Störfälle in japanischen AKW´s – Einschätzung der Situation und der weiteren Entwicklung

13. März 2011 20:00

Hinweis: Angesichts des außerordentlich dürftigen Informationsflusses der japanischen Behörden ist es derzeit kaum möglich, eine genaue Einschätzung vorzunehmen. Ich möchte daher bitten, diese Einschätzung lediglich als eine grobe Orientierung anhand der Auswertung der bisher verfügbaren Informationen zu betrachten.

Anmerkungen zum betroffenen Reaktortyp

Alle bisher von Problemen betroffenen Reaktoren sind völlig veraltete Siedewasserreaktoren ohne die bei modernen Reaktoren übliche Schutzhülle (Containment). Die Turbine wird direkt mit dem im Reaktordruckbehälter erzeugten Dampf betrieben, das Maschinengebäude gehört daher ebenfalls zum Kontrollbereich. Die kastenförmigen Reaktorgebäude können größeren Belastungen nicht standhalten. Sie sind mit einem sogenannten Druckabbausystem ausgerüstet, welches den Druck bei Störfällen unter dem kritischen Wert halten soll. Das Druckabbausystem besteht aus einer Druckkammer und einer Kondensationskammer, die mit Wasser gefüllt ist. Dieses Wasser dient auch als Reservoir für Notfälle. Um einer Zerstörung des Reaktorgebäudes vorzubeugen, muss bei Störfällen Druck kontrolliert abgelassen werden. Im Normalfall geschieht dieser Vorgang über Filter, um den Austritt radioaktiver Substanzen zu begrenzen.

Der am stärksten von Problemen betroffene Block 1 ist der kleinste (Leistung 460 MW) und älteste (Inbetriebnahme 1970) der Anlage Fukushima 1. Sie besteht insgesamt aus 6 Reaktorblöcken. Der vom schweren Störfall betroffene Block sollte schon bald (in einigen Wochen) stillgelegt werden. Der ebenfalls von der Kernschmelze unmittelbar bedrohte Block 3 wurde 1974 in Betrieb genommen und hat eine Leistung von 784 MW. Probleme durch Ausfall der Kühlung wurden auch von zwei weiteren Blöcken an diesem Standort sowie von weiteren AKW-Standorten gemeldet.

Beginn des Störfallszenarios

Durch das Erdbeben kam es zur Abschaltung der Reaktoren (automatische Systeme). Trotz der Abschaltung entwickelt der Reaktorkern allerdings noch über einen längeren Zeitraum eine beträchtliche thermische Leistung, die abgeführt werden muss. Als Folge des Erdbebens, gefolgt von einem Tsunami, kam es zum Ausfall der Notgeneratoren. Die Pumpen des Dampfkreislaufes konnten nur mehr mit Hilfe von Batterien betrieben werden, deren Energie lediglich für einige Stunden reicht. Zusätzlich soll es auch zum Verlust des Kühlmittels gekommen sein, sodass die Brennstäbe teilweise kaum gekühlt werden konnten. Die Ursache des Kühlmittelverlustes ist bisher unklar (Lecks durch Erdbeben, zu wenig Kühlleistung – Ablassen des Drucks über Ventile). Aus diesem Grund könnte es zur Überhitzung mit anschließender Kernschmelze gekommen sein.

Aus dem Verhalten des Betreibers geht hervor, dass die Kühlung bei mehreren Blöcken nicht ausreichend war oder ist. Mehrmals wurde ein kontrolliertes Ablassen des Luft/Wasserdampfgemisches aus den Reaktorgebäuden durchgeführt, um ihrer Zerstörung vorzubeugen. Dies geschieht über Filter, welche leicht flüchtige Isotope wie Jod131 oder Cäsium137 weitgehend zurückhalten können, jedoch gegen die Freisetzung der radioaktiven Edelgase Xenon und Krypton unwirksam sind. Es muss angenommen werden, dass durch die kontrollierte Druckentlastung bereits der Großteil der Edelgase ins Freie gelangte, bei Jod und Cäsium vermutlich erst ein kleinerer Anteil (unter 1%).

Explosion im Block 1 des AKW Fukushima 1

Am 12.3.2011 kam es im Block 1 zu einer gewaltigen Explosion, welche das Reaktorgebäude weitgehend zerstörte. Als Ursache kommen zwei Möglichkeiten in Frage: entweder eine Wasserstoffexplosion oder Überschreitung des maximalen Druck im Inneren des Gebäudes.

Die Wasserstoffexplosion würde die Hypothese erhärten, dass es bereits zum Schmelzen zumindest eines Teils der Kerns gekommen ist. Wasserstoff bildet sich bei hohen Temperaturen, die bei der Kernschmelze erreicht werden (oberhalb von 800 °C) durch chemische Reaktionen von Wasser bzw. Wasserdampf mit Metallteilen (insb. Umhüllungen der Brennelemente).

Die zweite Möglichkeit – bersten des Reaktorgebäudes durch Überschreitung des kritischen Drucks – kommt ebenso in Frage. Die Ursache könnte ein rascher Druckanstieg durch Öffnung des Sicherheitsventils beim Reaktordruckgefäß sein, Versagen des Entlastungsventils am Reaktorgebäude oder verminderte Widerstandsfähigkeit des Gebäudes als Folge der Erdbebenschäden. Auch bei diesem Szenario könnte eine bereits laufende Kernschmelze die primäre Ursache darstellen.

Unabhängig vom der Ursache der Explosion muss davon ausgegangen werden, dass durch den plötzlichen Druckabfall der Großteil des noch vorhandenen Wasserreservoirs in die Atmosphäre geschleudert wurde und für die Kühlung des Reaktorkerns nicht mehr zur Verfügung steht. Die Kühlfunktion des Druckabbausystems ist nach der Explosion mit hoher Wahrscheinlichkeit nicht mehr vorhanden. Dies verstärkt die Wahrscheinlichkeit für ein Fortschreiten der Kernschmelze.

Nach der Zerstörung des Gebäudes ist die Filterfunktion bei der Druckentlastung des Reaktordruckgefäßes nicht mehr funktionsfähig. Neben radioaktiven Edelgasen können nun auch die leicht flüchtigen Isotope Jod131 und Cäsium 137 ungehindert ins Freie gelangen. Dies kann bereits großflächige Verstrahlung nach sich ziehen.

Weitere Entwicklung

Die weitere Entwicklung hängt primär davon ab, ob es gelingen wird, die Kernschmelze zu verhindern oder soweit zu begrenzen, dass es zu keiner Zerstörung des Reaktordruckgefäßes kommt. Dies kann derzeit nicht seriös abgeschätzt werden, da der Betreiber keine Daten (Temperatur, Druckverlauf) veröffentlicht.

Sollte es zum Versagen des Reaktordruckgefäßes kommen, so gelangt ein großer Teil des radioaktiven Inventars ins Freie. Im Block 1 des AKW Fukushima 1 gibt es nach der Explosion keine weitere Barriere mehr, welchen den Austritt von Radioaktivität in diesem Fall verhindern könnte.

Beim Block 3 ist das Reaktorgebäude zwar noch intakt, es muss jedoch bezweifelt werden, ob das Gebäude dem im Falle des Versagens des Reaktordruckgefäßes entstehenden Druckanstieg standhalten kann. Mit hoher Wahrscheinlichkeit würde es in diesem Fall ebenfalls zu einer Zerstörung des Gebäudes und einer großen Freisetzung von Radioaktivität kommen.

Das Szenario dürfte sich bei weiteren von den Kühlproblemen betroffenen Blöcken ähnlich entwickeln, wie bei Fukushima 1 und 3.

Im Falle des Versagens des Reaktordruckbehälters könnte – ähnlich wie im Falle der Tschernobyl-Katastrophe – große Anteile des vorhandenen radioaktiven Inventars in Freie gelangen. Im Falle der wichtigsten leicht flüchtigen Isotope Jod131 und Cäsium137 könnte der Anteil 50-90% erreichen, bei Strontium90 ca. 40%.

Aktueller Nachtrag 14.3.2011 10:00 In der Nacht ist auch des Reaktorgebäude des Blocks 3 explodiert.

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