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 · Teil 4: Warum der "GAU" beherrschbar ist

Teil 4: Warum der "GAU" beherrschbar ist

von Dr. Helmut Böttiger

Was ist der "GAU"?
Sicherheitsprinzipien
Vergrößerung der Sicherheitsrisiken durch die Politik

Abgesehen von Materialermüdungen, möglichen Undichtestellen, dem Abreißen von Leitungen und ähnlichen Unfällen, die relativ problemlos behoben werden können und denen durch entsprechende Materialkontrolle vorgebeugt wird, sind das Abschalten oder Hochfahren des Reaktors im Bereich der noch oder schon niedrigen Reaktorleistung die eigentlich kritischen Momente im Reaktorbetrieb. Nur im Niedriglastbereich kann es durch Fehlsteuerung, durch zu schnell hochgezogene Steuerstäbe zu extrem schnellen Leistungssteigerungen ("Durchgehen") kommen, denen der entgegenwirkende Temperaturkoeffizient zu spät folgt. Das löste bei dem Betriebsversuch in Tschernobyl das Unglück aus, denn dort waren die Steuerstäbe bei niedriger Reaktorleistung und niedrigem Kühlmittelumlauf vollständig herausgefahren. Es kam zu einer plötzlichen Leistungssteigerung, die durch den Temperaturkoeffizienten sofort wieder beendet worden ist. Doch der kurze Leistungssprung genügte, um einen Teil des Brennstoffs zu verdampfen, der Rest schmolz nach unten in den Reaktorsumpf. Der plötzliche Gasdruck hob den 3000t schweren Reaktordeckel mit den Abschirmblöcken an und stellte ihn quer, so daß die flüchtigen radioaktiven Stoffe - die Edelgase, Jod 131 und Cäsium 137 - durch die Öffnung entweichen konnten. Eine Sicherheitshülle, die diese Dämpfe zurückgehalten hätte, fehlte bei diesem Reaktor. (Durch Flüssigmetall gekühlte Reaktoren sind wegen ihrer sehr guten Wärmeabfuhr gegen solche Unfälle unempfindlich.)

Die Steuerstäbe oder die beschriebenen Temperaturkoeffizienten beenden die Kernspaltungen sofort. Bei abklingender Wärme setzen die Kernspaltungen jedoch, wenn die Steuerstäbe die entstehenden Neutronen nicht einfangen, spontan wieder ein. Gleichzeitig setzt sich nach der Abschaltung der rasche Zerfall der radioaktiven Stoffe, vor allem der Spaltprodukte, ungehindert fort und gibt erhebliche Wärme frei.

Vor allem ändert sich das Absorptionsverhalten der Spaltprodukte. So nimmt der Bestand an Xenon 135 nach der Abschaltung zunächst zu, erreicht nach etwa zehn Stunden den Höchststand, um nach weiteren 14 Stunden den Ausgangsstand zu unterlaufen. Xenon 135 ist ein wichtiger Neutronenabsorber.

Die Spaltprodukte sind hochradioaktiv, weil ihre Kerne noch nicht stabil sind. Selbst wenn ein Reaktor erfolgreich abgeschaltet worden ist, zerfallen und verändern sich diese Kerne weiter. Dabei wird Energie frei - vorwiegend in Form von Beta- und Gammastrahlung - und sorgt dafür, daß die Reaktorleistung anhält. Da hochradioaktive Stoffe nur eine kurze Halbwertszeit haben, klingt diese Leistung allerdings rasch ab. Zehn Sekunden nach Abschaltung des Reaktors beträgt sie nur noch 4% des Normalbetriebs. Nach fünf Stunden ist sie auf nunmehr 1% der Leistung im Normalbetrieb abgeklungen. Die Wärmeleistung der Zerfallsprozesse nach Abschalten des Reaktors entspricht nach diesen fünf Stunden noch immer etwa einem Kilowatt pro Liter - das ist der Leistung eines starken Tauchsieders vergleichbar.

Was ist der "GAU"?

Normalerweise wird diese Wärme genau so abgeführt wie beim Normalbetrieb. Ein Problem taucht jedoch auf, wenn der Reaktor z.B. abgeschaltet werden mußte, weil der Kühlkreislauf versagt hat. In diesem Fall springen redundant bereitgehaltene Kühlsysteme, dieselgetriebene oder notstromgesicherte Notspeisepumpen ein. Sie speisen eigens dafür bereitgehaltenes Kühlwasser in die Dampferzeuger ein, um die Abwärme aufzunehmen und, wenn nötig, den erzeugten Dampf über den Schornstein abzulassen.

Wird diese Wärme überhaupt nicht abgeführt, weil alle Sicherheitssysteme ausfallen, reicht die Nachzerfallswärme bei plötzlicher Notabschaltung des Reaktors aus, einen Reaktorkern, Hüllrohre und Brennstoffmatrix durchschmelzen zu lassen. Die Lava vermischt sich mit dem Wasser(dampf) des Primärkühlkreislaufs und dem Wasserstoff, der sich bei hohen Temperaturen durch die Reaktion des Wassers mit dem Zirkonium der Hüllrohre bildet.

Reicht die Kühlleistung des Primärkreislaufs nicht aus, weil vielleicht ein Leck entstanden ist, so könnte selbst der Reaktordruckbehälter der Kernschmelze möglicherweise nicht standhalten. Nun tritt das gefährliche Gemisch in die Sicherheitshülle aus, deren Volumen so berechnet ist, daß sie, wie im Fall Harrisburg, den möglichen Druck aufnehmen und ihm standhalten kann.

Die Sicherheitshülle könnte allerdings aufgerissen werden, wenn sie beim Bersten des Reaktordruckbehälters verletzt würde. Dazu könnte es kommen, wenn sich bei der Kernschmelze im Druckbehälter ein zu hoher Dampfdruck aufgebaut hätte, der nicht rechtzeitig abgelassen worden wäre (Versagen entsprechender Ventile). Auch wäre denkbar, daß der gebildete Wasserstoff explodiert. Einer solchen Explosion hat die Sicherheitshülle in Harrisburg standgehalten. Diese Gefahr wird inzwischen durch eine Stickstoffatmosphäre im Sicherheitsbehälter oder das Zusetzen von Wasserstoffrekombinatoren bekämpft.

Würden sich aus Reaktionen der Schmelze mit Bestandteilen des Fundaments nicht kondensierbare Gase bilden, dann könnten sie über die vorhandenen Filtersysteme abgelassen werden. Sollte sich die Schmelze unten auch noch durch die Sicherheitshülle hindurchfressen, was unwahrscheinlich ist, würden radioaktive Stoffe in die Atmosphäre austreten, wenn nicht der Druck in der Sicherheitshülle entsprechend heruntergefahren wird. Nach den Berechnungen und dem heutigen Erkenntnisstand kann die Schmelze nicht genug Energie enthalten, um die Sicherheitshülle durch eine Dampfexplosion zu zerstören oder sie selbst zu durchschmelzen. Zunehmende Qualitätskontrolle, eingebaute Redundanzen und Diversitäten bei den Ventilen und sonstigen Durchlässen, die aus dem Reaktorinneren in das Reaktorgehäuse führen, sorgen dafür, daß es nicht zu dem Wärmestau im Reaktor kommt, der den beschriebenen "Größten Anzunehmenden Unfall" (GAU) auslösen würde. Als GAU gilt der nach Stand der Erkenntnis größtmögliche Unfall einer Anlage, wenn sämtliche Sicherheitssysteme versagen. Er muß nach deutschem Recht prinzipiell noch so beherrschbar sein, daß die Auswirkungen auf das Reaktorgelände beschränkt, oder wie im Fall Harrisburg, sehr gering bleiben (minimale Radioaktivität im abgelassenen Dampf).

In der Öffentlichkeit wird der GAU dagegen oft fälschlich als ein Ereignis dargestellt, das die Auslegung eines Kraftwerks überschreitet und - wie im Fall Tschernobyl - zur Freisetzung einer großen Menge radioaktiver Stoffe führt. Deutsche Kernkraftwerke müssen so ausgelegt sein, daß ein Super-GAU, ein die Auslegung des Kraftwerks überschreitender Unfall, nach allen bisher denkbaren Störszenarien und Fehlsteuerungen ausgeschlossen bleibt. Sicherheitsprinzipien

Mit dem Betrieb der Reaktoren (inzwischen sind es über 10000 Reaktorbetriebsjahre aller Kernkraftwerke) sammeln sich immer mehr Erfahrungen an. Sie führen ständig zu weiteren Verbesserungen der Sicherheitstechnik. Darüber hinaus werden ständig neue, denkbare Störfälle simuliert und, wenn möglich, unter Laborbedingungen auch durchgespielt. Daraus ergeben sich neue sicherheitstechnische Anforderungen an die Auslegung kerntechnischer Anlagen. In diesen Zusammenhang gehört auch die Überlegung zum sogenannten GAU. Früher ging man davon aus, daß der GAU dadurch eingeleitet würde, daß die größte Zu- bzw. Ableitung vom Reaktordruckgefäß abreißt. Dieser Fall wird, falls er bei der heutigen Kraftwerksauslegung aus unerfindlichem Grund doch noch auftreten würde, relativ leicht beherrscht.

Größere Schwierigkeiten bereiten heute eher kleinere Lecks im Primärkreislauf oder Brüche der Frischdampfleitung, wenn sie falsch erkannt und darauf falsch reagiert wird. Solche denkbaren Störfälle werden in Verbindung mit allerlei möglichen Einzelfehlern untersucht und durchgespielt.

Die daraus gewonnenen Erkenntnisse gehen in die Schulungsunterlagen des Personals der Kraftwerke, der Aufsichts- und Überwachungsbehörden und der Sachverständigen und ihre ständige Überwachungsarbeit und Sicherheitsprüfungen ein. Die nachträgliche Untersuchung von Reaktorunfällen, besonders der schwerwiegenden in Harrisburg und Tschernobyl, haben gezeigt, daß ihre Ursache vor allem in der Unkenntnis des Bedienungspersonals lag: Sie waren auf die eingetretenen Störfälle nicht vorbereitet, konnten sie nicht erkennen und behandelten sie demnach auch falsch.

Im Fall Harrisburg war der bei diesem Störfall aufgetretene Irrtum bereits 16 Monate vor dem Unfall erkannt und beschrieben worden. Die Information war jedoch in den Schreibtischen der Behörden stecken geblieben und nicht bis zum Wartungspersonal vorgedrungen. Auch der Betriebsversuch in Tschernobyl, der 1986 zu dem Unfall geführt hat, war nicht sorgfältig geplant gewesen und das Wartungspersonal nicht richtig eingewiesen worden. Das Personal wußte z.B. nicht, daß die Reaktivität beim Abkühlen des Reaktors wieder sprunghaft ansteigen kann. Sie zogen die Steuerstäbe nach dem Abschalten ganz aus dem Reaktor.

Inzwischen werden die Erfahrungen in allen Kernkraftwerken der Welt zusammengetragen und ausgewertet. Darauf achtet unter anderem die Betreibergewerkschaft, die World Association of Nuclear Operators (WANO). Die daraus gewonnenen Erkenntnisse gehen in die Schulungs- und Trainingsunterlagen der Kraftwerksbetreiber, ihres Wartungspersonals, der Aufsichts-, Überwachungsbehörden und der Sachverständigen und ihre ständige Überwachungsarbeit und Sicherheitsprüfungen ein. Sie werden außerdem für die ständige Nachrüstung und Verbesserung der Anlagen ausgewertet. Neben dieser "Sicherheitskultur" der für Betrieb, Wartung, Kontrolle und Verbesserung der kerntechnischen Anlagen zuständigen Personen ist auch in der Technik der Anlagen eine besondere Stufe der Sicherheit angelegt. Sie läßt sich durch folgende Begriffe umreißen:

  1. Redundanz. D.h. alle wesentlichen Sicherheitssysteme müssen mehrfach vorhanden sein. Wenn zwei Notsysteme versagen und nicht ansprechen, muß noch ein drittes vorhanden sein, um in diesem Fall das aufgetretene Problem zu lösen.
  2. Autarkie. D.h. die einzelnen Systeme müssen unabhängig voneinander funktionieren und dürfen nicht auf einander angewiesen sein, so daß z.B. für jede Pumpe ein eigener Wasservorrat bereitgehalten werden muß.
  3. Die redundanten Systeme müssen auch räumlich von einander getrennt und gegeneinander abzuschotten sein, so daß sie nicht durch ein Störereignis - z.B. einen Brand am gleichen Ort - beeinträchtigt sind. Das gilt auch für ihre Stromversorgung und andere Leitungssysteme.
  4. Diversität. Die redundanten Sicherheitssysteme müssen nach unterschiedlichen technischen Methoden arbeiten, d.h. nach unterschiedlichen physikalischen Prinzipien die Störung erkennen, sich unterschiedlich ein- und ausschalten lassen, mit unterschiedlichen Ventilkonstruktionen arbeiten, udgl.
  5. Automatisierung. Man geht davon aus, daß der Mensch der automatischen Regelung erst nach 30 Minuten durch Überlegung und mit dem Rat bereitgestellter Informationsquellen überlegen ist. Automatische Sperren oder Regelabläufe verhindern bzw. kontrollieren Fehleingriffe aus Hektik und Unbedachtsamkeit. Diese Vorkehrungen schützen auch gegen mutwillige und böswillige Einwirkungen möglicherweise eingeschleuster terroristischer "Schläfer".
  6. Schließlich wird anhand von Wahrscheinlichkeiten nachgerechnet, ob und inwieweit auftretende Störmeldungen andere Störbereiche überdecken können, damit nicht ein gemeldeter geringerer Störfall von einem wichtigeren, aber nicht angezeigten Störfall ablenkt. Zur Vorbereitung entsprechender Rechnerprogramme dienen neben den Betriebserfahrungen Wahrscheinlichkeitsüberlegungen über das Zusammentreffen einzelner Vorgänge. Aus solchen Analysen werden oft auch Hinweise auf mögliche Schwachstellen gewonnen, die dann noch vor Eintreten eines Störfalls beseitigt werden können.

Vergrößerung der Sicherheitsrisiken durch die Politik

Nimmt man alle diese Sicherheitsvorkehrungen und Sicherheitsüberlegungen zusammen, wird man schwerlich zu dem Eindruck kommen, der Betrieb kerntechnischer Anlagen sei aus Sicherheitsgründen nicht zu verantworten. Für diese Annahme gibt es sogar Beweise: Der Hochtemperaturreaktor und der mit flüssigem Metall gekühlte Schnelle Brüter waren Reaktorlinien, bei denen aufgrund physikalischer Gesetze zusätzliche schadensbegrenzende Maßnahmen hätten entbehrlich sein können. Jeder irgendwie denkbare Schadensfall ließ sich ohne sie so eingrenzen, daß seine Auswirkungen innerhalb der Anlage abgefangen und Schadenswirkungen nicht über die Anlage hinaus gelangen konnten.

Daß entsprechende Anlagen trotz erheblicher Investitionen nicht in Betrieb genommen bzw. kurz nach Inbetriebnahme stillgelegt wurden und ihre Entwicklung in Deutschland nicht weiter verfolgt wird, läßt sich durch Sicherheitsbedenken nicht mehr begründen. Unschwer ist einzusehen, daß der Ausstieg aus der Kerntechnik selbst den weiteren Betrieb und den Rückbau vorhandener Anlagen aus vielen Gründen - vor allem wegen des fehlenden Nachwuchses, der die erforderliche aufwendige Ausbildung auf sich nimmt - wesentlich unsicherer macht. Konsequent wäre der sofortige und unbedingte Ausstieg aus der Kernenergienutzung gewesen, wenn man von ihrer Unbeherrschbarkeit überzeugt gewesen wäre. Der gewählte kostensparende Weg war der denkbar unsicherste, und dies legt nahe, daß "Sicherheitsbedenken" nur vorgeschobene Gründe für ganz andere wirtschaftliche und gesellschaftspolitische Absichten sind.

Teil1 Ehrlich streiten über Kernenergie
Teil2 Quellen der Energie
Teil3 Was geschieht eigentlich im Kernreaktor?
Teil4 Warum der "GAU" beherrschbar ist
Teil5 Wann ist Radioaktivität gefährlich?
Teil6 Das sogenannte Abfall-Problem
Teil7 Transmutation
Teil8 Der Öko-Reaktor
Teil9 Ist der Ausstieg aus der Kernenergie moralisch vertretbar?


Name: Dr. Helmut Böttiger
Email:boettigerdrh@web.de
Dieser Beitrag darf nur Mitzustimmung des Autors verändert werden. 

Created : 2007-01-09 17:22 (-112 days)
Modified: 2007-01-10 13:00 (-111 days)
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