt aber sehr schnell ab und die Kühlung konnte – wenn auch verspätet – wieder aufgenommen werden. Wieviel Corium sich tatsächlich durch die Reaktorgefäße gefressen hat, wird erst eine genaue Untersuchung zeigen können. Jedenfalls hat die Menge nicht einmal gereicht, um den Betonboden der Reaktorgrube zu durchschmelzen. Ursache für die Freisetzung von Radioaktivität sind schlicht weg Konstruktionsfehler: Die Wasserstoffexplosion und die „Untertunnelung“ des Kraftwerks.
  • Bei dem TMI-Reaktor in Harrisburg hatte man wenigstens alles grundsätzlich richtig konstruiert, obwohl dann später alles schief lief. Maßgeblich durch Bedienungsfehler fiel ein Teil des Kerns unbemerkt trocken. Es entstand Wasserstoff, welcher aber nicht zu einer heftigen Explosion führte. Das Reaktordruckgefäß blieb ganz und in ihm sammelten sich Bruchstücke und Schmelze. Es gelangte praktisch keine unzulässig hohe Radioaktivität in die Umwelt.

Anstatt durch Aufklärung entgegen zu wirken, versuchte man den Segen der „Atomkraftgegner“ durch die Erfindung des core catcher zu erlangen. Ein von Anfang an sinnloses Unterfangen. Die Strategie der „Atomkraftgegner“ ging vielmehr auf: Die Kosten wurden weiter in die Höhe getrieben um mit einer vorgeblich „unwirtschaftlichen Atomkraft“ argumentieren zu können.

Wie sieht dieses Ding nun beim EPR aus? Man pflastert den Boden unterhalb des Reaktordruckgefäßes mit Steinen aus einer feuerfesten Keramik. Gemäß den Vorstellungen aus Hollywood frisst sich das Corium als glühende Schmelze durch das Reaktordruckgefäß und sammelt sich in der feuerfesten Wanne. In der Realität nimmt die Nachzerfallswärme zwar exponentiell ab, nach Drehbuch natürlich nicht, sondern der Boden der Wanne aus einem Spezialbeton schmilzt langsam auf und die Schmelze rinnt anschließend über eine Schräge in eine großflächige Vertiefung. Diese soll dauerhaft und automatisch durch Wasser gekühlt werden. Dort soll die Schmelze dann dauerhaft erstarren. Man könnte dieses Konzept auch mit: „Richtige Antworten auf falsche Fragestellungen umschreiben.“ Jedenfalls kostet allein der umbaute Raum für diese technische Glanzleistung zig Millionen.

Die magische Zahl vier

Der EPR hat vier Primärkreise: Um das Druckgefäß im Zentrum stehen kreisförmig angeordnet vier Dampferzeuger. Zwischen ihnen stehen die vier Hauptkühlmittelpumpen für die Umwälzung des Wassers durch den Reaktorkern und die Wärmeübertrager. All diese Komponenten stehen in Betonkammern, die der Abschirmung der Strahlung dienen. Damit ist der Sicherheitsbehälter auch während des Betriebes begehbar.

Dieser Grundanordnung folgend, gibt es auch vier vollständige Sicherheitseinrichtungen, deren Komponenten in vier voneinander völlig getrennten Gebäuden um den Sicherheitsbehälter angeordnet sind. Diese vier Sicherheitsabschnitte, sowie die Bedienungszentrale und das Gebäude für die Brennelemente, sind ebenfalls (wie das zylindrische Reaktorgebäude) gegen Flugzeugabstürze verbunkert.

Etwas abseits liegen zwei Gebäude, die die Notstromversorgung enthalten. Sie befinden sich jeweils in Deckung durch den eigentlichen Reaktorbau. Da sie ebenfalls vollständig redundant sind, geht man nur von höchstens einem Schaden bei einem Flugzeugabsturz aus. Die Gebäude sind mit wasserdichten Türen verschlossen. Ein Auslöschen durch eine Flutwelle (Fukushima) wäre ausgeschlossen.

Jedes, der vier Notkühlsysteme, kann allein die gesamte Wärme abführen (4 x 100%). In erster Linie dient das zur Verbesserung der Verfügbarkeit. Da alle vier Züge völlig voneinander unabhängig sind, kann man Wartungsarbeiten im laufenden Betrieb ausführen. Wenn ein System gewartet wird, stehen immer noch drei zur Verfügung.

Die Nachzerfallswärme

Bei einem Störfall wird das Kernkraftwerk durch eine Unterbrechung der Kettenreaktion abgeschaltet. Das Einfahren der Steuerstäbe entspricht z. B. dem Ausschalten der Feuerung bei einem konventionellen Kraftwerk. Bei beiden muß nun noch die im System gespeicherte Wärme abgeführt werden. Es gibt bei einem Kernkraftwerk aber zusätzlich den physikalischen Effekt der Nachzerfallswärme: Der radioaktive Zerfall der Spaltprodukte läßt sich durch nichts aufhalten. Es wird also auch nach der Abschaltung noch Wärme produziert! Die freiwerdende Wärme hängt von verschiedenen Umständen ab. In den ersten Sekunden können es über 5% der thermischen Leistung sein. Die Nachzerfallswärme nimmt sehr schnell ab und es sind nach einer Stunde nur noch rund 1%. Gleichwohl handelt es sich um gewaltige Leistungen. Ist ein EPR längere Zeit mit Höchstlast im Netz gewesen, sind das entsprechend 225 MW bzw. noch 45 MW nach einer Stunde. Diese Wärme muß auf jeden Fall – auch bei widrigsten äußeren Umständen (Fukushima) – abgeführt werden, da sonst der Kern schmilzt.

Praktisch ist die einzige Möglichkeit solche Leistungen sicher abzuführen, die Verdampfung. Ist die äußere Wärmesenke (Fluß, Meer oder Kühlturm) nicht mehr nutzbar, muß dies ausschließlich über die Notkühlung möglich sein. Zuerst baut man über Ventile am Druckhalter den Druck im Primärkreis ab. Schon durch dieses „auskochen“ tritt eine merklich Kühlung ein. Allerdings muß die abgelassene Wassermenge möglichst schnell ersetzt werden, da sonst das Reaktordruckgefäß ausdampft und der Kern (teilweise, wie in Harrisburg) trocken fällt. Ist der Druck auf ein gewisses Niveau abgefallen (ungefähr 100 bar) setzt eine Nachspeisung von Kühlwasser ein. Für den Antrieb der Pumpen ist aber elektrische Energie nötig. Würde die Notstromversorgung – wie in Fukushima – versagen, würde die Überhitzung des Kerns eher noch schneller eintreten. Das Reaktormodell aus den 1960er Jahren hatte bereits eine pfiffigere Idee: Der abgelassene Dampf wurde vor der Kondensation in der wassergefüllten Ringkammer über eine kleine Turbine geleitet. Diese Turbine treibt eine kleine Speisepumpe, die Wasser aus dem Ringraum zurück in das Druckgefäß speist. Dies funktioniert bis zu einem gewissen Temperaturausgleich recht gut. Eine Notmaßnahme, die zumindest in den ersten Minuten ohne jede Hilfsenergie sehr gut funktioniert hat.

Gegenüber seinen Vorläufern hat der EPR durch das Wasserbecken am Boden einen Sicherheitsgewinn: Das Wasser dient nicht nur zur Noteinspeisung, sondern stellt auch eine Wärmesenke innerhalb des Sicherheitsbehälters dar. Das Wasser kann durch Wärmeübertrager gepumpt werden, um es „kühl“ zu erhalten. Die Lagerung am Boden kommt der statischen Belastung bei Erdbeben entgegen, vergibt aber die Chance einer passiven Nachspeisung durch Schwerkraft.

Bei dem EPR ergibt sich kein grundsätzlicher Sicherheitsgewinn gegenüber seinen Vorgängern des Konvoi. Er arbeitet nach den gleichen Prinzipien: Lediglich die Stückzahl und Aufstellung der Sicherheitseinrichtungen wurde erhöht: Je zwei Notstromdiesel in zwei verschiedenen Gebäuden (2 x 2 x 8 MW Redundanz) und je ein Notstromaggregat zusätzlich im Gebäude (2 x 1 MW Diversität). Es bleibt aber das alte Problem aktiver Sicherheitssysteme: Strom weg, Wasser weg! Die vorgeblich um den Faktor zehn erhöhte Sicherheit, ergibt sich rechnerisch hauptsächlich aus dem Core Catcher.

Der Zugewinn an Lebensdauer

Beim EPR ist die konstruktive Nutzungsdauer von 40 auf 60 Jahre erhöht. Dies ist durch eine konsequente Überarbeitung aller Bauteile geschehen. So ist man z. B. beim Druckgefäß und den Hauptkühlmittelleitungen auf den Werkstoff Alloy 690 (59,5% Nickel, 30% Chrom, 9,2% Eisen etc.) übergegangen. Er besitzt bessere Korrosionsbeständigkeit und bildet nicht soviel „Atommüll“ durch Neutroneneinfang. Zusätzlich hat man das Druckgefäß mit einem Reflektor aus Stahl ausgestattet. Durch das Zurückstreuen von Neutronen in den Kern kann man den Brennstoff besser ausnutzen und gleichzeitig den Druckbehälter weniger belasten (Versprödung durch Neutronen).

Sicherheit und Wartung stehen in enger Beziehung. Schweißnähte weisen immer Fehler auf, die in regelmäßigen Abständen überprüft werden müssen. Solche Wiederholungsprüfungen sind zeitaufwendig (Verfügbarkeit) und kostspielig. Je weniger Schweißnähte, desto besser. Wenn schon Schweißnähte, dann an gut zugänglichen Stellen. Man hat deshalb beim EPR wesentlich komplizierter geschmiedete Formstücke (hohe Investitionskosten) für die Hauptkühlmittelleitungen verwendet bzw. durch Aushalsungen beim Druckbehälter die Anschlüsse vorverlegt.

Schlusswort

Ohne jede Frage hat man in hunderten von Betriebsjahren eine Menge Erfahrungen gesammelt. Hinzu kamen die realen „Großversuche“ aus Harrisburg und Fukushima. Insofern ist der EPR nicht mehr mit den ersten Druckwasserreaktoren vergleichbar. Als Ersatz für gasgekühlte Reaktoren (Hinkley Point) oder als Zubau (Olkiluoto, Taishan) ist er sicherlich eine gute Lösung. Aber ist der Sicherheitsgewinn beispielsweise gegenüber einer Konvoi-Anlage so viel höher, daß ein Ersatz durch einen EPR zu rechtfertigen wäre? Zumal man mit wenigen Nachrüstungen bzw. Ersatzteilen (z. B. Dampferzeuger) sehr kostengünstig eine Betriebsdauer von 80 und mehr Jahren erreichen könnte. Genug Zeit jedenfalls, um auf fortschrittlichere Konzepte umzusteigen.

Im nächsten Teil geht es um den APR-1000 von Westinghouse, der in Moore Side (und anderswo) geplant ist.

Reaktortypen in Europa – Teil1, Einleitung

In Europa werden bereits einige Kernkraftwerke neu errichtet bzw. stehen kurz vor einer Auftragsvergabe. Es scheint daher angebracht, sich ein bischen näher mit den unterschiedlichen Typen zu befassen und deren (technische) Unterschiede zu erläutern.

Warum überwiegend Leichtwasserreaktoren?

Es dreht sich um größere Kraftwerke. Oberhalb von etlichen hundert Megawatt ist für Wärmekraftwerke nur ein Dampfkreislauf möglich – egal, ob mit Kohle, Gas oder Kernspaltung als Wärmequelle. Dieselmotoren (bis max. 70 MW) oder Gasturbinen (bis max. 350 MW) sind für solche Blockgrößen ungeeignet. Selbst bei gasgekühlten oder mit Flüssigmetallen gekühlten Reaktoren, besteht der eigentliche Arbeitsprozess aus einem Wasserdampfkreisprozeß: Wasser wird unter hohem Druck verdampft und treibt anschließend eine Turbine mit Generator an. Wenn man also ohnehin Dampf braucht, warum nicht gleich damit im Reaktor anfangen?

Es muß allerdings eine Voraussetzung erfüllt sein: Man muß über Uran mit einem Anteil von etwa 2 bis 5% Uran-235 bzw. Plutonium (MOX) verfügen. Beides kommt in der Natur nicht vor. Will man Natururan verwenden, ist man auf schweres Wasser (Deuterium) oder Kohlenstoff (Reaktorgraphit) angewiesen, um überhaupt eine selbsterhaltende Kettenreaktion zu erhalten. Will man andererseits die schwereren Urankerne bzw. Minoren Aktinoide direkt spalten, darf man die bei der Spaltung freigesetzten Neutronen möglichst gar nicht abbremsen und muß deshalb zu Helium oder flüssigen Metallen als Kühlmittel übergehen. Noch ist dieser Schritt nicht nötig, da es genug billiges Natururan gibt und andererseits (noch nicht) die Notwendigkeit zur Beseitigung der langlebigen Bestandteile des sog. „Atommülls“ besteht. Das zweite ist ohnehin eine rein politische Frage. Die sog. Leichtwasserreaktoren werden deshalb auch in den kommenden Jahrhunderten der bestimmende Reaktortyp bleiben.

Die Temperaturfrage

Je höher die Betriebstemperaturen sind, um so höher die Kosten und Probleme. Dieser Grundsatz gilt ganz allgemein. Bis man auf Kernenergie in der chemischen Industrie z. B. zur „Wasserstoffgewinnung“ angewiesen sein wird, wird noch eine sehr lange Zeit vergehen. Solche Anwendungen lassen sich einfacher und kostengünstiger mit fossilen Brennstoffen realisieren. Abgesehen davon, daß die Vorräte an Kohle, Gas und Öl noch für Jahrhunderte reichen werden, kann man beträchtliche Mengen davon frei setzen, wenn man bei der Stromerzeugung auf Kernenergie übergeht. Diesen Weg hat China bereits angefangen.

Ein oft gehörtes Argument ist der angeblich geringe Wirkungsgrad von Leichtwasserreaktoren. Richtig ist, daß der thermodynamische Wirkungsgrad um so besser ist, je höher die Betriebstemperatur ist. Er liegt bei den heute modernsten Steinkohlekraftwerken bei etwa 46% und bei Braunkohlekraftwerken bei 43%. Demgegenüber erscheint der Wirkungsgrad eines modernen Druckwasserreaktors mit 37% als gering. Es gibt jedoch zwei wichtige Aspekte zu berücksichtigen:

  • Die hohen Wirkungsgrade der Kohlekraftwerke erfordern solche Drücke und Temperaturen, daß die (derzeitigen) technologischen Grenzen erreicht, wenn nicht sogar überschritten sind. Der noch vor wenigen Jahren propagierte Wirkungsgrad von 50% ist in weite Ferne gerückt. Die Werkstoff- und Fertigungsprobleme – und damit die Kosten – nehmen mit jedem weiteren Grad überproportional zu. Kombiprozesse (z. B. Gasturbine mit Abhitzekessel) erfordern hochwertige Brennstoffe, wie Erdgas oder Mineralöle. Will man solche erst aus Kohle gewinnen (Kohlevergasung), sackt der Gesamtwirkungsgrad wieder auf die alten Werte ab.
  • Der thermodynamische Wirkungsgrad ist ohnehin nur für Ingenieure interessant. Entscheidend sind im wirklichen Leben nur die Herstellungskosten des Produktes. Hier gilt es verschiedene Kraftwerke bezüglich ihrer Bau- und Betriebskosten zu vergleichen. Es lohnt sich nur eine Verringerung des Brennstoffverbrauches, wenn die dadurch eingesparten Kosten höher als die hierfür nötigen Investitionen sind. Bei den geringen Uranpreisen ein müßiges Unterfangen. Gleiches gilt für die ohnehin geringen Mengen an Spaltprodukten („Atommüll“) als Abfall, der langfristig (nicht Millionen Jahre!) gelagert werden muß.

Der Betriebsstoff Wasser

Wasser erfüllt in einem Kernkraftwerk drei Aufgaben gleichzeitig: Moderator, Kühlmittel und Arbeitsmedium. Es bremst die bei der Kernspaltung frei werdenden Neutronen auf die erforderliche Geschwindigkeit ab, führt in nahezu idealer Weise die entstehende Wärme ab und leistet als Dampf in der Turbine die Arbeit. Vergleicht man die Abmessungen gasgekühlter Reaktoren mit Leichtwasserreaktoren, erkennt man sofort die überragenden Eigenschaften von Wasser. Es ist kein Zufall, daß heute z. B. alle Reaktoren in Atom-U-Booten ausnahmslos Druckwasserreaktoren sind. Je kompakter ein Reaktor ist, um so kleiner ist das notwendige Bauvolumen. Je kleiner ein Gebäude sein muß, desto geringer können die Baukosten sein.

Der Reaktorkern

Der Kern (Core) ist der eigentliche nukleare Bereich in einem Kernkraftwerk, in dem die Kernspaltung statt findet. Er sollte möglichst kompakt sein. Er besteht aus hunderten von Brennelementen, die wiederum aus jeweils hunderten von Brennstäben zusammengesetzt sind. Ein Brennstab ist ein mit Uranoxid gefülltes, bis zu fünf Meter langes, dabei aber nur etwa einen Zentimeter dickes Rohr. Ein solcher Spagetti besitzt natürlich kaum mechanische Stabilität (z. B. bei einem Erdbeben) und wird deshalb durch diverse Stützelemente zu einem Brennelement zusammengebaut. Erst das Brennelement ist durch die genaue Dimensionierung und Anordnung von Brennstäben und wassergefüllten Zwischenräumen das eigentliche Bauelement zur Kernspaltung. Die einzuhaltenden Fertigungstoleranzen stehen bei einem solchen Brennelement einer mechanischen „Schweizer Uhr“ in nichts nach.

Der Brennstab ist das zentrale Sicherheitselement – gern auch als erste von drei Barrieren bezeichnet – eines Kernreaktors. Der Brennstoff (angereichertes Uran oder Mischoxid) liegt in einer keramischen Form als Uranoxid vor. Dies ist eine chemisch und mechanisch äußerst stabile Form. Der Brennstab soll alle „gefährlichen“ Stoffe von der ersten bis zur letzten Stunde seiner Existenz möglichst vollständig zurückhalten. Er ist chemisch so stabil, daß er in der Wiederaufarbeitungsanlage nur in heißer Salpetersäure aufzulösen ist. Grundsätzlich gilt: Je besser er die Spaltprodukte und den Brennstoff zurückhält, um so geringer ist bei einem Störfall die Freisetzung. Wohl gemerkt, Freisetzung innerhalb des Druckgefäßes, noch lange nicht in die Umwelt! Deshalb bezeichnet man den Brennstab auch als erste Barriere, die Schadstoffe auf ihrem langen Weg in die Umwelt überwinden müßten.

In dem Brennstab findet die eigentliche Kernspaltung statt. Fast die gesamte Energie wird genau an diesem Ort frei. Die bei der Spaltung frei werdenden Neutronen müssen nun (fast) alle aus dem Brennstab raus, rein in den genau definierten Wasserspalt zwischen den Brennstäben um dort abgebremst zu werden und wieder zurück in einen Brennstab, um dort die nächste Spaltung auszulösen. Es geht für die Neutronen (fast) immer mehrere Male durch die Brennstabhülle. Sie darf deshalb möglichst keine Neutronen wegfangen. Zirkalloy hat sich zu diesem Zweck als idealer Werkstoff für die Hüllrohre erwiesen. Diese Rohre haben jedoch bei einem schweren Störfall (TMI und Fukushima) eine fatale Eigenschaft: Sie bilden bei sehr hohen Temperaturen im Kontakt mit Wasserdampf Wasserstoffgas, der zu schweren Explosionen führen kann. Wohl jedem, sind die Explosionen der Kraftwerke in Fukushima noch in Erinnerung.

Bei einem Reaktorkern hat die Geometrie entscheidende Auswirkungen auf die Kernspaltung. Bei einer Spaltung im Zentrum des Kerns haben die frei werdenden Neutronen einen sehr langen Weg im Kern und damit eine hohe Wahrscheinlichkeit, eine weitere Spaltung auszulösen. Neutronen, die am Rand entstehen, haben demgegenüber eine hohe Wahrscheinlichkeit einfach aus dem Kern heraus zu fliegen, ohne überhaupt auf einen weiteren spaltbaren Kern zu treffen. Sie sind nicht nur für den Reaktor verloren, sondern können auch schädlich sein (z. B. Versprödung des Reaktordruckgefäßes oder zusätzlicher Strahlenschutz). Es gibt hierfür zahlreiche Strategien, dem entgegen zu wirken: Unterschiedliche Anreicherung, Umsetzung im Reaktor, abbrennbare Neutronengifte, Reflektoren etc. Verschiedene Hersteller bevorzugen unterschiedliche Strategien.

Brennstäbe

Die Brennstäbe müssen einige sich widersprechende Anforderungen erfüllen:

  • Je dünnwandiger die Hüllrohre sind, desto weniger Neutronen können dort eingefangen werden und je kleiner muß die treibende Temperaturdifferenz innen zu außen sein, damit die enormen Wärmemengen an das Kühlwasser übertragen werden können. Je dünner aber, je geringer die Festigkeit und die Dickenreserve gegen Korrosion.
  • Der Brennstoff selbst soll möglichst stabil sein. Uranoxid erfüllt diesen Anspruch, hat aber eine sehr schlechte Wärmeleitfähigkeit. Die Brennstäbe müssen deshalb sehr dünn sein, was nachteilig für ihre mechanische Stabilität ist. Es kann bei Leistungssprüngen sehr schnell zum Aufschmelzen im Innern des Brennstoffes kommen, obwohl es am Rand noch recht kalt ist. Dadurch kommt es zu entsprechenden Verformungen und Ausgasungen, die sicher beherrscht werden müssen.
  • Das umgebende Wasser ist nicht nur Moderator, sondern auch Kühlung für den Brennstab. Eine ausreichende Kühlung ist nur durch eine Verdampfung auf der Oberfläche möglich. Kernreaktoren sind die „Maschinen“ mit der höchsten Leistungsdichte pro Volumen überhaupt. Das macht sie so schön klein, verringert aber auch die Sicherheitsreserve bei einem Störfall. Fallen sie auch nur einen Augenblick trocken, reicht selbst bei einer Schnellabschaltung die Nachzerfallswärme aus, um sie zum Glühen oder gar Schmelzen zu bringen. In dieser Hitze führt die Reaktion der Brennstoffhülle mit dem vorhandenen Dampf zur sofortigen Zersetzung unter Wasserstoffbildung. Beides geschah in den Reaktoren von Harrisburg und Fukushima.
  • Der Zwischenraum mit seiner Wasserfüllung als Moderator erfüllt eine wichtige Selbstregelfunktion. Damit überhaupt ausreichend Kerne gespalten werden können, müssen die Neutronen im Mittel die „richtige“ Geschwindigkeit haben. Diese wird durch den Zusammenstoß mit einem Wasserstoffatom erreicht. Damit dies geschehen kann, müssen sie eine gewisse Anzahl von Wassermolekülen auf ihrem Weg passiert haben. Da die Spalte geometrisch festgeschrieben sind, hängt die Anzahl wesentlich von der Dichte ab. Mit anderen Worten: Vom Verhältnis zwischen Dampf und Wasser im Kanal. Macht die Leistung einen Sprung, verdampft mehr Wasser und die Dichte nimmt ab. Dadurch werden weniger Neutronen abgebremst und die Anzahl der Spaltungen – die der momentanen Leistung entspricht – nimmt wieder ab.
  • Der Brennstoff wird bei Leichtwasserreaktoren nur in der Form kompletter Brennelemente gewechselt. Da aber kontinuierlich Spaltstoff verbraucht wird, muß am Anfang eine sog. Überschußreaktivität vorhanden sein. Wenn am Ende des Ladezyklus noch so viel Spaltstoff vorhanden ist, daß eine selbsterhaltende Kettenreaktion möglich ist, muß am Anfang zu viel davon vorhanden gewesen sein. Dieses zu viel an Spaltstoff, muß über sog. Neutronengifte kompensiert werden. Das sind Stoffe, die besonders gierig Neutronen einfangen und sie somit einer weiteren Spaltung entziehen. Je nach Reaktortyp kann das durch Zusätze im Brennstoff oder Kühlwasser geschehen.
  • Die Leistungsregelung eines Reaktors geschieht hingegen über Regelstäbe, die in Leerrohre in den Brennelementen eingefahren werden können. Die Regelstäbe bestehen ebenfalls aus Materialien, die sehr stark Neutronen einfangen. Fährt man sie tiefer ein, fangen sie mehr Neutronen weg und die Anzahl der Spaltungen und damit die Leistung, wird geringer. Zieht man sie heraus, können mehr Neutronen ungestört passieren und die Leistung steigt. Bei einer Schnellabschaltung werden sie alle – möglichst schnell – voll eingefahren.

Die eigentliche Stromerzeugung

In einem Kernkraftwerk wird – wie in jedem anderen Kraftwerk auch – die elektrische Energie durch einen Generator erzeugt. Dieser Generator wird in einem Kernkraftwerk durch eine sogenannte Nassdampfturbine angetrieben. Das ist ein wesentlicher Unterschied zu einem fossil befeuerten Kraftwerk. Bei denen wird möglichst heißer Dampf (bis 580 °C) auf die Turbine geschickt. Dieser wird nach einer gewissen Arbeitsleistung sogar wieder entnommen und noch einmal im Kessel neu erhitzt (z. B. Zwischenüberhitzung bei 620 °C). Prinzipiell erhöhen diese Maßnahmen den Wirkungsgrad und machen vor allem die Turbine kleiner und preiswerter.

Das Hauptproblem einer Nassdampfmaschine sind die großen Dampfvolumina und der Wassergehalt des Dampfes. Turbinen von Leichtwasserreaktoren haben üblicherweise einen Hochdruck und drei doppelflutige Niederdruckstufen auf einer gemeinsamen Welle. Trotzdem sind die Endstufen damit über 2 m lang und drehen sich mit Überschallgeschwindigkeit. Dadurch wirken auf jedes Blatt Fliehkräfte von über 500 to. In den Kondensatoren herrscht Hochvakuum, wodurch der Dampf mit der zugehörigen Schallgeschwindigkeit strömt. Die sich bereits gebildeten Wassertröpfchen wirken wie ein Sandstrahlgebläse auf die Turbinenschaufeln. Grundsätzlich gilt, je „kälter“ man mit dem Dampf in die Turbinenstufe rein geht, desto höher wird der Wasseranteil bei vorgegebenem Enddruck.

Die Entwässerung ist bei einer Nassdampfmaschine sehr aufwendig und damit teuer. Man versucht möglichst viel Wasser aus den Leitstufen abzusaugen und verwendet auch noch zusätzliche Tröpfchenabscheider außerhalb der Turbine. Vor den Niederdruckstufen überhitzt man den Dampf noch durch Frischdampf. All diese Maßnahmen verursachen aber Druckverluste und kosten nutzbares Gefälle.

Instrumentierung

Es ist von entscheidender Bedeutung, daß das Bedienungspersonal in jedem Augenblick einen möglichst genauen und detaillierten Überblick über die Zustände im Kraftwerk hat. Nur bei genauer Kenntnis der tatsächlichen Lage, können die richtigen Schlüsse gezogen werden und wirksame Gegenmaßnahmen eingeleitet werden. Dies ist die leidige Erfahrung aus allen Störfällen. Der Meßtechnik kommt deshalb große Bedeutung zu. Sie muß in ausreichender Auflösung (Stückzahl) vorhanden sein und zuverlässige Informationen in allen Betriebszuständen liefern.

In diesem Sinne spielen die Begriffe „Redundanz“ und „Diversität“ eine zentrale Rolle:

  • Alle wichtigen Betriebsgrößen werden mehrfach gemessen. Dies gibt Sicherheit gegen Ausfälle. Zusätzlich kann man bei einer mehrfachen – üblicherweise 4-fachen – Messung, Vertrauen zu den Meßwerten herstellen. Bei sicherheitsrelevanten Meßwerten (z. B Druck und Temperatur im Reaktordruckgefäß), die über eine Schnellabschaltung entscheiden, gilt das 3 von 4 Prinzip: Jede Größe wird gleichzeitig 4-fach gemessen. Anschließend werden die Meßwerte verglichen und es werden nur die drei ähnlichsten als Grundlage weiterer Auswertungen verwendet. Man erkennt damit augenblicklich, welche Meßstelle gestört ist und an Hand der Abweichungen untereinander, wie glaubwürdig die Messung ist.
  • Jedes Meßverfahren liefert nur in bestimmten Bereichen Ergebnisse mit hinreichender Genauigkeit. Dies ist eine besondere Herausforderung in einer Umgebung, die sich ständig verändert. So sind z. B. bestimmte Meßverfahren für den Neutronenfluß stark temperaturabhängig. Es ist deshalb üblich, unterschiedliche physikalische Methoden gleichzeitig für dieselbe Messgröße anzuwenden. Damit sind einfache Plausibilitätskontrollen möglich. Dies ist besonders bei Störfällen wichtig, bei denen die üblichen Bereiche schnell verlassen werden.

Digitalisierung und Sicherheit

Es gibt bei einem Kernkraftwerk alle möglichen Grenzwerte, die nicht überschritten werden dürfen. Wird ein solcher Grenzwert erreicht, wird vollautomatisch eine Schnellabschaltung ausgelöst. Jede Schnellabschaltung ergibt nicht nur einen Umsatzausfall, sondern ist auch eine außergewöhnliche Belastung mit erhöhtem Verschleiß. Das Problem ist nur, daß die Vorgänge in einem solch komplexen System extrem nichtlinear sind. Gemeint ist damit, daß „ein bischen Drehen“ an einer Stellschraube, einen nicht erwarteten Ausschlag an anderer Stelle hervorrufen kann.

Die moderne Rechentechnik kann hier helfen. Wenn man entsprechend genaue mathematische Modelle des gesamten Kraftwerks besitzt und entsprechend leistungsfähige Rechner, kann man jede Veränderung in ihren Auswirkungen voraussagen und damit anpassen bzw. gegensteuern. Nun haben aber auch Computerprogramme Fehler und sind schwer durchschaubar. Es tobt deshalb immer noch ein Glaubenskrieg zwischen „analog“ und „digital“. Dies betrifft insbesondere die geforderte Unabhängigkeit zwischen der Regelung und dem Sicherheitssystem.

Seit Anbeginn der Reaktortechnik ist die Aufmerksamkeit und Übung des Betriebspersonals ein dauerhaftes Diskussionsthema. Insbesondere im Grundlastbetrieb ist die Leitwarte eines Kernkraftwerks der langweiligste Ort der Welt: Alle Zeiger stehen still. Passiert etwas, verwandelt sich dieser Ort augenblicklich in einen Hexenkessel. Die Frage ist, wie schnell können die Menschen geistig und emotional Folgen? Wie kann man sie trainieren und „aufmerksam halten“? Die allgemeine Antwort lautet heute: Ständiges Üben aller möglichen Betriebszustände und Störfälle im hauseigenen Simulator. Das Schichtpersonal eines Kernkraftwerks verbringt heute wesentlich mehr Stunden im Simulator, als jeder Verkehrspilot. Die zweite „Hilfestellung“ ist im Ernstfall erst einmal Zeit zu geben, in der sich das Personal sammeln kann und sich einen Überblick über die Lage verschafft. Dies sind die Erfahrungen aus den Unglücken in Harrisburg und Tschernobyl. Dort haben Fehlentscheidungen in den ersten Minuten die Lage erst verschlimmert. Eine ganz ähnliche Fragestellung, wie bei Flugzeugen: Wer hat das sagen, der Pilot oder die Automatik? Eine Frage, die nicht eindeutig beantwortet werden kann, sondern immer zu Kompromissen führen muß.

Ausblick

Wer bis hier durchgehalten hat, hat nicht vergebens gelesen. Ganz im Gegenteil. In den folgenden Beiträgen werden die Reaktoren jeweils einzeln vorgestellt. Um die Unterschiede klarer zu machen, wurden hier vorab einige grundlegende Eigenschaften behandelt. Zuerst werden die Druckwasserreaktoren EPR von Areva und AP-1000 von Westinghouse behandelt und dann die Siedewasserreaktoren ABWR und der ESBWR von GE-Hitachi. Das entspricht in etwa dem derzeitigen Ausbauprogramm in Großbritannien. Soweit Zeit und Lust des Verfassers reichen, werden noch die russischen (Türkei, Finnland, Ungarn) und die chinesisch/kanadischen Schwerwasserreaktoren (Rumänien) folgen.

Fukushima – ein Zwischenbericht

In letzter Zeit ist es in den „Qualitätsmedien“ still geworden um die „Reaktorkatastrophe“. Um so mehr ein Grund, hier mal wieder einen Zwischenbericht zu liefern. Man könnte es sich einfach machen: Noch immer kein Toter durch Strahlung, noch immer keine Krebs-Epidemie, noch immer ist der Fisch an Japans Küste essbar…

…da warn es nur noch drei

Anfang August ging die Meldung um die Welt, daß über 90% der Brennelemente (1166 von 1331 abgebrannten Brennelementen) aus dem Lagerbecken des Blocks 4 geborgen und abtransportiert sind. Man erwartet bis Ende des Jahres die vollständige Räumung. Wir erinnern uns: Zum Zeitpunkt der Naturkatastrophe war der Block 4 für einen planmäßigen Brennelementewechsel außer Betrieb. All seine Brennelemente waren nicht mehr im Reaktordruckgefäß, sondern bereits im zugehörigen Lagerbecken. Dieses Lagerbecken wurde infolge der Wasserstoffexplosion mit Trümmern der „Reaktorhalle“ zugeschüttet. Kein schöner Anblick und überdies vermeidbar, wenn man eine übliche „Betonhülle“ um das Kernkraftwerk gebaut hätte. Um es auch unserer – von der japanischen Industriegesellschaft so enttäuschten – Kanzlerin und ihren Jüngern aus CD(S)U und FDP noch einmal klar und deutlich zu sagen: Ein solcher Schadensverlauf ist in einem Kernkraftwerk in Deutschland technisch ausgeschlossen. Jedes Kernkraftwerk in Deutschland (und fast alle auf der Welt) haben eine Stahlbetonhülle, die einer solch kleinen Explosion locker stand hält. Kein Reaktor in Deutschland ist mit einem anderen Block über eine gemeinsame Lüftungsanlage verbunden. Insofern hätte es in einem deutschen Kernkraftwerk (und in fast allen auf der Welt) gar kein explosives Gas geben können. Selten kann ein Ingenieur eine so eindeutige Aussage treffen.

An diesem Unfall sieht man, welch robuste Konstruktion ein Siedewasserreaktor an sich ist. Selbst eine schwere Explosion mit Einsturz der Reaktorhalle führt zu praktisch keiner Freisetzung von Radioaktivität in die Umwelt. Jeder moderne Reaktor hat darüber hinaus noch beträchtliche weitere Sicherheitsreserven. Dies ist auch der Grund, warum nur diese Reaktoren in Fukushima bei dem Tsunami und dem vorausgehenden Erdbeben kaputt gegangen sind. Es war nicht ohne Grund geplant, sie einige Monate später still zu legen. Eine bittere Lektion, die Japan aber angenommen hat: Alle Reaktoren befinden sich immer noch in einer umfangreichen Überprüfung. Es ist absehbar, daß einige nie mehr wieder in Betrieb gehen werden.

Wenn alle Brennelemente aus dem Block 4 ausgeräumt sind, ist das Kapitel faktisch abgeschlossen: Es verbleibt eine technische Ruine, die man auch als Denkmal stehen lassen könnte. So lange man sie nicht betritt, ist sie genauso ungefährlich, wie ein „Bankpalast“ aus Granit. Der japanischen Gemütslage entsprechend, wird man aber eher nicht innehalten, sondern nicht eher ruhen, bis man das Grundstück in eine Rasenfläche verwandelt hat.

Die Problemruinen

Weiterhin problematisch sind die ersten drei Reaktoren des Kraftwerks. Sie waren zum Zeitpunkt des Erdbebens in Betrieb und sind durch den Ausfall der erforderlichen Nachkühlung zerstört worden. Bisher ergibt sich immer noch kein eindeutiges Bild: Die Strahlung in unmittelbarer Nähe der Reaktoren ist noch so stark, daß man keine Menschen zur Untersuchung einsetzen kann und will. Japan ist nicht Russland. Bisher hat man sich nur mit Robotern versucht zu nähern. Dies ist aber schwieriger, als es den Anschein hat. Man hat ein extrem schwieriges Einsatzgebiet, das überdies noch durch Trümmer versperrt ist. Zum großen Teil steht es auch noch unter Wasser. Solange man aber keinen genauen Überblick hat, kann man auch keinen Bergungsplan ausarbeiten. Hier ist noch von jahrelanger Arbeit auszugehen. Sie vollzieht sich auf mehreren parallelen und sich ergänzenden Ebenen.

Jedes mal, wenn man an ein unüberwindlich scheinendes Hindernis gelangt, muß man sich erst neue Spezialvorrichtungen und modifizierte Roboter entwickeln, bauen und testen. Inzwischen arbeitet man weltweit (insbesondere mit den USA und Großbritannien) zusammen, die bereits über umfangreiche Erfahrungen aus dem Abbruch ihrer militärischen Anlagen verfügen. Hier wird eine beträchtliches technisches Wissen entwickelt, das weit über das Niveau von „Windmühlen“ und „Sonnenkollektoren“ hinausgeht. Die deutsche Industrie wird das dank ihrer Verweigerungshaltung in einigen Jahren noch auf ganz anderen Gebieten bitter zu spüren bekommen.

Zur Zeit scheut Japan jedenfalls keine Kosten und Mühen. Als ein Beispiel mag die Myonen-Analyse dienen. Myonen sind Elementarteilchen, die z. B. in großen Mengen durch die kosmische Strahlung in der oberen Erdatmosphäre gebildet werden. Diese Myonen treffen zu Tausenden, jede Minute auf jeden Quadratmeter unserer Erdoberfläche (Anmerkung: Wann demonstriert Greenpeace endlich gegen diese unverantwortliche Strahlenbelastung? Vorschlag: Gottesstrahlen im Kölner Dom hunderte male stärker als die Strahlenbelastung aus Fukushima.). Ein großer Teil dieser Strahlung durchdringt auch massive Bauwerke. Allerdings werden die Teilchen abhängig von der lokalen Dichte gestreut. Mißt man nun die „Flugbahnen“ der Myonen vor dem zu untersuchenden Objekt und nach der Durchdringung, so erhält man ein sehr genaues Bild der Zusammensetzung. Ganz ähnlich einer Röntgenaufnahme: Die dichteren Knochen zeichnen sich deutlich von sonstigem Gewebe ab. Da nun Uran und Plutonium eine – auch gegenüber allen Baustoffen, wie Stahl, Beton usw. – außergewöhnlich hohe Dichte besitzen, erwartet man ein ziemlich genaues Bild der Uranverteilung in den Unglücksreaktoren. Erst dann kann man sinnvoll und risikolos Löcher für Kameras etc. bohren, um sich ein abschließendes Bild zu machen.

Ein weiterer Weg ist die Analyse durch „nachrechnen“ des Unfallablaufes. Solche Rechnungen sind allerdings mit erheblichen Unsicherheiten versehen, da man nicht über ausreichende Messwerte über die tatsächlichen Zustände während des Unglücks verfügt. Sie sind solange nur als grobe Abschätzungen zu werten, solange man keine „Aufnahmen“ der tatsächlichen Brennelement-Reste vorliegen hat. Allerdings läßt sich die Aussagefähigkeit der Berechnungen Schritt für Schritt mit jeder neu gewonnenen Messung verbessern. Es verwundert daher nicht, daß die Ergebnisse verschiedener Institutionen noch recht weit auseinanderliegen: Man glaubt bisher, daß der gesamte Brennstoff des ersten Reaktors (ca. 77 to) damals aufgeschmolzen und weitestgehend aus dem Reaktordruckbehälter ausgelaufen ist und sich unterhalb in der Reaktorkammer gesammelt hat. Bei den Blöcken 2 und 3 gehen die Rechenergebnisse noch weiter auseinander. Hier glaubt man, daß mindestens noch ein Drittel (von je 107 to) sich in den Druckbehältern befindet.

Der Dauerbrenner Abwasser

Seit dem Unglück steht die Belastung des Grundwassers und etwaige Belastungen des Meerwassers im Vordergrund. Das Kraftwerk steht an einer Hanglage. Schon immer sind große Regenwassermengen unterirdisch um das Kraftwerk geflossen. Der Grundwasserspiegel war so hoch, daß alle unterirdischen Kanäle und Keller im Grundwasser stehen. Während des Betriebs hat man durch Entwässerung den Grundwasserspiegel ständig abgesenkt gehalten. Dieses Drainagesystem ist aber durch den Tsunami und das Erdbeben zerstört worden. Folglich stieg der Wasserstand an und die Gebäude schwammen auf und soffen ab. Da die technischen Anlagen ebenfalls undicht wurden, mischte sich das austretende radioaktiv belastete Kühlwasser ständig mit dem Grundwasser im Kellerbereich. Die bekannten Probleme entstanden.

Inzwischen hat man oberhalb des Kraftwerks eine Speerwand errichtet um den Grundwasserstrom einzudämmen. Vor dieser Sperrzone wird durch Brunnen das Grundwasser entzogen. Dies ist eine Technik, wie man sie bei vielen Baustellen weltweit anwendet. Das abgepumpte Wasser wird um das Kraftwerk herum geleitet. Am 2. Mai wurden zum ersten mal 561 m3 Wasser in Anwesenheit von Journalisten und Fischern ins Meer geleitet. Voller Stolz verkündete man, daß die Grenzwerte für die Einleitung ins Meer auf 1/10 (tatsächlich gemessene Werte weniger als 1/100) der Grenzwerte für Trinkwasser festgesetzt wurden.

An der gesamten Uferlänge vor dem Kraftwerk hat man eine Sperrmauer errichtet, die 30 m tief unter den Meeresboden bis in eine wasserundurchlässige Bodenschicht reicht. Vor dieser Sperrmauer wird das angeströmte Grundwasser ständig abgepumpt. Durch diese Maßnahmen kann praktisch kein radioaktives Wasser mehr in das Meer gelangen. Durch die Sanierung des zerstörten Abwassersystems auf dem Gelände, ist es gelungen den Grundwasserspiegel wieder auf das alte Niveau abzusenken. Damit kann nicht mehr so viel Grundwasser in die unterirdischen Kellerräume eindringen und sich dort mit einem Teil des Kühlwassers vermischen. Dies hat zu einer Verringerung der zu lagernden radioaktiven Wässer um etwa die Hälfte geführt.

Um längerfristig praktisch den gesamten Zustrom zu stoppen, hat man seit Juni begonnen das Kraftwerk unterirdisch komplett einzufrieren. Diese Arbeiten werden sich noch bis weit ins nächste Jahr hinziehen. Sind die „Eiswände“ fertig, kann das Grundwasser unkontaminiert um die Ruine herum fließen. Bis März sollen über 1550 Bohrungen 30 bis 35 m tief abgesenkt, und mit Kühlflüssigkeit gefüllten Rohrleitungen ausgestattet werden. Diese werden dann mit Kühlflüssigkeit von -30°C ständig durchströmt. Geplante Kosten: Mehr als 300 Millionen US-Dollar.

Die Roboter

Block 2 war nicht von der Wasserstoffexplosion zerstört und wäre somit zugänglich. Gerade weil er aber immer noch „gut verschlossen“ ist, ist er innerlich stark kontaminiert. Japanische Arbeitsschutzvorschriften sind streng, weshalb vor einem Betreten durch Menschen nur Roboter zum Einsatz kommen. Es sind mehrere Modelle aus aller Welt im Einsatz, die für die Reinigungsarbeiten in Japan modifiziert und umgebaut wurden. Die Roboter sind nicht nur mit „Wischern“ und „Staubsaugern“ ausgerüstet, sondern auch mit Dutzenden Kameras und Messinstrumenten. Sie werden von einer neu errichteten Zentrale aus ferngesteuert. Vordringliche Aufgabe ist die Reinigung der Anlage bis zur Schleuse des Containment. Es wird noch einige Wochen dauern, bis Arbeiter gefahrlos zu der Schleusentür vordringen können. Nächster Schritt wird dann sein, die Schleuse zu öffnen und (ebenfalls mit Robotern) bis zum Reaktordruckgefäß vorzudringen.

Bei allen Abbrucharbeiten in USA, UK und Japan nimmt der Robotereinsatz in letzter Zeit rapide zu. Dies liegt nicht nur an den Entwicklungsfortschritten auf diesem Gebiet, sondern vor allem auch an dem Preisverfall. Arbeiten, die noch vor zehn Jahren utopisch anmuteten, sind heute Routine geworden. Man „taucht“ heute genauso selbstverständlich in Kernreaktoren, wie in Ölförderanlagen tausende Meter tief im Meer. Die Energietechnik – nicht zu verwechseln mit Windmühlen, Biogasanlagen und Sonnenkollektoren – ist auch weiterhin der Antrieb der Automatisierungs- und Regelungstechnik. Wer sich aus ihr zurückzieht, verschwindet kurz über lang ganz aus dem Kreis der Industrienationen (Morgenthau-Plan 2.0 ?).

Die volkswirtschaftlichen Kosten

Der betriebswirtschaftliche und volkswirtschaftliche Schaden durch das Unglück von Fukushima ist riesig. Für Japan ist es um so bitterer, daß er vollständig vermeidbar gewesen wäre, wenn man auf die Fachleute gehört hätte. Allein zwei Geologen sind unter Protest aus Sicherheitsgremien zurückgetreten, weil sie vor einem möglichen Tsunami in der bekannten Höhe gewarnt hatten. Es scheint ein besonderes Phänomen unserer Zeit – und ganz besonders in Deutschland – zu sein, die Warnungen und Ratschläge von Fachleuten zu ignorieren. Wohlgemerkt Fachleute, die sich durch einschlägige Ausbildung und jahrelange Erfahrung ausweisen. Nicht zu verwechseln mit ernannten „Experten“, die meist weder eine Fachausbildung noch praktische Kenntnisse besitzen, diese Defizite aber durch „Festigkeit im Rechten-Glauben“ ersetzen. Diese Hohepriester der Ignoranz in Parteien und Betroffenheitsorganisationen sind nicht weniger gefährlich als Voodoo-Priester in Afrika.

Der in Japan entstandene Schaden durch Ignoranz vollzieht sich auf zwei unterschiedlichen Ebenen: Die Kosten für die Aufräumarbeiten und die Entschädigung für die Evakuierten treffen den Betreiber Tepco mit tödlicher Wucht. Die Kosten durch steigende Energiepreise treffen alle Japaner und sind in ihren Auswirkungen noch nicht endgültig absehbar. Japan und Deutschland werden noch für zig Generationen von Wissenschaftlern genug Stoff für die Frage liefern: Wie und warum haben sich zwei Nationen freiwillig und sehenden Auges durch eine falsche Energiepolitik ruiniert?

Die Kosten für die Aufräum- und Dekontaminierungsarbeiten werden inzwischen auf über 100 Milliarden US-Dollar geschätzt. Glücklicherweise gilt hier, daß die Kosten für Tepco die Gehälter für zahlreiche Japaner sind. Allerdings muß die Frage erlaubt sein, ob viele Japaner nicht sinnvolleres zu tun hätten, als Grenzwerte unterhalb der vorhandenen Strahlung anzustreben.

Viel bedenklicher – aber anscheinend nicht so offensichtlich – ist der volkswirtschaftliche Schaden. Die japanischen Energieversorger haben jährliche Mehrkosten von 35 Milliarden US-Dollar durch den Einkauf zusätzlicher fossiler Brennstoffe. Dies ist rausgeschmissenes Geld, da man täglich die abgeschalteten – und längst überprüften und für sicher befundenen – Kernkraftwerke wieder hochfahren könnte. Inzwischen importieren die Stromerzeuger jährlich für 80 Milliarden US-Dollar Kohle und LNG (verflüssigtes Erdgas). Japan ist der größte Importeur für LNG (90 Mio to jährlich) und der zweitgrößte Importeur für Kohle (190 Mio to jährlich, stark steigend) und der drittgrößte Importeur für Öl weltweit (4,7 Millionen barrel pro Tag). Sind die jährlichen Ausgaben hierfür schon imposant (289 Milliarden US-Dollar in 2012), so ist langfristig das Verhältnis zum Bruttosozialprodukt entscheidend: Es ist inzwischen doppelt so hoch wie in China (wobei das Bruttosozialprodukt in China schneller steigt, als der Energieverbrauch) und fast vier mal so hoch, wie in den USA (dort nimmt die Eigenproduktion ständig zu). Eine solche Schere ist für einen Industriestandort langfristig nicht tragbar. Es gibt also keinen anderen Weg, als zurück in die Kernenergie. „Wind und Sonne“ sind bei diesen Größenordnungen nichts anderes als Spielerei (in 2012: 92% fossil, 6% Wasserkraft; 2010: 15% Kernenergie).

Strahlenbelastung

Die UNSCEAR (United Nations Scientific Committee on the Effects of Atomic Radiation) ist auch in ihrem neuesten Untersuchungsbericht zu dem Schluß gekommen, daß weder eine erhöhte Rate an Krebserkrankungen noch an Erbschäden in Japan feststellbar ist. Es wird ausdrücklich betont, daß die Strahlenbelastung durch die schnelle und großzügige Evakuierung viel zu gering ist um Folgeschäden auszulösen. Im Mittel sind die Menschen im Raum Fukushima mit 10 mSv über ihr gesamtes Leben zusätzlich belastet, während allein die Hintergrundstrahlung in Japan rund 170 mSv über ein Menschenalter beträgt. Es sind überhaupt nur Schädigungen feststellbar, wenn kurzfristig eine Strahlenbelastung von über 100 mSv vorgelegen hat. Deshalb befinden sich 160 Mitarbeiter in einem Langzeit-Überwachungs-Programm. Bisher konnten auch in dieser Gruppe keine Veränderungen festgestellt werden.

Parallel läuft ein Überwachungsprogramm von 360000 Kindern auf Veränderungen der Schilddrüse (Anmerkung: Gerade bei Kindern und Jugendlichen kann die Anreicherung von Jod-131 zu Wucherungen in der Schilddrüse führen.) Die dabei festgestellten Fälle, sind eher auf die genaueren Untersuchungsmethoden als durch eine Strahlenbelastung zurückzuführen. Eine Vergleichsgruppe unbelasteter Kinder ist nicht vorhanden. Interessant wird eher die Zahl der „Krebstoten“ nach Abschluss dieser Studie sein. Erfahrungsgemäß wird sie geringer als der japanische Durchschnitt werden, da durch die begleitende Überwachung „Krebs“ früher erkannt und besser behandelt werden kann.

Ein, zumindest zwiespältiges, Ergebnis brachten die Evakuierungen mit sich: Innerhalb kurzer Zeit wurden 78000 Menschen aus dem 20km-Radius ausgesiedelt. Weitere Menschen wurden aus dem 20 bis 30 km Radius in Schutzräume untergebracht.

Strahlenphobie tötet

In dem 20km-Radius um das Kraftwerk befanden sich acht Krankenhäuser und 17 Pflegeheime, in denen sich zum Zeitpunkt des Unglücks 1240 Patienten bzw. 940 Pflegefälle befanden.

Unmittelbar nach dem Tsunami wurde eine Evakuierung im 2km-Radius angeordnet. Am nächsten Morgen wurde der Radius auf 10 km ausgeweitet. Am Nachmittag ordnete die Regierung eine Ausweitung auf 20km an. Am Abend des zweiten Tags nach dem Tsunami stellte man fest, daß sich noch 840 Patienten in den Krankenhäusern und Pflegeheimen befanden. Die Regierung ordnete noch am späten Abend eine Notevakuierung an. Am folgenden Morgen begannen völlig panische und chaotische Transporte: Schwerkranke wurden ohne Begleitung durch medizinisches Personal in normale Fahrzeuge verfrachtet. Bettlägerige Patienten wurden teilweise schwer verletzt, weil sie während der Fahrt von den Sitzen rutschten. 27 Patienten mit Nierenversagen und Schlaganfällen wurden auf einen Transport ins 100km entfernte Iwaki verschickt. Zehn verstarben noch auf dem Transport. Insgesamt sollen 50 Patienten während oder kurz nach der Evakuierung verstorben sein. Todesursachen: Unterkühlung, Dehydration und drastische Verschlimmerung der vorhandenen medizinischen Probleme.

Das alles geschah, weil (einige) Menschen völlig absurde Vorstellungen von der Wirkung ionisierender Strahlung haben. Über Jahrzehnte systematisch aufgehetzt von Betroffenheits-Organisationen vom Schlage Greenpeace. Organisationen und Einzelpersonen („Atomexperte“), die es zu ihrem persönlichen Geschäftsmodell gemacht haben, andere Menschen in Furcht und Schrecken zu versetzen. Wir sind es den Opfern schuldig, diesem Treiben wesentlich entschiedener entgegenzutreten. Das sind nicht die netten-jungen-Leute-die-immer-die-Waale-schützen, sondern straff geführte Unternehmen mit Millionenumsätzen. Aufklärung beginnt immer im persönlichen Umfeld. Jede Spende weniger, bereitet dem Spuk ein baldiges Ende. Wenn sich das Geschäftsmodell „Strahlenangst“ erledigt hat, werden sich diese Typen schneller als gedacht lukrativeren Tätigkeiten zuwenden.

Fukushima – Zweite Begutachtung durch IAEA

Anfang Februar 2014 veröffentlichte die IAEA (International Atomic Energy Agency) ihren zweiten Bericht zur Vorgehensweise bei der Beseitigung der Schäden im Kernkraftwerk von Fukushima. Dieser Bericht enthält neben zahlreichen Details zum gegenwärtigen Zustand vor Ort, auch eine kritische Würdigung der bisher durchgeführten Maßnahmen und Vorschläge für Verbesserungen und mögliche internationale Unterstützung. Da es sicherlich für viele etwas zu zeitaufwendig ist, einen 72-Seiten-Bericht in englischer Sprache zu lesen, wird hier eine Zusammenfassung versucht.

Einordnung des Berichts

In der Folge des Reaktorunglücks am 11. März 2011 hat der Betreiber TEPCO einen Aktionsplan zur Beseitigung der Schäden vorgelegt. Dieser Plan wurde von den einschlägigen japanischen Verwaltungen geprüft. Diese „Roadmap“ enthält detaillierte Beschreibungen und Zeitpläne der durchzuführenden Arbeiten. Jeweils im July 2012 und Juni 2013 wurde eine grundlegend neu überarbeitete Fassung erstellt. Die japanische Regierung, vertreten durch das METI (Ministry of Economy, Trade and Industry), hat die IAEA um eine Begutachtung dieser „Roadmap“ gebeten.

Inzwischen trägt die japanische Offenheit Früchte. Das Spielfeld für Betroffenheitsunternehmen vom Schlage Greenpeace, ist bemerkenswert eng geworden. Es gelingt den einschlägigen „Atomexperten“ kaum noch, ihre tumbe Propaganda in den Medien unter zu bringen. Sie können nur noch ihre tiefgläubige Klientel bedienen. Wenn man sich an die Geheimniskrämerei der Sowjets nach Tschernobyl erinnert, ein bemerkenswerter Fortschritt. Mangels frei zugänglicher und überprüfbarer Informationen selbst für Fachkreise, war jeglicher Spekulation und Verschwörungstheorie Tür und Tor geöffnet.

Japan hat viele grundsätzliche und vermeidbare Fehler im Umgang mit der Kernenergie gemacht. Sie haben aber ihre Konsequenzen gezogen und ohne jede Rücksicht auf Kosten und Organisationsstrukturen radikale Veränderungen durchgeführt. Veränderungen, die der Verbesserung und weiteren Entwicklung dienen und nicht dem politischen Tagesgeschäft geschuldet sind.

Entfernung der Brennelemente

Die vorhandenen Lagerbehälter auf dem Gelände wurden überprüft, mit neuen Dichtungen versehen und auf einen sicheren Platz umgesetzt. An einer langfristigen Lösung wird gearbeitet.

Der Block 4 wurde vollständig neu eingehaust und inzwischen von allem Schutt geräumt. Es ist jetzt wieder eine, einem Kernkraftwerk entsprechende Arbeitsumgebung geschaffen worden. In den letzten fünf Monaten sind bereits 659 Brennelemente aus dem Lagerbecken entfernt worden, in 14 trockenen Lagerbehältern (Anmerkung: ähnlich „Castoren“) verpackt und auf dem Zwischenlagerplatz transportiert worden. Alle größeren Trümmer sind aus dem Lagerbecken geräumt, kleinteilige Trümmer zu über 70 % entfernt und fast 20% der Lagergestelle bereits ausgesaugt worden.

Es ist geplant, alle Brennelemente aus den Lagerbecken bis 2017 zu entfernen und in trockene Lagerbehälter zu verpacken. Es wird ein Verfahren ausgearbeitet, alle Brennelemente auch innen so zu reinigen und zu waschen, daß sie „normalen“ Ladungen aus Kernkraftwerken entsprechen, um sie den normalen Wiederaufbereitungsanlagen problemlos zuführen zu können. Alle Brennelemente werden in fünf Kategorien eingeteilt: In Ordnung und vollständig bestrahlt, in Ordnung und teilweise bestrahlt, in Ordnung und nicht bestrahlt, beschädigt (im Sinne von, der Austritt radioaktiver Stoffe ist möglich), leicht beschädigt (lediglich mechanisch; vom Originalzustand abweichend).

Weit aus schwieriger und langwieriger, gestaltet sich die Entfernung des „radioaktiven Bruches“. Gemeint ist damit geschmolzener Brennstoff, der teilweise sogar Legierungen mit anderen Materialien des Reaktorkerns eingegangen sein wird. Hier ist nur ein schrittweises Vorgehen möglich. Man muß erst allen Schutt – verursacht durch die Wasserstoffexplosionen – wegräumen, um an die Druckgefäße zu gelangen. Dies muß wegen der erhöhten Strahlung fernbedient und durch Roboter geschehen. Ein Entwicklungsprozess, der ständig neu durchdacht und angepaßt werden muß. Die Vorarbeiten werden mehre Jahre in Anspruch nehmen.

Umgang mit dem verseuchten Wasser

Die Lagerung von radioaktivem Wasser in Tankanlagen auf dem Gelände, war in den letzten Monaten ein ständiges Ärgernis. Auftretende Leckagen fanden ein breites Echo in der weltweiten Öffentlichkeit. Es wurden drei Prinzipien zur Vorgehensweise definiert:

  1. Beseitigung der Quellen. Dies ist der schwierigste Teil, da es kurzfristig eine Abdichtung der zerstörten Sicherheitsbehälter erfordert und langfristig eine Beräumung des „radioaktiven Schutts“.
  2. Trennung von Grundwasserströmen auf dem Gelände von kontaminiertem Wasser im Bereich der zerstörten Anlage. Maßnahmen sind eingeleitet: Umleiten der Grundwasserströme oberhalb des Standortes, bevor sie die Ruine erreichen können. Errichtung von unterirdischen Sperren vor den Blöcken und gegenüber der Hafenseite.
  3. Sicherung der gelagerten Wassermassen (Verhinderung von Undichtigkeiten, Auffanganlagen für Leckagen etc.). Beschleunigter Bau von Reinigungsanlagen. Momentan liegt der Schwerpunkt auf einer sehr erfolgreichen Entfernung des Cäsiums (Anmerkung: Cäsium ist ein γ-Strahler und maßgeblich für die Strahlenbelastung im Tanklager verantwortlich; β- und α-Strahler sind in diesem Sinne unerheblich – niemand muß das Wasser trinken.). Ferner wird inzwischen das ursprünglich zur Kühlung verwendete Meerwasser entsalzt und wieder verwendet. Inzwischen wurden über 800 000 m3. sehr erfolgreich behandelt.

Inzwischen haben sich mehr als 500 000 m3 kontaminiertes Wasser auf dem Gelände angesammelt. Davon ungefähr 400 000 m3 in 900 oberirdischen Tanks! Der Rest befindet sich noch in den Kellern, Kabelkanälen usw. Man geht davon aus, daß man das Tanklager noch einmal verdoppeln muß. Dies hängt jedoch letztendlich von den Gegenmaßnahmen und dem Tempo bei der Wasseraufbereitung ab. Es wird z. B. auch erprobt, das Wasser nicht mehr ständig aus den Kellern und Kanälen abzupumpen, sondern mobile Reinigungsanlagen einzusetzen. Rund 300 000 m3 in den Tanks bestehen inzwischen aus dem Abwasserstrom der Meerwasserentsalzung (Salzlake) und Cäsium-Entfernung. Es „strahlt“ daher nur noch relativ gering, besitzt aber einen erhöhten Anteil an Sr90 und Y90. Andere Radionuklide sind nur in geringem Umfang vorhanden. TEPCO setzt nun auf das Advanced Multi-Nuclide Removal System (ALPS) zur Beseitigung der radioaktiven Abwässer. Es ist bereits eine Versuchsanlage mit drei parallelen Strängen zu je 250 m3 / Tag in Betrieb. Mit ihr wurden bereits 30 000 m3 erfolgreich gereinigt. Es gelingt praktisch alle Radionuklide – bis auf Tritium – unter die Nachweisgrenze zu entfernen. (Anmerkung: Tritium bildet „titriertes Wasser“, welches chemisch praktisch nicht von normalem H2 O unterscheidbar ist. Es ist aber relativ harmlos, da es sich nicht im Körper anreichert und wie jegliches andere Wasser auch, eine sehr geringe biologische Halbwertszeit besitzt). Inzwischen laufen in Japan Diskussionen, ob man nicht wenigstens dieses Wasser, in „Trinkwasserqualität“ in das Meer abgeben könnte. In der japanische Kultur, ist diese Frage keinesfalls mit einem einfachen „Ja“ zu beantworten.

Unmittelbar nach dem Unglück, in einer durch den Tsunami völlig zerstörten Infrastruktur, war es richtig, möglichst schnell ein Tanklager zur Rückhaltung von radioaktivem Wasser aufzustellen. Es wurde deshalb auf zusammengeschraubte Tanks zurückgegriffen. Solche Tanks, mit ihren zahlreichen Dichtungen, sind nicht für einen dauerhaften Betrieb geeignet. Es wird deshalb ein umfangreiches Programm gestartet, welches sich mit einer dringend notwendigen Ertüchtigung beschäftigt. Neue Tanks sollen nur noch in geschweißter Ausführung erstellt werden. Wenn das Tanklager noch sehr lange nötig wird, will man sogar die vorhandenen Behälter ersetzen.

Feste Abfälle

Bei der Reinigung der gewaltigen Wassermengen darf nicht vergessen werden, daß man damit nicht die Radioaktivität beseitigt, sondern lediglich umlagert. Nach der Reinigung bleiben Zeolite, an die die Radionuklide gebunden sind und Schlämme mit Radionukliden übrig. Diese müssen vor der endgültigen Lagerung in eine feste Form überführt werden, damit sie nicht in die Umwelt freigesetzt werden. Es werden einige tausend Kubikmeter solcher niedrig und mittelaktiven Materialien übrig bleiben.

Der (kontaminierte) Schutt infolge des Tsunami ist für sich genommen, ein gewaltiges Problem. Bisher wurden von dem Gelände 65 000 m3 Schutt und allein 51 000 m3 Abfallholz beiseite geräumt und in zehn Zwischenlagern gesammelt. Da die gefällten Bäume „leicht verstrahlt“ sind, dürfen sie nicht einfach verbrannt werden. Sie werden deshalb in Fässer verpackt, die für eine Lagerung von 25 Jahren vorgesehen sind. Für 23 000 dieser „Altholzfässer“ wird gerade ein eigenes Lagergebäude errichtet. Kann sich noch jemand an die Bilder von Tschernobyl erinnern, wo ganze LKW und Busse einfach in ausgehobene Gräben versenkt wurden?

Bei einem normalen Abriss eines Reaktors, geht man von etwa 10 000 m„Atommüll“ aus, der endgelagert werden muß. Der Rest kann nach Reinigung und Freimessung in den normalen Wertstoffkreislauf gegeben werden. In Fukushima rechnet man mit über 800 000 m3.. Es ist deshalb ein umfangreiches Programm zur völligen Neuentwicklung eines Recycling auf der Unglücksstelle gestartet worden. Man möchte möglichst viel des unbelasteten Abfalls (nach einer Reinigung) auf der Baustelle wieder verwenden. Beispielsweise kann man das Volumen von Metallschrott durch Einschmelzen um 70 bis 80 % verringern. Ein bereits bei der Beseitigung von alten Dampferzeugern angewendetes Verfahren. Es wird nun untersucht, wie man das auf der Baustelle (kostengünstig) durchführen kann und dieses „leicht radioaktive“ Material gleich zum Bau der „Atommülldeponien“ wieder verwenden kann.

Nach heutiger Planung, geht man erst in 20 bis 25 Jahren von einem Abtransport radioaktiver Abfälle von der Unglücksstelle (in ein Endlager) aus. Bis dahin muß man deshalb für einen ausreichenden Strahlenschutz auf der Baustelle sorgen. Es müssen deshalb jede Menge provisorischer Abschirmungen gebaut werden.

Maßnahmen gegen das Eindringen von Grundwasser

Im Nachhinein kann man sagen, daß der Bau der Anlage im Grundwasser ein weiterer schwerwiegender Konstruktionsfehler war. Das Kraftwerk mit seiner kompakten Bauweise aus vier Blöcken, besitzt zahlreiche Keller und unterirdische Verbindungskanäle. Diese lagen alle unterhalb des natürlichen Grundwasserspiegels. Um ein aufschwimmen zu verhindern, war deshalb eine permanente Grundwasserabsenkung erforderlich. Die erforderlichen Leitungen und Pumpen wurden durch den Tsunami zerstört. Infolgedessen kam es zu einem schnellen Wiederanstieg des Grundwassers, was zu zahlreichen Bauschäden führte. Heute dringen immer noch ungefähr 400 m3. täglich ein.

Es wurde bereits ein ganzes Bündel Maßnahmen ergriffen, um dieses Problem in den Griff zu bekommen. Durch Grundwasserabsenkung, -umleitung und Abdichtung bestimmter Bodenschichten, konnte bereits das Weiterfließen ins Meer aufgehalten werden. Das Eindringen in die Gebäude kann aber erst verhindert werden, wenn um das gesamte Kraftwerk eine Barriere aus Eis erzeugt worden ist. Man arbeitet bereits daran. Diese Methode ist z. B. im Tunnelbau Stand der Technik.

Strahlenbelastung in unmittelbarer Umgebung

Die Grundstücksgrenze, ist die (juristische) Grenze zwischen zwei Welten: Innerhalb des Zaunes gilt der Arbeitsschutz, außerhalb die allgemeinen Regeln für die Bevölkerung. Die japanische Regierung hat die zulässige zusätzliche Belastung für die Bevölkerung auf 1 mSv pro Jahr festgelegt. Dieser – absurd niedrige Wert – hat auch unmittelbar am Bauzaun zu gelten. Die aktuelle Belastung durch Gase ist praktisch nicht mehr vorhanden, weil praktisch keine Gase mehr austreten. Der „cloudshine“ (Anmerkung: Strahlung, die Richtung Himmel abgegeben wird, wird teilweise durch die Luft zurückgestreut) beträgt ungefähr 1,8 x 10^-8 mSv/a, die direkte Strahlung ungefähr 2,8 x 10^-2 mSv/a und die Belastung durch Atmung und Nahrungsaufnahme ungefähr 1,8 x 10^-4 mSv/a. Wohlgemerkt, 0,0282 mSv für jemanden, der das ganze Jahr unmittelbar am Bauzaun steht! In etwa die Strahlenbelastung eines einzigen Transatlantikfluges nach USA.

Allerdings ist seit etwa April an manchen Stellen die jährliche Strahlenbelastung „dramatisch“ auf 0,4 bis 7.8 mSv angestiegen. Dies ist in der Nähe der Tanks der Fall, in denen die Lake aus der Aufbereitung der „ersten Kühlwässer“ eingelagert wurde. Sie wurde ursprünglich in unterirdischen Behältern gelagert, aber aus Angst vor unentdeckten Undichtigkeiten, in besser kontrollierbare oberirdische Tanks, umgepumpt.

Die IAEA-Kommission empfiehlt daher, für die „Strahlenbelastung der Öffentlichkeit“ eine Person mit realistischen Lebens- und Aufenthaltsbedingungen zu definieren.

Robotereinsatz

Deutlicher kann man den Unterschied zweier Gesellschaftssysteme nicht aufzeigen, wenn man die Aufräumarbeiten in Tschernobyl und Fukushima vergleicht. Welchen Wert ein Mensch im real existierenden Sozialismus hatte, kann man ermessen, wenn man die Bilder der Soldaten betrachtet, die mit bloßen Händen den Kernbrennstoff zurück in den Schlund des Reaktors warfen. In Fukushima schickt man auch nach drei Jahren nicht einmal einen Arbeiter in die Nähe der verunglückten Sicherheitsbehälter! Alle Erkundungen oder Reinigung- und Aufräumarbeiten werden maschinell aus sicherer Entfernung durchgeführt. Wenn man in des Wortes Bedeutung nicht weiter kommt, wird erst ein Roboter oder eine Vorrichtung entwickelt und gebaut. Wenn Geräte aus dem Ausland besser geeignet sind als eigene Entwicklungen, werden sie gekauft. Man denkt asiatisch langfristig und gibt sich selbst eine Zeitvorgabe von 30 bis 40 Jahren. Es wird schön zu beobachten sein, welchen Quantensprung die Automatisierung in der japanischen Industrie allgemein, in einigen Jahrzehnten erreicht haben wird. Hier in Fukushima, ist die Keimzelle für eine Revolution in der Industrie und Bautechnik. Japan scheint wieder einmal die restliche Welt verblüffen zu wollen – diesmal allerdings auf einem friedlichen Gebiet.

Kontrolle des Meeres

Zur Überwachung des Meeres wurden 180 Kontrollstellen für Wasser und Sedimente eingerichtet. Die laufenden Messungen haben ergeben, daß die Einleitungen seit dem Unglück um mehr als fünf Größenordnungen kleiner geworden sind. Die Messungen werden von TEPCO und sechs verschiedenen japanischen Behörden unabhängig und redundant vorgenommen. Hinzu kommen noch zahlreiche Universitäten und Forschungseinrichtungen.

Die Ergebnisse sind allen interessierten Organisationen international zugänglich. Fast alle Daten werden kontinuierlich auf verschiedenen Web-Sites veröffentlicht. Leitgröße ist Cs137. wegen seiner langen Halbwertszeit von 30 Jahren. Seine Konzentration beträgt in der Nähe des Kraftwerks zwischen 1 und 2 Bq/Liter. Wegen der starken Verdünnung durch die Meeresströmungen sinkt es im Küstenverlauf unter 100 mBq/Liter. An entfernteren Küsten sinkt sie unter 1 bis 3 mBq/Liter.

Japan hat 2012 einen zulässigen Grenzwert von 100 Bq/kg für Fisch als Summe aller Cäsium Isotope festgelegt. In Fukushima wurden von 2011 bis 2013, 15144 Proben Meeresfrüchte untersucht, von denen 2016 diesen Grenzwert überschritten haben. Ein Zeichen der positiven Entwicklung ist dabei, daß die Quote von 57,7 % (Mittelwert der Periode April bis Juni 2011) auf 1,7 % im Dezember 2013 gesunken ist. In den anderen Küstenregionen wurden weitere 21 606 Proben im gleichen Zeitraum untersucht. Von denen 174 den Grenzwert überschritten haben. Dort sank die Quote von 4,7 % auf 0,1 %. Die schnelle und örtliche Abnahme zeigt, wie unbegründet die Tatarenmeldungen über eine weltweite Gefährdung gewesen sind. Nur mal so zur Orientierung: Eine einzelne Banane soll etwa 20 Bq in der Form von „natürlichem“ Kalium haben.

Hier wird aber auch deutlich, daß es dem Laien wenig hilft, wenn er mit einem Zahlenfriedhof allein gelassen wird. Die IAEA empfiehlt daher den japanischen Behörden, noch enger mit interessierten Gruppen (Fischer, Händler, Verbraucherschutz, usw.) zusammenzuarbeiten und allgemein verständliche Interpretationen zu entwickeln. Ferner wird empfohlen automatische Meßstationen mit simultaner Übertragung ins Internet einzurichten, um das Vertrauen bei der Bevölkerung zu erhöhen. Außerdem ist die Qualität der Messungen über Ringversuche abzusichern. Inzwischen sind allein mehr als zehn verschiedene japanische Institutionen an den Messungen beteiligt. Meßfehler einzelner Organisationen, könnten von der Öffentlichkeit falsch interpretiert werden.

Fukushima, zwei Jahre danach

Jahrestage dienen immer der Erinnerung und der Bilanzen. So auch im Falle des Reaktorunglücks in Fukushima. Zahlreiche Veröffentlichungen sind bisher erschienen. Nach zwei Jahren erscheint es an der Zeit, die ersten grundsätzlichen Konsequenzen zu ziehen.

Was geschah

Vor zwei Jahren erschütterte ein selten starkes Erdbeben den Norden der japanischen Inseln. Erdbeben sind in Japan Routine. Was allerdings überraschte, war die Schwere und der Ort des Geschehens: Ein solch schweres Beben hatte man in absehbarer Zeit eher im Süden erwartet. Die Folge dieses küstennahen Bebens war ein außergewöhnlich heftiger Tsunami. Auch das nicht selbstverständlich für ein Meeresbeben. Alles in allem, eher ein Jahrtausendereignis. Gleichwohl bekannt, wenn auch selten. Geologen kannten mehrere Ereignisse mit hohen Flutwellen in dieser Gegend in den letzten Jahrtausenden. Die Flutwelle überspülte das gesamte Kraftwerk und zerstörte dabei alle Außenanlagen. Die Bedienungsmannschaft gehörte zu den wenigen, die mangels geeigneter Kommunikationsmittel die Warnungen vor dem Tsunami gar nicht mitbekommen haben. Wertvolle Zeit zwischen den Erdstößen und der Flutwelle ist verstrichen und es wurden sogar unangemessene Entscheidungen gefällt. Die Wasserwand traf das Kraftwerk und seine Mannschaft unerwartet und mit unvorstellbarer Gewalt. Wie war es möglich, daß ein Kernkraftwerk buchstäblich überrollt werden konnte? Es war ganz einfach auf zu niedrigem Grund gebaut worden. Man hatte sogar während der Bauzeit noch Gelände abgetragen, um die Baustelle einfacher zu gestalten. Es wurden zwar anschließend Flutmolen gebaut, aber leider viel zu niedrig. Man wußte das seit langem, hatte aber auf „kleine Wellen“ gewettet, da das Kraftwerk ohnehin in einigen Monaten still gelegt werden sollte. Hinzu kam eine von sich aus schon nicht besonders robuste und veraltete Konstruktion und eine im Laufe der Jahrzehnte nicht mehr besonders geschulte Mannschaft. Solche Ketten sind leider nicht außergewöhnlich: Viele – für sich genommen unbedeutende Fehlentscheidungen – können sich in einem Unglücksfall zur Katastrophe auswachsen. Es entstand ein immenser materieller Schaden. Die Kosten übersteigen (damals) notwendige Investitionen um Größenordnungen.

Entweder man macht es richtig oder man läßt es bleiben

Die Standortbedingungen waren sehr genau bekannt. Ein „wird schon gut gehen“, darf es in der Kerntechnik nicht geben. Ein Kernkraftwerk hätte an diesem Standort besser nicht gebaut werden sollen. Da man es trotzdem gemacht hat, hätte man es gegen solche Flutwellen sichern müssen. Spätestens nach Tschernobyl war bekannt, daß es nicht besonders schlau ist, einen Reaktor in eine einfache Industriehalle zu stellen. Hätte das Kraftwerk eine übliche Betonhülle gegen Einwirkungen von außen gehabt, wäre es durch eine „kleine“ Wasserstoffexplosion nicht in sich zusammengefallen. Die Lagerbecken für Brennelemente wären heute nicht mit Bauschutt verschüttet und hätten längst geleert werden können. Ebenso fragwürdig ist der Bau „Wand an Wand“ von Reaktoren, die über zahlreiche Keller, Gänge und Rohrleitungen so miteinander verbunden sind. Wie sich gezeigt hat, können sich im Schadensfall schädliche Gase und radioaktive Flüssigkeiten ungehindert ausbreiten.

Schon Anfang der 1970er Jahre wurde das sehr geringe Volumen des Sicherheitsbehälters bei diesem Reaktormodell kritisiert. Man forderte deshalb Druckentlastungsventile, über die ein etwaiger Überdruck kontrolliert abgebaut werden könnte. Politisch tat man sich damit sehr schwer: Der Sicherheitsbehälter sollte doch eine Freisetzung von Radioaktivität verhindern. Jetzt sollte er geöffnet werden? Dies glaubte man der Öffentlichkeit nur schwer verständlich machen zu können. Ähnliches galt für das Betriebspersonal: Seine wichtigste Aufgabe ist es, die Freisetzung von Radioaktivität zu vermeiden. Was würde mit ihm geschehen, wenn es das Ventil zu „leichtfertig“ öffnen würde?

Spätestens nach dem Unfall in Harrisburg war es eine Tatsache, daß Brennstäbe trocken fallen können und es dann zur Bildung von Wasserstoff kommen kann. Um eine Explosion im Sicherheitsbehälter zu verhindern, wurde dieser während des Betriebs mit Stickstoff gefüllt. Tritt aber nach der Bildung von Wasserstoff, Gas aus dem Sicherheitsbehälter aus, kann es an der frischen Luft zu einer Explosion kommen. Alles seit Jahrzehnten bekannt und durch Experimente bestätigt.

Die Hauptursache war jedoch der Ausfall der Stromversorgung über eine zu lange Zeitdauer. Durch die Flutwelle war großflächig das Stromnetz zerstört. Das Kraftwerk hätte sich also mehrere Tage selbst versorgen müssen. Da das Einlaufbauwerk mit den Kühlwasserpumpen zerstört war, war mangels Kühlung eine Eigenversorgung des Kraftwerks unmöglich. Die Flutwelle hatte nicht nur die Notstromdiesel außer Gefecht gesetzt, sondern auch einen „großen Kurzschluß“ in den Schaltanlagen verursacht. Unmittelbare Hilfe von außen (z. B. Feuerwehr, Fachleute usw.) war erst später möglich, da die gesamte Infrastruktur im Bezirk großflächig und gründlich zerstört war. Die Betriebsmannschaft mußte sich im entscheidenden Zeitraum mit Batterien und Taschenlampen „durchwursteln“. Eine Situation, die (bislang) in keinem Handbuch beschrieben war. Das alles unter einer enormen psychischen Belastung: Es war sehr schnell klar, wie zerstörerisch dieser Tsunami gewesen sein mußte und fast alle hatten ihre Familien in den nahe gelegenen Orten. Diese Kombination von totalem Stromausfall und schweren Schäden im eigenen Kraftwerk, bei gleichzeitiger Isolation von der Außenwelt, hatte es bis dahin noch nicht gegeben.

Das Positive am Unfall

Der Tsunami in Japan war eine der verheerendsten Naturkatastrophen, die ein Industrieland je getroffen hat. Schon die hohe Zahl an Toten und Vermissten spricht für die enorme Gewalt und Ausdehnung. Trotzdem sind nur vier von über fünfzig Reaktoren Totalschaden. Der überwiegende Teil ist nur leicht oder gar nicht beschädigt worden. Selbst bei dem schweren Unfall in Fukushima, ist kein Mensch durch Strahlung schwer geschädigt oder gar getötet worden. Insgesamt ein sehr positives Ergebnis. Bei Kernkraftwerken handelt es sich offensichtlich um recht robuste Anlagen.

Besonders positiv ist, daß eine deutliche Lernkurve zu verzeichnen ist: Je jünger die Anlagen, um so geringer die Schäden. Selbst die Kraftwerke der 1960er Jahre, die aus heutiger Sicht eine Menge Nachteile aufweisen, hatten so viele eingebaute „Sicherheiten“, daß sie zwar einen solchen Tsunami nicht überstanden haben, aber trotzdem nur eine geringe Gefährdung ihrer Umwelt darstellen.

Die Japaner sind tatkräftig dabei, ihr „Missgeschick“ in eine Chance umzuwandeln: Haben sie bereits mehrfach den Beweis geliefert, daß sie erfolgreich Kernkraftwerke in Erdbebenregionen bauen und betreiben können, sind sie jetzt dabei, der Welt zu zeigen, wie man mit einer „Nuklearkatastrophe“ verantwortungsvoll umgeht. Die Ruine wird zielstrebig und umweltschonend beseitigt. Und dies geschieht alles öffentlich und unter „kritischer Begleitung“ unserer „Atomkraftgegner“, die ihr Geschäftsmodell der Verbreitung von Angst langsam schwinden sehen. Die Story von „Millionen Toten, für zehntausende Jahre unbewohnbar“ hat sich als schlechte Propaganda erwiesen. Schlecht deshalb, weil inzwischen von jedem als maßlose Übertreibung erkennbar.

Lehren, die gezogen werden müssen

Fukushima hätte nicht passieren müssen. Dies ist die einhellige Schlussfolgerung in allen bisherigen Untersuchungsberichten. Wie aber, konnte es geschehen, daß man das Risiko einer bekannt hohen Flutwelle förmlich ausblendete? Seit der Planung, wurde immer wieder von namhaften Geologen (keine selbsternannten „Atomexperten“) auf die mögliche Höhe einer Flutwelle an diesem Standort hingewiesen. Bei dem Kraftwerk in Fukushima handelte es sich um eine veraltete Konstruktion. Allein in den USA sind von diesen „alten Typen“ noch über 30 Stück in Betrieb. Allerdings mit einem entscheidenden Unterschied: Die konstruktiven Schwachstellen wurden herausgearbeitet und durch Nachrüstmassnahmen zumindest entschärft. Gleiches geschah z. B. in Schweden.

In Japan hat die „Atomaufsicht“ völlig versagt. Schlimmer: Wie man sich heute eingesteht, mußte sie versagen, weil sie von ihrer Konzeption her so angelegt war. Der japanische Staat ist vom Selbstverständnis her, ein fürsorglicher Staat. Er ist für das Wohl der Nation maßgeblich verantwortlich und sorgt deshalb für die ausreichende und sichere Versorgung mit Energie. Insofern war es in sich logisch, auch die Kernenergie von der Planung bis zum Betrieb möglichst eng zu verknüpfen. Anfangs ein Erfolgsrezept, denn Kerntechniker sind nicht per Knopfdruck zu erschaffen. Schon die Ausbildung dauert überdurchschnittlich lang und erfordert spezielle Qualifikationen. Heute spricht man treffend vom „Nuclear Village“ in Japan, in dem jeder mit jedem irgendeine Beziehung unterhält. Dieses System gipfelt im „Amakudari“ (etwa: vom Himmel herabsteigen) japanischer Behörden. Damit ist gemeint, daß Staatsbedienstete vor dem endgültigen Ruhestand noch einmal in die Privatwirtschaft wechseln um „richtig Geld zu machen“. Sie nutzen dann für ihre neuen Dienstherren ihre „Behördenerfahrung“ und ihre Kontakte. Man kann sicherlich nicht erwarten, daß solche „Kontrolleure“ ihre zukünftigen Brötchengeber durch „Übereifer“ verprellen wollen. Außerdem versucht man eine Lösung für die häufige Rotation zu finden. Für japanische Beamte ist alle zwei bis drei Jahre eine Versetzung üblich. Damit ist eine „Waffengleichheit“ bei der fachlichen Qualifikation zwischen Prüfer und Antragsteller kaum möglich. Dem Beamten bleibt aus Unsicherheit meist nichts anderes übrig, als dem Antragsteller in seiner Argumentation zu folgen. Nur so ist es erklärlich, warum z. B. die Anwendung der Wahrscheinlichkeitsanalyse so lange in Japan immer wieder verhindert werden konnte. Ein Beamter liebt keine Unsicherheiten, sondern wird immer einen konkreten Zahlenwert aus irgendeiner Vorschrift bevorzugen.

Bevor an dieser Stelle das Gefühl aufkommt, in Deutschland sei alles besser, nur mal einige Denkanstöße: Glaubt wirklich jemand, daß in Deutschland ein „Karrierebeamter“ noch wagt, ausschließlich nach wissenschaftlichen Erkenntnissen den Salzstock in Gorleben zu beurteilen, wo doch politisch alles auf „Anti-Gorleben“ gebürstet ist? Wo war der Aufschrei, als unter Rot-Grün systematisch Aufsichtsbehörden mit „kritischen Wissenschaftlern“ (ein Synonym für nachweislich fachlich unqualifiziert, aber mit richtiger politischer Gesinnung) in Führungspositionen besetzt wurden? Wer sollte heute noch Forschungsgelder für kerntechnische Fragestellungen beantragen, wo der „Atomausstieg“ doch beschlossene Sache ist und Forschungsgelder eher für „Gender-Problematik“ abzugreifen sind? Hier geht es nicht um einzelne Personen, sondern um Strukturen, die absehbar (wieder) in die Katastrophe führen. Ideologische Vorgaben und Wissenschaft schließen sich grundsätzlich aus.

Selbst im angeblichen Mutterland des Kapitalismus scheint einiges aus dem Ruder gelaufen zu sein. Zwar haben die USA eine ziemlich unabhängige und selbstbewusste „Atomaufsicht“, aber diese werkelt in Stundenlohnarbeit, zum Stundensatz von knapp 300 $, bei Genehmigungen jahrelang vor sich hin. Dort sitzen auch die Spezialisten, die sich beispielsweise ihr halbes Leben mit Rohren bei Dampferzeugern von Druckwasserreaktoren beschäftigt haben und deshalb auch die verwickelsten Fälle (San Onofre) in kurzer Zeit lösen. Aber mal ehrlich, wer möchte diesen Damen und Herren in Stundenlohnarbeit die Genehmigung eines gasgekühlten Wärmeübertragers vorlegen? Zwar gilt auch hier, die Kosten des einen, sind das Einkommen des anderen, aber mit einem entscheidenden Unterschied: Unübliche Kosten (alle bauen ja schließlich Leichtwasserreaktoren) lassen sich nicht auf dritte, die Stromkunden, abwälzen. Ein solches System ist extrem innovationsfeindlich. Das hat auch die amerikanische Regierung erkannt und versucht nun durch Milliardenprogramme (z. B. SMR-Reaktoren) diesen Fehler mehr schlecht als recht zu heilen – und was kommt raus? Überraschung: Kleine Druckwasserreaktoren, wie man sie eigentlich schon seit Jahrzehnten für die Marine baut.

Nun haben die USA wenigstens noch die „Nationale Sicherheit“, für die man eigentlich immer Gelder auftreiben kann und weitestgehend ungehindert forschen und entwickeln kann. Oder müssen wir uns doch eher auf „Gelenkte Demokratien“ verlassen, wo ein Diktator, in seiner unendlichen Weisheit, vielleicht doch neue Reaktortypen entwickeln läßt? Auszuschließen ist das nicht. Vielleicht ist es ja ein „Guter Diktator“, der uns an seinem Fortschritt auch noch selbstlos teilhaben läßt. Schließlich wollen unsere „Energiewender“ ja auch die Menschheit retten.

Soll Bürokratie und Planwirtschaft tatsächlich die Antwort auf eines der dringendsten Probleme der gesamten Menschheit sein: Ausreichend preiswerte Energie! Oder ist der „Geist von Cupertino“ nicht viel eher die Antwort? Wieso konnte ein Computerhersteller etliche Milliarden Dollar eigenes (!!!) Geld in die Hand nehmen und gegen den Rat aller „Telefonexperten“ ein völlig neues Telefonkonzept entwickeln? Die Antwort ist einfach: Weil man ihm die Freiheit dazu ließ! Selbstverständlich war er verpflichtet, alle geltenden Vorschriften und Sicherheitsnormen einzuhalten – aber bitte nicht mehr.