APUZ Dossier Bild

10.11.2011 | Von:
Manfred Bürger
Michael Buck
Georg Pohlner
Jörg Starflinger

Fukushima: Gefahr gebannt? Lernen aus der Katastrophe

Sicherheitskonzept und Krisenmanagement in Fukushima

Auf den Unfallablauf in Fukushima wird hier nicht näher eingegangen, wesentliche Aussagen sind schon publiziert.[1] Das zentrale Problem war die Kühlung des Reaktorkerns nach Stromausfall als Folge des Erdbebens und der Ausfall der Notkühlsysteme infolge des Tsunamis. Zwar wurde die Kettenreaktion abgeschaltet, durch den Zerfall der entstandenen radioaktiven Stoffe tritt aber noch über längere Zeit eine erhebliche Wärmefreisetzung auf. Bei Ausfall der Kühlsysteme führt dies zum Ausdampfen des Kühlwassers, schließlich zum Aufheizen und Schmelzen des Kernmaterials. Durch die Oxidation der den uranhaltigen Brennstoff umschließenden Hüllrohre in Wasserdampf entsteht dabei ab etwa 1200°C Wasserstoff. Die Aufheizung wird durch die chemische Reaktion verstärkt, ab etwa 1800°C treten erste Schmelzvorgänge auf, und ab etwa 2700°C schmilzt schließlich der ganze Kern. Ohne Kühlung führt dieser Ablauf zum schrittweisen Versagen der Barrieren gegen die Freisetzung radioaktiven Materials, also der Brennstabhüllen, des Reaktordruckbehälters, des Sicherheitsbehälters (containment) und letztlich des Reaktorgebäudes selbst. Im Folgenden werden nur die hauptsächlichen im Unfallablauf zu Tage getretenen Schwachstellen zusammengefasst.

Das vollständige Versagen der Notstrom- und Notkühlungssysteme durch den Tsunami stellt einen Ausfall mehrfacher Systeme durch eine gemeinsame Fehlerursache dar (common mode failure). Dies ist bei der Konstruktion derartiger Anlagen grundsätzlich zu vermeiden. Dazu wäre in Fukushima Daiichi eine gesicherte Unterbringung der Notstromdiesel und Notkühlpumpen gegen Überflutung durch Tsunamis notwendig gewesen. Ein weiterer Konstruktionsfehler trat im Verlauf des Unglücks bei der Druckentlastung zutage. Das Abblasen von Dampf (venting) und damit auch von Wasserstoff erfolgte, bedingt durch die Bauweise, ins Gebäudedach. Dort bildete der Wasserstoff mit der Luft zündfähige Gemische, deren Explosion den Dachbereich zerstörte. Grundsätzlich ist über einen höheren Kamin mit eigener Filterung ein gesichertes venting direkt ins Freie zu gewährleisten. Auch die Lage der Brennelementbecken im wenig geschützten oberen Gebäudeteil außerhalb des containments stellte sich als Schwachstelle heraus. So wurden die Becken durch die Explosionen freigelegt, mit dem großen Risiko, dass ein Versagen der Kühlung und eine Aufheizung der Brennelemente dort zur direkten Freisetzung großer Mengen an Radioaktivität in die Umgebung führt.

Beim Krisenmanagement erwies sich eine unzureichende messtechnische Erfassung des Anlagenzustandes während des Unfallablaufs als Problem. Viele Maßnahmen erschienen wenig begründet. Dies wirft Fragen nach einer speziellen messtechnischen Auslegung für solche schweren Unfälle auf. Grundsätzlich hat Kühlung bei derartigen Störfällen absolute Priorität.[2] Die Unsicherheiten über den Anlagenzustand beeinträchtigten jedoch strategische Abwägungen, die vom Kraftwerksbetreiber TEPCO (Tokyo Electric Power Company) auch nicht kommuniziert wurden. So blieb unklar, welche Optionen zur Verfügung standen. Nach Stunden ohne Kühlung musste von Ausdampfen und erheblicher Aufheizung ausgegangen werden, erst recht nach den Wasserstoffexplosionen. Ein Einspeisen von Wasser in die heißen Kerne, mit starker Dampfentwicklung und Druckaufbau als Folge, kann nur alternierend mit venting funktionieren, was zunehmend mit radioaktiven Emissionen verbunden ist. Wenn allerdings die Chancen einer Kühlung, mit dem Hauptziel der Rückhaltung des radioaktiven Materials, immer kleiner werden und Lecks auftreten, dann ist eine Fortsetzung massiven Flutens zu hinterfragen, das dann gerade die Freisetzung von radioaktivem Material bewirkt. Maßnahmen der Einschließung müssten dann in den Vordergrund treten.

Fußnoten

1.
Vgl. Bernhard Kuczera, Das schwere Tohoku-Seebeben in Japan und die Auswirkungen auf das Kernkraftwerk Fukushima Daiichi, in: atw, 56 (2011) 4-5, S. 234-241; Ludger Mohrbach, Unterschiede im gestaffelten Sicherheitskonzept: Vergleich Fukushima Daiichi mit deutschen Anlagen, in: ebd. S. 242-249; Bernhard Kuczera et al., Fukushima auch in Deutschland?, in: Spektrum der Wissenschaft, (2011) 8, S. 76-83.
2.
Vgl. Manfred Bürger/Michael Buck/Günter Lohnert (guest eds.), Core melt accidents in LWRs - State of the Art of "Coolability of Porous Debris", Nuclear Engineering and Design, 236 (2006).

Dossier

Energiepolitik

Die Energiewende stellt Deutschland vor große Herausforderungen. Schrittweise sollen Atomenergie und fossile Kraftstoffe durch erneuerbare Energie ersetzt werden. Dazu sind riesige Investitionen erforderlich. Gleichzeitig befindet sich der globale Energiemarkt im Umbruch: Während in Europa schrittweise mehr Wettbewerb eingeführt wird, konzentriert sich die Kontrolle über die weltweiten Öl- und Gasreserven zunehmend in der Hand von wenigen Staatsfirmen. Das Dossier ist Bestandsaufnahme der aktuellen Energiemärkte und bietet einen Ausblick auf Chancen und Risiken zukünftiger Energiepolitik.

Mehr lesen