Erdbeben in Japan : Horror-Szenario Kernschmelze
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Das beschädigte Dach des Kernkraftwerks Fukushima Daiichi Bild: REUTERS
Im Atomkraftwerk Fukushima-Daiichi droht eine Kernschmelze. Hier könnte am Ende nur noch Meerwasser und Borsäure helfen - wenn überhaupt. Es kann jedoch Tage dauern, bis sich zeigt, ob die Operation gelungen ist.
Japanische Atommeiler sind so gebaut, dass sie sich bei einem Erdbeben automatisch abschalten. Bei elf der 17 japanischen Atomlagen war das vergangenen Freitag nach Angaben der japanischen Regierung nötig. In der 240 Kilometer nordöstlich von Tokio gelegenen Fukushima-Daiichi-Anlage stehen sechs Atomreaktoren, von denen zur Zeit des Erdbebens nur drei in Betrieb waren.
(siehe dazu: Infografik zum Kernkraftwerk Fukushima 1)
Am stärksten beschädigte das Beben offenbar die Reaktoren Eins und Zwei, die aus dem Jahre 1971 und 1974 stammen und damit zu den ältesten Japans gehören. In Reaktor Eins kam es schließlich am Tag nach dem Erdbeben zu einer Explosion, auch von einer Kernschmelze war die Rede. Wie konnte es dazu kommen?
In einem Atomreaktor wird durch eine kontrollierte Kettenreaktion Wärme erzeugt. Die Reaktion findet im sogenannten Reaktordruckbehälter statt, der zum Teil mit Wasser gefüllt ist und in dessen Mitte mehrere uranhaltige Brennstäbe aufgehängt sind. Diese werden mit Neutronen (den ungeladenen Grundbausteinen von Atomkernen) beschossen, die von den Uranatomen „eingefangen“ werden. Die Atomkerne des Uran-235-Isotops werden mit dem zusätzlichen Ballast instabil und zerfallen in kleinere Bruchstücke, die mit großer Geschwindigkeit auseinander fliegen.
Unter den Trümmern befinden sich neben leichteren radioaktiven Atomkernen wie den Elementen Barium-139 und Krypton-94 wiederum Neutronen, die weitere Uranatome spalten können - eine Kettenreaktion findet statt. Die schnellen Produkte des Kernzerfalls heizen das Wasser im Reaktor auf. Der dabei entstehende Wasserdampf wird aus dem Reaktor abgeführt und treibt schließlich Turbinen an.
Der letzte Schritt: den Reaktor über Ventile lüften
Die Kettenreaktion lässt sich jederzeit unterbrechen, indem man sogenannte Steuerstäbe zwischen die einzelnen Brennstäbe schiebt, welche die umher fliegenden Neutronen aufhalten. Trotzdem entsteht weiter Wärme im Reaktor. Denn die aus der Spaltung hervorgegangenen Isotope wie Cäsium-137 sind instabil, sie zerfallen also weiter und senden dabei Gammastrahlen aus. Diese Nachwärme entspricht zwar nur noch einem guten Zwanzigstel der bei laufendem Reaktor erzeugten Wärme, eine Stunde nach Abschaltung ist es gar nur noch ein Prozent. Trotzdem muss sie durch ein Kühlsystem aus dem Reaktor geleitet werden. Aber das Kühlsystem braucht Strom.
Was ist, wenn der Strom ausfällt? Dann werden Dieselgeneratoren in Gang gesetzt. Fallen auch die aus, gibt es Batterien, deren Strom aber nur für einige Stunden reicht. In den Reaktoren von Fukushima Daiichi sollen die Diesel-Pumpen zunächst angesprungen sein. Nach einer Stunde sind sie aber offenbar ausgefallen, womöglich in Folge des Tsunamis, der zu diesem Zeitpunkt die Anlage erreichte.
Während die Reaktoren der Atomanlage auf Batterie liefen, sollen mehrere externe Stromgeneratoren und Pumpen herangeschafft worden sein. Dass diese im Falle von Reaktor Eins offenbar nicht rechtzeitig kamen, um eine Überhitzung zu verhindern, zeigte sich kurze Zeit später. Da wurde der Reaktor über Ventile entlüftet, wodurch Wasserdampf mit geringen Konzentrationen radioaktiver Isotope in die Umwelt gelangen konnte. Dieser Schritt gilt als letztes Mittel, eine Katastrophe zu verhindern.
Entscheidend ist das Kühlwasser
Wird kein frisches Kühlwasser in den Reaktor gepumpt, verdampft immer mehr altes Kühlwasser und der Druck in dem abgeschlossenen Reaktor steigt. Nun sind verschiedene Szenarien denkbar. Kann der Druck nicht durch Öffnung der Ventile entweichen - etwa, weil auch diese elektronisch gesteuert werden und kein Strom verfügbar ist - kommt es ohne Kühlung womöglich zu einer Explosion des Reaktordruckbehälters. Aber auch wenn die Ventile geöffnet werden, ist die Gefahr nicht gebannt. Denn irgendwann verdampft so viel Kühlwasser, dass die Brennstäbe nicht länger von Kühlwasser bedeckt werden. Dann erhitzt sich der Reaktor innerhalb einer Dreiviertelstunde auf über 1000 Grad und die Metallhülsen samt des darin enthaltenen Urans sowie der radioaktiven Spaltprodukte schmelzen. Diese strahlende Lava tropft auf den Boden des Reaktors, wo es sich durch die stählerne Schutzhülle schmelzen kann.
Explosionsgefahr besteht aber nicht nur wegen des hohen Drucks im Reaktordruckbehälter. Auch Wasserstoffgas, das sich durch chemische Reaktionen der überhitzten Brennstoffhüllen mit Wasserdampf bildet, stellt eine Gefahr dar. Über Ventile kann der Wasserstoff sogar aus dem stählernen Sicherheitsbehälter entweichen, der den Reaktordruckbehälter umgibt, und sich mit Luftsauerstoff zu Knallgas vermischen. Entzündet sich dieses, kann das Gebäude zerstört werden, der eigentliche Reaktor aber intakt bleiben - das geschah am Samstag offenbar in Fukushima.
Deutlich schlimmer ist es dagegen bestellt, wenn das explosive Gemisch im Inneren des Sicherheitsbehälters explodiert. Denn dann wird dieser - zusammen mit der meterdicken Betonkapsel, die Reaktoren in der Regel umgibt - zerrissen und nichts hält die radioaktiven Gase und Dämpfe davon ab, in die Atmosphäre zu gelangen.
Entscheidend ist also das Kühlwasser. In Fukushima wurde Meerwasser eingeleitet - mit Borsäure versetzt. Denn Borsäure erfüllt dieselbe Funktion wie die sogenannten Steuerstäbe, sie absorbiert Neutronen und unterbricht damit die Kettenreaktion. Es kann Tage dauern, bis sich zeigt, ob die Operation gelungen ist.
