Reaktorunfall von Fukushima: Wie kam es zum Atom-Unglück in Japan

Die Welt schaut voller Entsetzen auf den Atom-Unfall im japanischen Atomkraftwerk Fukushima. Während die atomare Gefahr in den Medien sehr präsent ist, bleibt es schwierig, den Überblick darüber zu behalten, was in dem japanischen AKW tatsächlich vor sich geht. Deshalb hier ein Überblick über die wichtigsten technischen Fakten:

In Japan starben bisher insgesamt ca. 160.000 Menschen durch Tsunamis. Der viertgrößte Inselstaat der Welt hat angesichts der fortwährenden Tsunami-Gefahr eines der effektivsten Frühwarnsysteme entwickelt, um seine Bevölkerung zu schützen. Am 11. März 2011 erschütterte das stärkste Erdbeben in der japanischen Geschichte große Teile des Pazifischen Ozean und löste im Kernkraftwerk Fukushima mehrere Atom-Unfälle aus.

Was passiert in einem Kernreaktor?

Atomreaktoren bauen auf der Spaltung von radioaktivem Material (meistens Uran) auf. Der Spaltungsprozess hat verschiedene Auswirkungen. Die für die Energiegewinnung wichtigste Folge ist die ungeheure Hitze, die durch die Kernreaktion frei gesetzt wird. In den meisten Kernkraftwerken wird diese Hitze ganz traditionell genutzt, um Wasser zu erhitzen, und mit dem so entstehenden Wasserdampf eine Turbine anzutreiben. Auch die Siedewasserreaktoren von Fukushima funktionierten auf diese Weise.

Quelle: wikipedia.org / Qurren

Durch die hohe Radioaktivität, die bei der Kernspaltung entsteht, wird auch das erhitzte Wasser zwangsläufig radioaktiv aufgeladen. Es kann deswegen nicht einfach abgeleitet werden, sondern wird innerhalb eines Hochdruckbehälters gekühlt und dann wieder dem Reaktor zugeleitet.

Quelle: wikipedia.org

Aufbau des Fukushima Kernkraftwerk

• 1. Reaktordruckbehälter
• 2. Brennelemente
• 3. Steuerstäbe
• 4. Umwälzpumpen
• 5. Steuerstabantriebe
• 6. Heißdampf
• 7. Speisewasser
• 8. Hochdruckturbine
• 9. Niederdruckturbine
• 10. Generator
• 11. Erregermaschine
• 12. Kondensator
• 13. Kühlwasser
• 14. Vorwärme
• 15. Speisewasserpumpe
• 16. Kühlwasserpumpe
• 17. Bentonabschirmung
• 18. Leitung zum Stromnetz

Da die Temperatur im Reaktor gleichbleiben muss, ist das gekühlte Wasser essentiell, um den sicheren Betrieb des Reaktors zu gewährleisten. Das Gleichgewicht des geschlossenen Wasserkreislaufs darf also nicht beeinträchtigt werden, da sich der Reaktor ansonsten immer weiter aufheizt.

Die Kernreaktion

Der radioaktive Zerfall des Urans ist für sich genommen sehr langsam und produziert nur geringe Mengen an Hitze. Durch die Radioaktivität des Urans werden allerdings Neutronen freigesetzt, die bei einer sehr hohen Atomdichte auf andere Atome treffen können, und den Kern dieser Atome zur Spaltung anregen. Die so hervorgerufene Kernspaltung setzt wiederum weitere Neutronen frei, die ihrerseits für weitere Spaltungen von Atomkernen sorgen. Bei einer sehr hohen Atomdichte kann auf diese Weise eine Kettenreaktion ausgelöst werden, die mit einer nuklearen Explosion endet.

Quelle: wikipedia.org / MovGP0

Aufbau der Reaktoren im Fukushima Kernkraftwerk

• 1. Reaktorkern mit Brennstäben
• 2. Betondeckel
• 3. Becken für Reaktorausrüstung
• 4. Druckkammerdeckel
• 5. Abklingbecken für Brennstäbe
• 6. Befüllungs-Kaverne
• 7. Druckkammerflansch
• 8. Reaktordruckbehälter
• 9. Biologischer Schild
• 10. innere Betonschutzmauer
• 11. freistehende Stahldruckkammer
• 12. radiale Verstrebungen
• 13. Betoneinbettung
• 14. Düsen
• 15. Ausdehnungsausgleich
• 16. Ventilkopf
• 17. Kondensationsrohr
• 18. Wasser
• 19. einbetonierter Bereich der Druckkammer
• 20. Fundament
• 21. Reaktorgebäude
• 22. Plattform mit Kran zum Wechseln der Brennstäbe
• 23. Schott
• 24. Kondensationskammer (verläuft torusförmig um den Reaktor)
• 25. Abzug
• 26. Kran
• 27. verbrauchte Brennstäbe im Abklingbecken
• 28. Rohr mit Kühlflüssigkeit
• 29. Kaltwasserrohr (vom Generator)
• 30. Dampfrohr (zum Generator)
• 31. Steuerstab-Motoren
• 39. Steuerstäbe
• 40. Wasserabscheider (Wasseroberfläche im Normalzustand bis hier)
• 41. Dampftrockner
• 42. Sicherheitsventil mit Dampfauslass

Um die Gefahr einer solchen Explosion auszuschließen, arbeiten Atomreaktoren mit einer viel geringeren Atomdichte als Atombomben. Die Kettenreaktion der Neutronen wird darüber hinaus kontrolliert, indem den Brennzellen sogenannte Kontrollstäbe mit einem Material zugeführt werden, das die freigesetzten Neutronen bindet: Normalerweise das Element Bor. Diese Neutronenbindung kann jedoch nicht alle radioaktiven Prozesse, die durch die Kernspaltung ausgelöst wurden, kontrollieren. Ein Kernreaktor bleibt deshalb auch noch Tage nach seiner Abschaltung radioaktiv und produziert sehr viel Hitze.

Auswirkungen von Erdbeben und Tsunami

Die Kühlung ist für das Gleichgewicht des Atomreaktors essentiell. Deshalb arbeitet jedes Kernkraftwerke mit diversen Ausweichmöglichkeiten, mit denen die Kühlpumpen auch im Notfall betrieben werden können: Zunächst kann die Stromversorgung der Pumpen im Zweifelsfall nicht nur aus dem Kraftwerk selber erfolgen, sondern auch jederzeit durch externe Stromquellen sichergestellt werden.

Quelle: wikipedia.org / US Navy

Durch das Erdbeben in Japan wurden die Stromleitungen, die zum Atom-Kraftwerk Fukushima führten jedoch zerstört. Deshalb griff die erste Stufe des Notfallplans: Auf dem AKW-Gelände befindliche Benzin-Generatoren wurden angeworfen und garantierten den weiteren Betrieb der Kühlpumpen. Dieses Notfallsystem wurde aber durch den Tsunami, der das unmittelbar und der Küste gelegene AKW kurz darauf erreichte, zerstört.

Quelle: wikipedia.org / US Navy

Die Wassermassen des Tsunamis sorgten vermutlich auch für den Black-Out eines weiteren Notfallsystems, das die Energieversorgung für einen kürzeren Zeitraum durch Batterien herstellen sollte. Die Reaktoren waren von nun an ohne Kühlung. Auch wenn der Atom-Reaktor abgeschaltet wurde, ließen sich die Eigendynamik der Kernreaktionen nun nicht mehr richtig kontrollieren.

Maßnahmen der AKW-Betreiber: Tepco

Durch den Ausfall des Kühlsystems kann das Wasser in den Atom-Reaktoren sich immer weiter erhitzen und so den Druckbehälter zum Bersten bringen. Das kann wiederum die um den Reaktor angebrachte Schutzbebauung zerstören und dazu führen, dass die Brennstäbe in direkten Kontakt mit der Luft kommen und sich noch stärker erhitzen. Außerdem wird durch ein Bersten der Druckbehälter jede Chance zunichte gemacht, das Kühlsystem wieder herzustellen.

Quelle: wikipedia.org / KEI

Die AKW-Betreiber in Fukushima haben deswegen zwei direkte Maßnahmen ergriffen: Zum einen wurde Meerwasser direkt zu den Reaktorkernen geleitet, um diese zu kühlen. Zum anderen wurde Dampf aus dem geschlossenen Wasserkreislauf abgelassen. Beide Aktionen sind mit Risiken verbunden: Das Meerwasser beschädigt nämlich das im AKW verbaute Metall noch mehr und ein Ablassen des radioaktiven Wasserdampfs aus den Druckkammern führt unvermeidlich zu einer radioaktiven Belastung der Umgebung. In Fukushima zerstörte die Öffnung der Druckkammern außerdem das Dach eines Reaktors.

Folgen: Kernschmelze und Super-Gau

Immer wieder wird von Kernschmelze und dem größten anzunehmenden Unfall (GAU) gesprochen. Konkret heißt das: Die Brennstäbe werden so heiß, dass auch die Kontrollstäbe keine mindernde Wirkung mehr haben.

Quelle: wikipedia.org / Quartl

Es kommt zu einer Explosion bei der sehr viel radioaktives Material in die Umgebung gelangt. Viele Experten gehen zwar nicht mehr davon aus, dass es in Japan zu einer kompletten Kernschmelze in einem der Brennstäbe kommen wird. Aber auch die partielle Kernschmelze, die bereits stattgefunden hat, ist eine hohe Belastung für die Umgebung des AKWs.

Fazit:

Der Atom-Unfall in Fukushima zeigt, dass auch in ein im Prinzip auf alle Eventualitäten vorbereitetes Atomkraftwerk nicht 100% kontrollierbar ist. So hätte das japanische AKW sowohl ein starkes Erdbeben wie auch einem Tsunami standhalten können, dass es nicht zur Katastrophe gekommen wäre. Das Zusammentreffen der beiden Naturkatastrophen hat die Situation aber außer Kontrolle gebracht und zeigt das Atomkraft eine nicht beherrschbare Technologie ist und bleibt.