Mehr Atomkraftwerke - JETZT!

Ein nicht ganz ernst gemeinter Beitrag zur gegenwärtigen Debatte um die Sicherheit von Atomkraftwerken.

Wenn uns die Ereignisse um den Störfall im japanischen Atomkraftwerk Fukushima 1 eines zeigen, dann das die Erzeugung von Atomenergie sicher ist! Ich werde im folgenden einmal logisch und wissenschaftlich darlegen, was dort genau passiert ist und warum die Medienberichte gnadenlos aufgeblasen sind. Fachbegriffe, ohne die ich in diesem Artikel leider nicht auskommen kann, werde ich mit Links unterlegen, damit man einfach nachlesen kann. Leider würde es den Umfang des Artikels sprengen alles im Detail zu erklären. Immer von Vorteil ist es natürlich, wenn man in der Schule im Physikunterricht nicht gefehlt hat. 

Die Ausgangsituation

grafische Darstellung des Reaktorblocks in Fukushima

Das Kernkraftwerk Fukushima I ist mit 6 Reaktorblöcken eines der größten in Japan. Der kommerzielle Betrieb startete am 26.März 1971. Das macht es auch zu einem der dienstältesten des Landes. Alle Reaktorblöcke sind Leichtwasserreaktoren, die nach dem Bauprinzip eines Siedewasserreaktors arbeiten. Ohne weiter auf das Bauprinzip einzugehen möchte ich noch erwähnen, dass dies bedeutet, dass hier im wesentlichen stinknormales Wasser sowohl als Kühlmittel, als auch als Moderator eingesetzt wird. Das unterscheidet die Anlage schon einmal grundlegend von Reaktorblock 4 des stillgelegten Kernkraftwerks Tschernobyl, der ein gasgekühlter, graphitmoderierter Reaktor war. Diese beiden Bauweisen in einem Atemzug zu nennen ist ungefähr so, als wollte ich ein Fahrrad mit einem Ferrari vergleichen. Es ist technisch unmöglich, das es bei einem Siedewasserreaktor zu einer ähnlichen Freisetzung von Radioaktivität kommen kann wie vor 25 Jahren in Tschernobyl. Warum, wird mit der weiteren Lektüre klar werden hoffe ich. 

Das Erdbeben

Karte der Erdstöße von 11. bis zum 14.März

Am Freitag, den 11.März 2011 um 5:46:23 koordinierter Weltzeit ereignete sich das fünftstärkste, jemals gemessene Erdbeben. Das Epizentrum lag etwa 370 km nordöstlich von Tokio und 130 km östlich von Sendai. Das Hypozentrum lag in 32km Tiefe. Das United States Geological Survey gab eine Momenten-Magnitude von 9,0 M_w an (im Volksmund Richter-Skala genannt). Nur um einmal die unvorstellbare Gewalt dieses Ereignisses zu verdeutlichen: Die japanisches Hauptinsel wurde durch das Beben um 2,4 Meter versetzt und die Erdachse um 10cm verschoben. Künftig dreht sich die Erde um 1,24 Mikrosekunden schneller um ihre Achse. Innerhalb weniger Sekunden wurde eine Energie freigesetzt, die etwa 38000 Atombomben der Hiroshima-Klasse entspricht. Die Energieemission war 7mal stärker, als es die Bauweise des Reaktors eigentlich zulässt, der für eine Momenten-Magnitude von 8,2 M_w konzipiert ist. Und was ist passiert? Nix, gar nix! Dieser 40 Jahre alte Reaktorblock hat den Erdstoß weggesteckt, als wäre gerade ein Sack Reis umgefallen. Ein unbeschreiblicher Triumph der Ingeneurskunst möchte ich hier mal erwähnen, weil es ja sonst niemand tut.

Innerhalb von Sekunden nach dem Beben, schneller als irgendein Mensch reagieren könnte, wurden die Reaktoren automatisch abgeschaltet und die Kettenreaktion der Uranoxid-Brennelemente wurde gestoppt. Jaja, jetzt kommen die Schlaumeier und sagen das man zwar die Kettenreaktion gestoppt hat, aber damit ist der Reaktor ja noch nicht sicher. Das stimmt, es wird ungefähr noch 3% Restwärme erzeugt (im Vergleich zu einem Reaktor, der unter Vollast läuft), die eine kontinuierliche Kühlung erfordern. Diese 3% sind es, um die sich die folgenden Probleme drehen. Leider wurde im Zuge des Erdbebens die Stromversorgung der Anlage und damit die Versorgung der Kühlpumpen mit Energie unterbrochen. 

Um im Bild zu bleiben, es sind 2 Säcke Reis umgefallen und nicht einer. Ein solcher "plant black out" ist der Standardfall jeglicher Krisenszenarien und Katastrophenübungen in und um Atomkraftwerke. Dementsprechend wird die Kühlung mehrfach redundant ausgelegt. Und, was geschah? Ohne Verzug und Fehlfunktion sprang das nächste Sicherheitssystem ein. Mehrere Dieselgeneratoren liefen an und übernahmen die Energieversorgung der Anlage. Dies lief ungefähr für eine Stunde so und Gott sah, das das Licht gut war.

Der Tsunami

graphische Darstellung der Ausbreitung der Tsunamiwelle 

Zu jener Zeit begab es sich, das der stärkste Tsunami seit 1100 Jahren, die Nordostküste der japanischen Hauptinsel Honschu mit voller Wucht traf. Und was passierte? Nix, gar nix! Nach wie vor trotzen die tapferen kleinen Reaktorblöcke den Naturgewalten. Wurden die Gebäude zerstört? Nein! Wurden die Reaktorkerne beschädigt? Nein! Allerdings, der Vollständigkeit halber, muss erwähnt werden, das die Dieselgeneratoren weggespült wurden und damit ihre Arbeit einstellten. Der dritte Sack Reis fiel um! Aber die Japaner sind ein fleißiges und kluges Völkchen und holten sich einfach einen neuen Sack Reis. Getreu nach dem Motto: Spare in der Zeit, dann hast Du in der Not! Das nächste Sicherheitssystem lief an. Ohne Fehlfunktion und zuverlässig wie ein Schweizer Uhrwerk sprangen die Batterieaggregate für die zerstörten Dieselgeneratoren ein und gaben den Ingeneuren weitere 8 Stunden Zeit den Kühlkreislauf wiederherzustellen. 

Hier wird die Geschichte interessant. Denn ab jetzt muss der Mensch zum ersten Mal selbst entscheiden, denn die Zeit wird knapp. Jetzt konnten die Ingeneure und Kraftwerkstechniker zeigen, das sie in der Schule aufgepasst hatten und würdige Erben ihrer Väter waren, die dieses strahlende Beispiel menschlicher Erfindungskunst gebaut hatten. 

Drei Säcke Reis 

Jetzt kommt es drauf an, der Kühlkreislauf ist komplett ausgefallen, die Brennstäbe erzeugen aber nach wie vor Wärme, die irgendwie abgeführt werden muss. Sie werden heißer und heißer, was passiert nun? Zunächst einmal nix, gar nix! Ein weiterer Sack Reis fällt um. Egal, holt man den nächsten Sack Reis aus der Speisekammer. Genauer gesagt sind es drei Säcke. Die Brennstäbe aus Uranoxid sind ummantelt mit Zirkalloy, einer Metalllegierung, die zu 90% aus Zirkonium besteht und eine Schmelztemperatur von 2200°C aufweist (erster Sack Reis). Diese werden umspült von, jetzt ungekühltem, Wasser und sind eingeschlossen in einem Druckbehälter, der mehreren hundert Grad Celsius widersteht (zweiter Sack Reis).  Dieser Behälter, zusammen mit den Zuleitungen, Pumpen und Kühlwasserreserven ist hermetisch und luftdicht eingeschlossen in einer Hülle aus dem stärksten Stahl, den die Väter der Ingeneure auftreiben konnten (besonders dicker dritter Sack). Alles mit dem einen Ziel: Keine Radionuklide in die Umwelt zu entlassen. Dieser dritte Sack Reis ist umgeben vom Reaktorgebäude, das eigentlich nur die Aufgabe hat das Wetter draußen zu lassen. Und wie es das getan hat, heroisch wie Siegfried hat es Fafnir besiegt, der es mit Erdbeben und Tsunami einreißen wollte. 

Aber die Zeit arbeitet für die Ingeneure, mit jeder Minute kühlen die Brennstäbe weiter ab. Die Kettenreaktion ist unterbrochen, aber sekundäre Zerfallsreaktionen mit kurzlebigen Isotopen heizen ihre Umgebung weiter auf, bis sie am Ende ihrer Zerfallsreihen in stabilen Isotopen enden. Dieser Prozess nimmt einige Tage in Anspruch, danach kann man den Reaktor mit einem Fächer kühlen. Der Reaktorkern selber hat vier weitere unabhängige Kühlsysteme, die zudem auch noch redundant vorhanden sind, aber darauf will ich hier nicht eingehen. Sie befinden sich alle innerhalb des zweiten Sacks. Wenn Wasser verdampft und stark erhitzt wird, entsteht Wasserstoff innerhalb des Druckbehälters (zweiter Sack). Dieser Druck muss, wenn keine externe Kühlung vorhanden ist von Zeit zu Zeit abgelassen werden. Dazu gibt es im Reaktor 11! Druckablassventile (11fach redundant, die Japaner sind wirklich gründlich gewesen). Diese wurden von Zeit zu Zeit bedient, die Kerntemperatur betrug zu diesem Zeitpunkt 550°C. Also weit unter dem Schmelzpunkt des ersten Sacks Reis (Zirkalloy-Ummantelung).

Darstellung des Reaktorblocks 1 in Fukushima

 Dieses Gas (hauptsächlich radioaktiver Stickstoff und Edelgase) wurde zusammen mit dem Wasserdampf in das Reaktorgebäude entlassen. Die Halbwertszeit von radioaktivem Stickstoff ist extrem kurz, man hätte es also gleich nach draußen entlassen können, hat sich aber dafür entschieden es für einige Minuten im Reaktorgebäude zu belassen, damit der Zerfall es unschädlich macht, bevor man es ablässt. Das war ein Fehler! Es kam zu einer Knallgasreaktion und was dabei geschieht, weiß jeder aus dem Chemieunterricht. Ich kann förmlich sehen wie die greisen Väter ihren Kopf schütteln. Ein weiterer Sack war umgefallen. Unnötig. Aber die jungen Ingeneure waren vielleicht auch verunsichert durch die Pressemeldungen, die von Horror-Unfall, Tschernobyl und Atom-Super-Duper-Gau sprachen. Nicht zu vergessen die Tatsache, das sie alle auch Familien haben, die  in der ungeschützten Umgebung leben und nicht in sicheren Kernkraftwerken und draußen trieben Drachen ihr Unwesen.

The strength and terror of the Great Worm were now great indeed, and Elves and Men withered before him; and he came between the hosts of Maedhros and Fingon and swept them apart.                                                                                                                                                    The Silmarillion, "Quenta Silmarillion: Of the Fifth Battle: Nirnaeth Arnoediad".                                                                                                  

Aber es wurde heißer und heißer und die Zirkalloyummantelung begann zu schmelzen. Dies war der Zeitpunkt wo sich ein wenig Caesium 137 (Halbwertszeit: 30,17 Jahre) und Jod 131 (Halbwertszeit: 8 Tage) dem abgelassenen Wasserdampf hinzufügte, in die Umgebung abgegeben und auch gemessen wurde. Vornehmlich von der linken Ökopresse, die natürlich gleich aufheulte. Dies war die "Kernschmelze" von der überall die Rede war. Dabei ist nur ein weiterer Sack umgefallen (Zirkalloy).

Ulmo, King of the Seas, Lord of Water

Nin o cithaeglir lasto beth daer, rimmo nin Bruinen dan in ulaer.

Kraftwerksleiter bittet Ulmo um Hilfe

Nun wurde es Zeit die Vergebung der Valar zu erflehen, hatten doch die Noldor genug gelitten und unsere heldenhaften Ingeneure wandten sich an Ulmo, das er ihnen Meerwasser schicken möge und lindern ihren Schmerz, denn heiß brannten die Silmarilli im Reaktorkern und ihr Feuer verzehrte alle Säcke Reis, die sie noch übrig hatten. 

Also fluteten sie den Reaktorkern mit Meerwasser und Borsäure als Neutronenfänger und endlich wurde das Feuer gelöscht und das dritte Zeitalter konnte beginnen.

Und was ist jetzt die Moral von der Geschicht? Alles, wirklich alles lief genauso ab, wie es die Väter erdachten. Angesichts eines Tsunamis, der seit 1100 Jahre der stärkste war und eines Erdbebens, das noch nie in Japan in dieser Stärke gemessen wurde ist die Leistung der Ingeneure unfassbar gut gewesen und alles hat genauso funktioniert, wie es sollte. Und das bei einem Reaktor, der über 40 Jahre alt ist! 

Bei einem modernen Typ, wie dem Europäischen Druckwasserreaktor, müsste sich die Erde selbst auftun oder Ausserirdische mit Photonentorpedos die Anlage angreifen, damit der Super-Gau eintritt. Wahrscheinlich wird die linke Ökopresse dann verlangen, das man die "Men in Black" dort stationiert, um die Gefahr abzuwenden. 

Halt, da war doch noch was?

Zur entwichenen radioaktiven Strahlung verweise ich auf die Banana Equivalent dose. Sie ist nicht der Rede wert. Esst halt weniger Bananen oder hört mit dem Rauchen auf! Beziehungsweise raucht einmalig eine Zigarette weniger und nennt sie meinetwegen die Fukushima-Gedenkzigarette. Draußen treiben Drachen ihr Unwesen, kümmert euch lieber um die!

Am Ende noch ein paar Links, die nicht dem Mainstream angehören.

The Register

Bravenewclimate

Blogpost in Deutsch, sehr informativ!

Und die einzig verlässliche Informationsquelle in diesem ganzen Gebrabbel, das zur Zeit stattfindet. Hat einen schönen Updateartikel, wo man sich zur Lage informieren kann.

Internationale Atomenergie-Organisation