Dossier: Reaktorunfälle

Das schwerste Erdbeben seit Beginn der japanischen Geschichtsschreibung (Momenten-Magnitude 9,0 MW) und ein gigantischer Tsunami verursachten am 11. März 2011 an der Ostküste der japanischen Hauptinsel Honshu Verwüstungen unvorstellbaren Ausmaßes. Die Flutwelle drang bis zu zehn Kilometer ins Landesinnere und zerstörte alles, was sich ihr in den Weg stellte. Ein Jahr nach der Katastrophe lag die Zahl der Toten bei 15 854, weitere 3155 galten als vermisst. Die Überflutungen zerstörten auch die Notkühlsysteme des Kernkraftwerks Fukushima Daiichi. Drei der sechs Blöcke (Abb. 1) des Kernkraftwerks waren zum Zeitpunkt des Erdbebens in Betrieb, wurden aber bei den ersten seismischen Anzeichen für ein Erdbeben dieser Größenordnung automatisch heruntergefahren. Durch den Tsunami, der das Kraftwerksgelände knapp eine Stunde nach dem Erdbeben erreichte, kam es zur Zerstörung der Dieselgeneratoren und zum Ausfall aller Nebenwasser­kühlsysteme. Bedingt durch die Nachzerfallswärme insbesondere der kurzlebigen Spaltprodukte folgten Kernschmelzen in den drei Reaktoren, und zwar schneller als ursprünglich angenommen, wie aktuelle Arbeiten zeigen [1]. Ein Vorbeben vom 9. März mit einer Magnitude von 7,3 MW war nicht stark genug, um die automatische Reaktorschnell­abschaltung zu initiieren. Vermutlich hätte es sich auf den Unfallablauf positiv ausgewirkt, wären die Reaktoren zum Zeitpunkt des Kühlungsausfalls bereits zweieinhalb Tage „vorgekühlt“ gewesen.
Durch die hohen Temperaturen der Brennstäbe reagierte Wasserdampf mit der Zirkoniumlegierung der Hüllrohre und erzeugte beträchtliche Mengen Wasserstoff. Im Zuge des „Ventings“, also des Ablassens von Überdruck aus den Druckbehältern, entwich der Wasserstoff in den Servicebereich oberhalb der Reaktoren der Blöcke 1 und 3 und gelangte dort zur Explosion. Die Detonation in Block 3 war so heftig, dass japanische Behörden zunächst sogar eine nuklear getriebene Explosion nicht ausschließen wollten. Die Explosion in Block 4 war zunächst eine große Überraschung, da der Druckbehälter zum Zeitpunkt des Unfalls leergeräumt war und sich der gesamte Brennstoff in den Lagerbecken befand. Die Vorstellung, dass es dort zu Schmelzvorgängen an den Brennelementen und folglich auch Wasserstoffentwicklung gekommen war, löste große Nervosität aus. Jedoch zeigte sich, dass der für die Zerstörung des Blocks 4 verantwortliche Wasserstoff aus Block 3 stammte und durch gemeinsame Rohrleitungen zum Abgaskamin in Block 4 gelangt war und dort zündete. Mittlerweile ist es gelungen, die Brennelemente aus dem Abklingbecken von Block 4 zu bergen. Zum überwiegenden Teil waren sie unbeschädigt...

Wie haben Freunde und Familie darauf reagiert, dass Sie nach Fukushima fahren?
Peter Brozynski: Meine Mutter hat sofort „nein“ gesagt! Viele wissen zu wenig darüber und stufen die Situation als gefährlich ein. Wir haben immer Dosimeter getragen. Deswegen konnte ich meine Mutter hinterher beruhigen: Während des Hin- und Rückflugs habe ich viermal mehr Dosis abbekommen als während des Aufenthalts! ...

Die Erinnerungen an die düs­teren Tage im sonnigen März 2011, als die ganze Welt sorgenvoll nach Japan blickte, kommen uns unweigerlich in den Sinn, als wir im sonnigen Juni 2013 aus dem Shinkansen an jener Station aussteigen, die sinnbildlich für das Versagen der Technik zu stehen scheint: Fukushima. An zahlreichen Messstationen in Fukushima City zeigen große Displays für alle sichtbar die Dosisleis­tungswerte – sie unterscheiden sich weder von den Werten unserer Messgeräte (0,15 µSv/h) noch vom Dosisleistungshintergrund in Fort Collins (Heimatstadt der Colorado State University am Fuße der Rocky Mountains). Dennoch reichte die unsichtbare Aura der Stadt, um die Zahl der ausländischen Gaststudenten von mehreren Dutzend vor dem Unfall auf null zu senken.

Die Angehörigen der Fukushima University scheinen gezeichnet vom Stigma, das der Stadt anhaftet. Als hätten sie mit dem Erdbeben, dem Tsunami und dann rund 2000 Flüchtlingen, die in der Turnhalle dieser kleinen, 5000 Studenten zählenden Universität untergebracht wurden, nicht schon genug zu ertragen gehabt. Nun beteiligt sich die Universität an Kampagnen, die das Vertrauen der Verbraucher in Lebensmittel und andere Erzeugnisse aus der Präfektur wiederherstellen soll. Kein einfaches Unterfangen in Zeiten, in denen dubiose Geschäftsleute mit noch dubioseren Messungen die Gegend unsicher machen und den verängstigten Hausbesitzern suggerieren, ihr Grundbesitz sei mit 70 µSv/h hochkontaminiert. Daraus ließe sich ­eine externe Jahresdosis von 600 mSv ableiten. Ein Blick auf die derzeitigen Kontaminationskarten legt jedoch nahe, dass die wahren Werte in jener Gegend wohl mindes­tens um einen Faktor 100 niedriger liegen – was jenen, die kostspielige Dekontaminationsmaßnahmen anbieten, aber das Geschäft verderben würde. Die tatsächliche Jahresdosis von 1 bis 5 mSv liegt zwar wohl über dem in Deutschland für die Allgemeinbevölkerung gültigen Grenzwert von 1 mSv (ohne natürliche und medizinische Bestrahlung), ist aber so niedrig, dass sich gesundheitliche Auswirkungen nicht nachweisen lassen. Für beruflich strahlenexponiertes Personal gilt hierzulande übrigens ein Grenzwert von 20 mSv/Jahr. ...

Am 26. April 1986 kam es in Reaktorblock 4 des Kernkraftwerks Tschernobyl in der heutigen Ukra­ine zum schwerwiegendsten Unfall in der zivilen Nutzung der Kernenergie [1]. In einem Test sollte geprüft werden, ob die Rotationsenergie der Turbinen zur Energieversorgung des Reaktors ausreicht, bis Notstromaggregate anspringen. Bei dem RBMK-Reaktor (Reaktor Bolschoi Moschtschnosti Kanalmy – Hochleistungsreaktor mit Kanälen) handelt es sich um einen graphitmoderierten Siedewasser­reaktor. Das Spaltmaterial befindet sich in Druckröhren, die das Kühlwasser durchströmt. Wechselnde Lastanforderungen im Vorfeld des Tests führten zu einem äußerst instabilen Zustand des Reaktors, der den Abbruch des Test erfordert hätte.
Um den Test fortzuführen, überbrückte das Personal aber vorsätzlich sicherheitsrelevante Einrichtungen. Fehleinschätzungen des unzureichend geschulten Personals sowie Designschwächen dieses Reaktortyps – insbesondere ein Ansteigen der Reaktorleistung bei Dampfblasenbildung und die Bauart der Abschalt- und Regelstäbe – führten zu einer sprunghaften Leistungsexkursion bis zum Sechzigfachen der Nennleistung innerhalb weniger Sekunden. Infolgedessen explodierte der Reaktor, sprengte die 3000 Tonnen schwere Reaktordeckplatte ab und fing Feuer. Durch eine fehlende weitere druckfeste Sicherheitsbarriere lag der zerstörte Reaktorkern frei, sodass es durch den Brand zu einem massiven Austrag radioaktiven Materials in bis zu mehrere Kilometer Höhe kam. Erst zehn Tage später gelang es, den Brand zu löschen und den Reaktor vorläufig abzudecken. In dieser Zeit wurden je nach Isotop zwischen ein und fünfzig Prozent des radioaktiven Inventars, insgesamt etwa 5300 PBq, freigesetzt. Der größte Anteil entfiel auf flüchtige Stoffe wie die Isotope der Edelgase Xenon und Krypton sowie 129mTe und 132Te, mehrere Iodisotope, 134Cs und 137Cs (Abb. 3 auf Seite 41). Vom radioaktiven Strontium wurden etwa drei bis fünf Prozent emittiert, von den schwer flüchtigen Elementen sowie den Actiniden Uran, Neptunium, Plutonium und Americium etwa ein Prozent. Wechselnde Winde verteilten die flüchtigen Stoffe über weite Teile Europas [2]. Regenfälle wuschen die radioaktiven Stoffe aus und kontaminierten eine Fläche von mehr als 190 000 km2 mit Depositionsdichten von über 37 kBq/m2 durch 137Cs [3]. Davon lagen 45 000 km2 außerhalb der damaligen Sowjetunion, wobei die höchs­ten Depo­sitionsdichten in einigen Gebieten Skandinaviens, Österreichs und des Bayerischen Waldes zu verzeichnen waren. Der bei weitem größte Teil der kontaminierten Flächen mit Depositionsdichten über 185 kBq/m2 befand sich in den heutigen Staaten Ukraine, Belarus und Russland [4], darunter auch die hoch kontaminierten Gebiete mit über 1500 kBq/m2. Mehr als 90 % der Actiniden sowie 90Sr, 141Ce und 144Ce wurden in Form von bis zu 10 µm großen Brennstofffragmenten freigesetzt. Da diese Partikel nicht in große atmosphärische Höhen gelangten, gingen sie meist in Entfernungen von bis zu 30 Kilometern um den Unglücksort nieder [5]. Diese Isotope haben also ausschließlich Gebiete in den heutigen Staaten Ukraine, Belarus und Russland kontaminiert...