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Reaktoren von Fukushima-Daiichi : In Resthitze verdampfendes Kühlwasser

  • -Aktualisiert am

Explosion: Luftaufnahme des Atomkraftwerks Fukushima 1 vom Montag Bild: dpa

Nach der Abschaltung kühlt ein Reaktor zwar ab, aber die in Fukushima verbliebene Restwärme könnte noch immer für eine Kernschmelze reichen. Ein Tschernobyl-Szenario ist aber unwahrscheinlich.

          5 Min.

          Die Lage im japanischen Atomkraftwerk Fukushima 1 (Daichi) ist weiter kritisch - oder spitzt sich sogar zu. Am Montag gab es mehrere alarmierende Meldungen: Am Morgen kam es im Gebäude von Reaktor 3 zu einer Explosion, so wie am Samstag schon bei Reaktor 1. Dann hieß es, in Reator 2 seien die Brennstäbe nicht mehr mit Kühlwasser bedeckt. Japanische Nachrichtenagenturen meldeten, in allen drei Reaktoren drohe eine Kernschmelze.

          Besonders widersprüchlich waren die Angaben zum Geschehen in Reaktor 2: Offenbar war selbst den Fachleuten nicht klar, wieviel Kühlwasser sich noch im Reaktorkern befand. Laut Aussage des japanischen Atomindustrie-Forums JAIF kann die Meldung über teilweisen oder vollständigen Verlust des Kühlwassers auch durch einen Fehler beim Anzeigegerät hervorgerufen worden sein. Wenn die Anzeige aber stimmt, ist der Versuch fehlgeschlagen, den Reaktorkern mit Hilfe von Meerwasser zu kühlen. Eine mögliche Erklärung dafür wären Lecks in den Leitungen des Kühlsystems, die das Erdbeben, eines der Nachbeben, der Tsunami oder eine der Explosionen hervorgerufen hat.

          Immer einfacher, die Reaktoren zu kühlen

          Aber wie groß ist die Gefahr einer Kernschmelze drei oder vier Tage nach der Abschaltung eines Reaktors? In den uranhaltigen Brennstäben des Reaktors finden auch nach der Abschaltung der Reaktoren - in geringerem Maße - radioaktive Zerfallsprozesse statt. Die produzierte Nachwärme beträgt nur noch wenige Tausendstel der erzeugten Wärme unmittelbar nach der Abschaltung. Dadurch werde es immer einfacher, die Reaktoren zu kühlen, sagt Hans-Josef Allelein, Leiter des Lehrstuhls für Reaktorsicherheit und -technik der RWTH Aachen Das sei aber nach wie vor genug Hitze für eine Kernschmelze, sofern die Brennstäbe nicht von Kühlwasser bedeckt sind. Das sei höchstwahrscheinlich auch bei Reaktoren eins und drei zumindest vorübergehend der Fall gewesen, sagt Allelein: „Wasserstoff wird nur frei, wenn die Brennstäbe nicht von Wasser bedeckt sind“, sagt er.

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          Durch das ausgefallene Kühlsystem kann diese Nachwärme der Spaltprodukte in den Brennstäben nicht vollständig abgeführt werden, wodurch die Temperatur im Kern des Siedewasser-Reaktors immer weiter steigt und immer mehr Kühlwasser verdampft. Ab einer Temperatur von 800 Grad Celsius reagiert das Zirkonium der Hüllen der Brennstäbe mit dem Kühlwasser und es entsteht Wasserstoffgas. Bei zu hohem Druck wird Gas in den Sicherheitsbehälter - der den Reaktorkern umgibt - entlassen. Damit dieser unter dem Druck nicht versagt, entschloss man sich in Fukushima bei Reaktor 1 und anderen bedrohten Reaktoren, auch hier die Ventile zu lüften. In deutschen Kernkraftwerken würde man im Falle solch einer Katastrophe ähnlich vorgehen, sagt Hans-Josef Allelein, Allerdings würde in deutschen Atomkraftwerken das Gas über den Kamin der Kraftwerke abgelassen. Bei den Reaktoren des Fukushima-Kraftwerks wurde aber offenbar in das den Sicherheitsbehälter umgebende Gebäude entlüftet. Das Wasserstoffgas habe sich daher vermutlich in den Räumen über dem Reaktor angesammelt, sagt Allelein. Dabei kann radioaktives Gas aus der Anlage entweichen. Außerdem vermischt sich das Wasserstoffgas mit Sauerstoff und es entsteht Knallgas, das sich offenbar sowohl in Block eins als auch in Block drei entzündete und das Reaktorgebäude zerstörte. Wie schon am Samstag soll auch bei der Explosion am Montag der Sicherheitsbehälter des Reaktors intakt geblieben sein - allerdings ist durchaus denkbar, dass er im ungünstigsten Fall auch beschädigt worden sein könnte, so dass Radioaktivität austreten könnte.

          Mit Harrisburg vergleichbar

          Der gezielte Abbau von Überdruck gilt seit dem Reaktorunfall von Harrisburg in den Vereinigten Staaten im März 1979 als bewährtes Verfahren. Er bedeutet, dass jedes Mal Luft aus dem Reaktor ins Freie gelassen wird, womit auch radioaktive Partikeln in die Atmosphäre gelangen. Die Mengen sind aber nicht übermäßig groß und stellen für die Bevölkerung eine „überschaubare“ und im Verhältnis zu den Folgen einer Explosion vertretbare Gefährdung dar. In Harrisburg hat man seinerzeit durch den Abbau von Überdruck eine Katastrophe verhindert. Die derzeitige Situation der japanischen Reaktoren ist möglicherweise der damaligen Situation des Reaktors „Three Mile Island“ in vielem vergleichbar. Die Entstehung von Knallgas wird in westlichen Reaktoren heutzutage aber infolge der Erfahrungen von Harrisburg im Prinzip dadurch unterbunden, dass man durch chemische Beifügungen eine dafür sorgt, dass sich Wasserstoff und Sauerstoff wieder zu Wasserdampf zurückverbinden. Entsprechende Verfahren wurden in den achtziger Jahren entwickelt. In Deutschland sind die Reaktoren seit 1995 damit nachgerüstet worden.

          Wenn es jetzt zu einer Kernschmelze komme, ist laut Hans-Josef Allelein die radioaktive Bedrohung noch ähnlich groß wie unmittelbar nach der Abschaltung. Denn die meisten der radioaktiven Spaltprodukte liegen noch in ähnlicher Konzentration wie unmittelbar nach der Abschaltung vor. Das bereits in geringen Mengen giftige Cäsium-137 hat etwa eine Halbwertszeit von dreißig Jahren, Jod-131 immerhin von acht Tagen. Bisher freigesetzt wurden nach Einschätzung Hans-Josef Allelein vor allem radioaktive Edelgase wie Krypton oder Xenon, die sich in der Atmosphäre verteilen und sich im Gegensatz zu Cäsium oder Jod nicht in der Nahrungskette anreichern.

          Improvisierte Kühlung dank Meeresnähe

          Viele Fachleute vermuten, dass bei Vorgängen wie jetzt in Fukushima vor allem die stützende Struktur betroffen im Reaktorkern von der Schmelze betroffen ist, während die Brennelemente selbst leicht beschädigt sein dürften. Der Brennstoff - das Uran - ist vermutlich weniger betroffen. Sollte es im Laufe der Tage in einem der Reaktoren zu einem Überdruck mit anschließender Explosion kommen, würde daher nicht unbedingt wie in Tschernobyl der größte Teil des radioaktiven Inventars in die Atmosphäre geschleudert. Das wurde dort noch begünstigt durch das Graphit dieses speziellen Reaktortyps sowjetischer Bauart, das dafür sorgte, dass das Inventar hoch in die Atmosphäre gelangte und sich dadurch besonders weit verbreitete. Allerdings hängt die Zukunft der japanischen Reaktoren und damit das Risiko für die Bevölkerung vor allem davon ab, ob sich die Kühlung der Anlagen auf Dauer stabilisieren lässt.

          Die Lage der betroffenen Reaktoren in Meeresnähe erlaubt eine improvisierte Kühlung mit Meerwasser, dem Bor beigesetzt wird, das den noch vorhandenen Neutronenfluss weiter unterbindet. Aus diesem Grund wurden die japanischen Atomkraftwerke auch direkt an der Küste gebaut - Kernreaktoren stets in der Nähe von Wasserreservoirs gebaut, sei es am Meer oder an größeren Flüssen. In den vergangenen Jahren hat sich aber gezeigt, dass die Kühlung durch Flüsse in heißen Sommermonaten an ihre Grenze stoßen kann, wenn sich das Flusswasser stark aufwärmt, vor allem dann, wenn mehrere Reaktoren vom selben Wasser gekühlt werden, das sich jedes Mal im Reaktor aufheizt.

          Dass der Boden eines Reaktors durch die bei einem Unfall entstehende Hitze zerstört wird und sich radioaktives Material in den Boden „frisst“, ist allerdings extrem unwahrscheinlich. Reaktoren sind jedenfalls mit Auffangwannen ausgerüstet, die einen möglichen „Sumpf“ zurückhalten. Womit aber keineswegs alle mit dem Sumpf verbundenen Unfallszenarien ausgeschlossen sind.

          Europa bliebe praktisch unberührt

          Die wichtigste Frage, die sich den Fachleuten nun stellt, ist, wie schnell und effektiv sich die Notkühlung stabilisieren lässt. Bis man der Kühlung einigermaßen trauen und zumindest erst einmal durchatmen kann, dürften ein bis zwei Wochen vergehen. Aber auch dann bleibt ein Risiko. Denn Nachzerfallswärme entsteht noch nach Jahren und Jahrzehnten. Deshalb werden auch die mit Wasser gekühlten Abklingbecken für abgebrannte Brennelemente über Jahrzehnte gekühlt. Der Reaktorkern von Harrisburg wurde vier bis fünf Jahre mit Wasser gekühlt, bis man anfing, ihn fernbedient zu zerlegen.

          Wie sich die radioaktiven Partikeln in der Atmosphäre verbreiten würden, wenn es in Japan noch zu einem schweren Strahlenunglück käme, hängt von vielen Unwägbarkeiten ab. Das hat der Reaktorunfall von Tschernobyl im Jahr 1986 demonstriert: Damals herrschten ungewöhnliche Ostwinde anstelle der auf der Nordhalbkugel sonst dominierenden Westwinde. Als Folge davon wurden die radioaktiven Partikeln auf unterschiedlichen Wegen nach Europa geblasen. Skandinavien und Frankreich wurden damals stärker belastet als Deutschland.

          In Japan herrschen im allgemeinen wie in Europa die Westwinde vor, was einen Transport des radioaktiven Materials nach Osten auf den Pazifik bedeuten würde. Die Reichweite hinge davon ab, wie hoch und in welche Luftschichten das Material gelangte, was sich nicht absehen lässt. Es bliebe vermutlich in Höhen unter 5.000 Metern. Der größere Teil würde daher, mehr oder weniger stark verdünnt, auf den Pazifik sinken und sich dort rasch zerstreuen. Vielleicht käme ein Teil bis nach Amerika. Europa jedenfalls bliebe praktisch unberührt, von „akademisch“ geringen Mengen vielleicht abgesehen. Anders sieht die Situation für Tokio aus. Ein Umschwenken des Windes könnte die japanische Hauptstadt innerhalb von Stunden in Mitleidenschaft ziehen.

          In drei Reaktoren von Fukushima 1 droht eine Kernschmelze - oder ist schon im Gang

          Fukushima 1 (Daiichi) - In allen drei Reaktorblöcken, die zum Zeitpunkt des Erdbebens in Betrieb waren, sind das Kühlsystem und der Notstrom ausgefallen. Zwar hatten sich die Reaktoren automatisch abgeschaltet. Dennoch ist eine Kühlung weiter nötig. Die Folge: Nicht abgepumptes Kühlwasser verdampft unter großer Hitze, der Druck im Reaktordruckbehälter sowie im Sicherheitsbehälter („Containment“) steigt gefährlich an, und die teilweise nicht mehr von Kühlwasser umgebenen Brennelemente heizen sich ungehindert auf.


          Im Reaktor 1 ereignete sich am Samstag eine Explosion. Dabei handelte es sich um die Verpuffung von Wasserstoff zwischen „Containment“ und der Außenhülle des Reaktorgebäudes. Der Wasserstoff war entstanden, weil Wasserdampf offenbar auf freiliegende Brennelemente getroffen war, eine Folge davon, dass im Reaktorinneren große Mengen Kühlwasser verdampft war. Weil dadurch der Druck im Reaktordruckbehälter gefährlich gestiegen war, musste kontaminierter Dampf abgelassen werden. Seit Samstagabend wird ein Gemisch aus Meerwasser und Borsäure zur Kühlung in den Reaktor gepumpt (Borsäure unterbricht die nukleare Kettenreaktion). Vieles deutet darauf hin, dass eine Kernschmelze eingesetzt hat. Sicher ist das nicht. Der Reaktordruckbehälter, also der Behälter mit den Brennelementen, ist nach offiziellen Angaben dennoch intakt. Sollte der Druckbehälter zerstört werden, wäre das der sogenannte Super-Gau, der auch in Reaktor 2 und 3 droht.


          Im Reaktor 2 waren die Brennstäbe am Montag zeitweise ohne Wasser. Das könnte dazu geführt haben, dass eine Kernschmelze eingesetzt hat. Auch hier war versucht worden, Meerwasser-Borsäure zur Kühlung einzuleiten. Auch für diesen Reaktor geben offizielle Stellen zunächst noch an, der stählerne Reaktordruckbehälter sei intakt. Später wurde das relativiert.

          Im Reaktor 3 ereignete sich am Montagmorgen eine Explosion ähnlich der in Reaktor 1. Auch hier war über Sicherheitsventile Druck aus dem Reaktordruckbehälter abgelassen worden, danach wurde Wasser und Borsäure zur Kühlung und Unterbrechung der nuklearen Kettenreaktion eingeleitet. Wie bei Reaktor 1 wurde durch die Explosion die Betonhülle des Gebäudes beschädigt, radioaktiver Dampf trat aus. Als besonders gefährlich wird das Szenario in diesem Reaktor beschrieben, weil die Brennstäbe Plutonium enthalten. Angaben über eine mögliche Kernschmelze waren widersprüchlich: Mal hieß es, sie könne schon in Gang sein, mal hieß es, das sei (noch) nicht der Fall.


          Fukushima 2 (Daini) - Südlich von Fukushima 1 befinden sich die vier Reaktoren von Fukushima 2. Auch sie schalteten sich beim Erdbeben automatisch ab. Auch hier gab es anschließend Probleme im Kühlkreislauf. Bislang sei aber kein radioaktiver Dampf abgelassen worden, um den Druck zu senken, teilten die japanischen Behörden mit. In Reaktor 1 gibt es offenbar ein Leck im Kühlkreislauf.


          Onagawa - Hier stehen drei Reaktoren, in einem Nebengebäude brach nach dem Erdbeben Feuer aus. Schäden an Reaktorgebäuden entstanden nicht.
          - Im Reaktor 2 (der erste Reaktor wurde 1998 stillgelegt) ist eine Pumpe für das Kühlsystem am Sonntag ausgefallen. ( F.A.Z. )

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