Info-Serie Atomenergie, Folge 1: Grundlagenwissen

12.08.08
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Von Netzwerk Regenbogen

Die Funktionsweise eines Atomkraftwerks

Im Core, dem "Herz" eines Atomkraftwerkes, wird die in Atomkernen gespeicherte Energie durch Kernspaltung in Wärme-Energie umgewandelt. Da sich die relativ großen Uran-Atomkerne besonders gut zur Kernspaltung eignen, und hierbei besonders Uran-235, wird dieses zu Brennstäben verarbeitet, die zu Brennelementen zusammengefaßt sind. Um den Prozeß der Kernspaltung in Gang zu setzen, werden die Atomkerne des Uran mit Neutronen, elektrisch nicht geladenen Bestandteilen von Atomkernen, beschossen. Die so gespaltenen Atomkerne des Uran-235 setzen drei zusätzliche Neutronen frei. Diese abgetrennten Neutronen spalten weitere Atomkerne. Eine so verursachte Kettenreaktion kann explosionsartig große Mengen Wärme und energiereiche radioaktive Strahlung freisetzen. Bei einer Atombombe verläuft dieser Prozeß unkontrolliert, die Zahl der Spaltungen wächst lawinenartig an.

Um diese Kettenreaktion für die Stromerzeugung "kontrolliert" zu nutzen, wird sie durch einen sogenannten Moderator abgebremst. In den bundesdeutschen Leichtwasserreaktoren geschieht dies durch normales, "leichtes" Wasser[1], das die Brennstäbe umspült. Gleichzeitig transportiert das Wasser die Wärme aus dem umgebenden Reaktordruckbehälter ab. Ohne diese Kühlung würden die Brennstäbe schmelzen und es käme zur Kernschmelz-Katastrophe. Das Wasser muß daher ständig in einem Kreislauf umgewälzt werden. Durch die mitgeführte Wärme verdampft es und treibt Turbinen an. Dieser Teil eines Atomkraftwerks ist also technisch nichts anderes als die antiquierte Dampfmaschine, die auf Grund physikalischer Gesetzmäßigkeiten Wärme-Energie nur zu einem Drittel in mechanische Energie umwandeln kann. Zwei Drittel der Energie muß als Abwärme über Kühltürme an die Umgebung abgeleitet werden. Über die Turbinen wird die Energie an Generatoren weitergereicht, wo sie - nach derselben Funktionsweise wie beim Fahrrad-Dynamo - in elektrische Energie umgewandelt wird. Eine direkte Umwandlung der atomaren Bindungsenergie in elektrische Energie ist bis heute großtechnisch nicht möglich.

Sogenannte Steuerstäbe, die zwischen den Brennelementen ein- und ausgefahren werden, regulieren die Menge der zur Spaltung benutzten Neutronen. Sie enthalten ein Neutronen-absorbierendes (aufnehmendes) Material, durch das die Aktivität des Reaktors erhöht oder verringert werden kann. Um einen Reaktor in Gang zu setzen, werden die Stäbe zurückgezogen, um ihn abzuschalten werden sie ganz eingefahren.

Abgabe von Radioaktivität an die Umwelt auch im "Normal"-Betrieb

Durch die Kernspaltung entstehen radioaktive Stoffe, die in unterschiedlichem Maße strahlen. Diffusionsfähige radioaktive Spaltgase gelangen nach und nach in den Kühlwasserkreislauf. Durch nicht zu vermeidende Defekte an den Brennstäben treten andere radioaktive Spaltprodukte ebenfalls aus und gelangen bei der regelmäßig notwendigen Reinigung des Kühlwassers und anderen Instandhaltungsarbeiten in die Umwelt. Auch im Kühlmittel selbst entstehen radioaktive Stoffe, die nicht vollständig zurückgehalten werden können.

Es ist den Kraftwerksbetreiber-Unternehmen gesetzlich erlaubt, radioaktive Strahlung an die Umwelt abzugeben. Die genehmigte Menge ist durch feststehende Höchstwerte geregelt. Aber auch eine sehr geringe Strahlendosis, sogenannte Niedrigstrahlung, ist für den Menschen schädlich, darüber sind sich die NuklearmedizinerInnen einig. Gestritten wird lediglich darüber, in welchem Umfang die radioaktive Strahlung eines Atomkraftwerkes zu Schädigungen von Gewebezellen und Erbgut führt. Es läßt sich nur schwer nachweisen, inwieweit die Strahlendosis, die Atomkraftwerke freisetzen, Krebs und Mutationen der Erbinformationen verursachen, da die auftretenden Krankheiten auch anders verursacht werden können und die Zeit zwischen Bestrahlung und Erkennbarkeit der Krankheit sehr lang ist. Die Wissenschaft bewertet das Krebsrisiko durch radioaktive Strahlung jedoch mit steigendem Erkenntniszuwachs immer höher.

Der angeblich höhere Sicherheitsstandard deutscher Atomkraftwerke

Nach der Reaktor-Katastrophe in Tschernobyl versicherten bundesdeutsche PolitikerInnen und die Kraftwerksbetreiber- Unternehmen, daß ein solcher Unfall in deutschen Atomkraftwerken undenkbar sei. Ein großer Unterschied besteht allerdings: In deutschen Atomkraftwerken befindet sich in der Regel das Hundertfache an Radioaktivität im Vergleich zum Tschernobyl-Reaktor und die Bevölkerungsdichte hierzulande ist um ein Vielfaches höher als in der Ukraine. Und hinzu kommt, daß es von der Bauweise keine "deutschen Atomkraftwerke" gibt: Außer dem Schnellen Brüter in Kleve und dem Hochtemperaturreaktor in Hamm, die beide aus sicherheitstechnischen Gründen stillgelegt werden mußten, wurden sämtliche im Betrieb befindlichen Atomkraftwerke in Deutschland nach Lizenzen US-amerikanischer Firmen gebaut.

39 der knapp hundert in den USA betriebenen Atomkraftwerke haben mangelhafte Betonumhüllungen, die der des Unglücksreaktors von Tschernobyl verblüffend ähneln. Die von 'General Electric' erbauten 39 Reaktoren haben zudem Mängel am Notkühlsystem, und es besteht die Gefahr von Wasserstoffexplosionen. Sowohl beim Tschernobyl-Reaktor als auch bei den Reaktoren von 'General Electric' wurden die gleichen Sicherheitssysteme eingebaut.

Der internationale Reaktorsicherheitsexperte und US-Sicherheitsberater Richard E. Webb, der das erste Atomkraftwerk der USA mit entwarf und Atomanlagen in der ganzen Welt inspizierte, antwortete auf die Frage, ob deutsche Reaktoren sicherer seien; "Das ist falsch. Jedes Reaktordruckgefäß kann bersten. (...) Das Bersten ist ohne Warnung möglich, denn kleine Risse können sich plötzlich verhängnisvoll vergrößern. (...) Kein noch so massives Reaktorgebäude kann dann diesen Druck aushalten. Ich habe berechnet, daß beim Bersten des Druckbehälters sein 100 Tonnen schwerer Deckel 500 Meter hoch geschleudert werden kann und dabei das Reaktorgebäude vollständig zerstören wird. Ich habe auch viele Gutachten über Reaktoren in der Bundesrepublik erstellt. (...) In vieler Hinsicht sind die Reaktoren der BRD unsicherer als die vom Tschernobyl-Typ."

Ein Blick auf die "Pannen"-Geschichte deutscher Atomkraftwerke zeigt, daß ein schwerer Atomunfall bereits mehrere Male nur knapp vermieden wurde. Das AKW Krümmel war in der Zeit vom 14. August 1993 bis zum 7. Oktober 1994 vom Netz, weil bei Sonderprüfungen 67 Risse in ferritischen und 5 Risse in austenitischen Rohrleitungen entdeckt worden waren. Das AKW Brunsbüttel stand zwischen dem 25. August 1992 und dem 16. Juni 1995 still, nachdem 33 Risse analysiert worden waren. Am 17. Juli 1998 hieß es: "Im Rahmen der Revision des AKW Krümmel wurde ein Defekt im Bereich eines Steuerstabantriebes im Reaktordruckbehälter festgestellt. >Dabei handelt es sich um einen sicherheitstechnisch höchst bedeutsamen Defekt<, führte Energiestaatssekretär Wilfried Voigt am Freitag aus. (...) Bei einem der Steuerstäbe hatte sich nach Bruch eines Sicherungsstiftes die zentrale, 22 Zentimeter große Sicherungsmutter des Gehäuserohres vollständig gelöst. (...) Ersten Überlegungen der HEW, die deformierte Mutter in Zukunft ersatzlos wegfallen zu lassen, werde das Energieministerium keinesfalls zustimmen können. >Wir werden nicht hinnehmen, wenn eine der beiden Sicherheitseinrichtungen im Bereich des AGR unter dem Hinweis wegfällt, es gäbe ja noch eine zweite Sicherung<, betonte Voigt." (Ministerium für Finanzen und Energie, Energiestaatssekretär Wilfried Voigt: Deformierte Mutter im Reaktordruckbehälter des AKW Krümmel ist sicherheitstechnisch bedeutsam, Kiel, S. 1,2, 17.07.98) Doch die HEW demonstrierten schnell, was sie von der
vielgepriesenen deutschen Reaktorsicherheit halten. Sie kündigten an, sie werden den Betrieb ohne die vorgeschriebene Sicherungsmutter fortführen, und wenn das Energieministerium dem nicht zustimme, werde sie vor das Oberverwaltungsgericht Schleswig ziehen. Voigt erklärte daraufhin, das Energieministerium werde >keine Abstriche im Bereich der Anlagensicherheit dulden. (...) Bei einem Schaden im Herzstück des Kraftwerks sei die Devise >Dividende statt Sicherheit< keine Entscheidungsgrundlage.< (Ministerium für Finanzen und Energie, Energiestaatssekretär Wilfried Voigt zur Revision im AKW Krümmel: Keine Abstriche bei der Sicherheit, Kiel, S. 1-3, 21.07.98) Die zweite Betriebsgenehmigung für das AKW Krümmel von 1988 fordert eine umfassende Sicherheitsanalyse alle zehn Jahre. Speziell auch vor dem Hintergrund des Unfalls im AKW Tschernobyl ist dies zwingend notwendig. Doch die HEW wollten
dies mit allen Mitteln verhindern. Da half ihr guter Draht zur damaligen Bundesumweltministerin, die immerzu die deutsche Reaktorsicherheit als beste der Welt pries. Angela Merkel erließ kurzerhand eine Weisung und wischte die Sicherheitsanalyse einfach zur Seite, zum Ärger des Kieler Ministeriums: >Frau Merkel trägt mit ihrer Weisung die volle politische Verantwortung dafür, (...) Die Weisung von Frau Merkel ist ein Beweis dafür, daß ihr die Interessen der Stromkonzerne wichtiger sind als das Interesse der Bevölkerung (...)<
(Ministerium für Finanzen und Energie, Energieministerium zur atomrechtlichen Weisung des Bundesumweltministeriums zum AKW Krümmel, Kiel, S. 1-3, 2.07.98)

Ein schwerer Störfall im AKW Biblis A vor Weihnachten 1987 war nicht nur sehr bedenklich, er wurde zudem vom Betreiber, der RWE, ein Jahr lang geheimgehalten. Der damalige Umweltminister Karlheinz Weimar gestand in einer Regierungserklärung, der Störfall hätte mit >höherer Wahrscheinlichkeit< zur Katastrophe führen können. Doch die Aufseher in Bonn und Wiesbaden benötigten ganze neun Monate, >bis sie wenigstens intern zugaben, daß die dichtbesiedelte Rhein-Main-Region gerade nochmal davongekommen war. (...)< (Der Spiegel, Hamburg, Nr. 51, S. 27,28, 19.12.1988)

Im britischen AKW Wylfa konnte 1993 der Unfallverlauf, der 1979 im US-amerikanischen AKW Harrisburg zu einer teilweisen Kernschmelze geführt hatte, nur durch glückliche Umstände knapp verhindert werden. Das größte Risiko jedoch birgt in jedem Fall der Mensch. So kam es am 30. September 1999 wegen eines Bedienungsfehlers im japanischen Brennelementewerk Tokaimura zu einer unkontrollierten Kettenreaktion.

Risikoberechnungen

Das ungeheure Gefahrenpotential der Atomenergie hat schon früh dazu herausgefordert, das Risiko mittels statistischer Methoden abzuschätzen oder herunter zu rechnen. Die erste dieser Studien war der 1957 veröffentlichte 'Brookhaven-Report' oder 'WASH-740'. Als Folge eines schweren Reaktorunfalls wurden 3.400 Tote, 43.000 Verletzte und ein Sachschaden von 7 Milliarden Dollar veranschlagt. Eine Neubearbeitung des Reports kam 1965 zu höheren Zahlen. Eine Berechnung der Wahrscheinlichkeit eines Unfalls enthielt er jedoch nicht.

Die erste Studie, die detaillierte Aussagen über die Wahrscheinlichkeit von Reaktorunfällen machte, war der 1975 erschienene 'WASH-1400', der unter der Bezeichnung "Rasmussen-Report" bekannt wurde. Danach würde der schlimmste Unfall eines 1000-MW-Reaktors  zu 3.300 Soforttoten und 45.000 Fällen von Früherkrankungen, sowie zu einem Sachschaden von 14 Milliarden Dollar führen. Gesundheitliche Spätschäden eines solchen Unfalles werden mit 45.000 Krebstoten, 240.000 Fällen von Schilddrüsenkrebs und etwa 5.000 genetischen Schäden angegeben. Die Wahrscheinlichkeit für diesen Unfall sei eins zu einer Milliarde Jahre pro Reaktor. Bei hundert Reaktoren würde dies bedeuten, daß ein solcher schwerer Unfall nur einmal in 10 Millionen Jahren vorkommt.

Das schien kein sonderlich großes Risiko zu sein. Doch kaum war die Studie erschienen, setzte massive Kritik ein. Eine Überprüfung interner Regierungsdokumente ergab:

- Laut Arbeitsplan sollte WASH 1400 ein Report von "bedeutendem Nutzen für die Atomindustrie" sein.

- Diese Arbeitsplan war von einem Direktor des US-Atomindustrieforums und einem Berater der Atomindustrie erstellt worden.

- Regierungsbeamte unterdrückten die Ergebnisse einer internen Überprüfung des Reports, weil sonst schwere methodische Fehler und falsche Annahmen beim Datenmaterial ans Tageslicht gekommen wären.

- Der Report unterließ die Überprüfung bestimmter Reaktortypen, da der Leiter der Studie fürchtete, daß "diese Tatsachen vielleicht nicht die gewünschten Ergebnisse stützen würden".

Obwohl in den darauffolgenden Jahren von Fachleuten Kritik an der Fehleranalyse dieser Studien geübt wurde, obwohl diese Ereignisablauf- und Fehlerbaum-Analysen, die ursprünglich im Rahmen des US-amerikanischen Raumfahrtprogramms entwickelt worden waren, von der Raumfahrt-Industrie zwischenzeitlich wegen der Unzuverlässigkeit der darauf beruhenden
Sicherheitsanalysen fallengelassen wurde, hat die 1979 veröffentlichte 'Deutsche Risikostudie Kernkraftwerke (DRS)', die Vorgehensweise der Rasmussen-Studie weitgehend übernommen. Sie kommt zum Ergebnis, daß bei dem größten anzunehmenden Unfall (GAU), einer Kernschmelze mit Dampfexplosion, mit 14.500 Soforttoten und 104.000 Spätgeschädigten zu rechnen sei. Die Häufigkeit eines Kernschmelzunfalls wurde mit eins zu 10.000 Betriebsjahren ermittelt.

Bei 19 deutschen Reaktoren würde dies bedeuten, daß durchschnittlich mit einem Unfall in 500 Jahren zu rechnen wäre. Diese Zahl sagt jedoch nichts darüber aus, wann der Unfall eintreten wird, ob in 500 Jahren oder schon morgen. In neueren Risikostudien wurden bestimmte Unfallabläufe anders bewertet, wodurch sich die erwartete Kernschmelzhäufigkeit um den Faktor drei verringerte. Gleichzeitig wird jedoch von einer erhöhten Freisetzung von Radioaktivität ausgegangen, was den scheinbaren Sicherheitsgewinn wieder relativiert.

Vergleichen wir die Angaben der Studien mit dem traurigen Resultat der Tschernobyl-Katastrophe: 70.000 Tote. 800.000 Menschen hatten sich freiwillig oder gezwungen an den Aufräumarbeiten nach dem Unfall beteiligt. Schätzungsweise 50.000 von ihnen starben in den ersten siebzehn Jahren danach an Strahlenschäden oder Suizid. Allein in der besonders verseuchten weißrussischen Region Gomel muß mit mehr als 100.000 Fällen von Schilddrüsenkrebs gerechnet werden. Laut Auskunft von Michail Gorbatschow belief sich der volkswirtschaftliche Schaden auf rund 250 Milliarden Euro.

Bei einem Unfall im AKW Krümmel an der Elbe müßten je nach Windverhältnissen rund 1,2 Millionen Menschen evakuiert werden. 40.000 bis 110.000 Menschen würden an Krebs erkranken und nach 50 Jahren wären rund zwei Drittel der Stadt Hamburg noch unbewohnbar. Laut der vom Bundeswirtschaftsministerium in Auftrag gegebenen Prognos-Studie muß bei einem Atomunfall mit Schäden von über 5000 Milliarden Euro gerechnet werden.


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Anmerkung

[1] Erklärung der Begriffe leichtes Wasser / schweres Wasser

Ein Wassermolekül besteht aus zwei Wasserstoffatomen und einem Sauerstoffatom. Dies wird mit der chemischen Formel H2O ausgedrückt. Neben Wasserstoff existiert ein schwereres Isotop, Deuterium, dessen Atomkern neben dem Proton - wie beim Wasserstoffatom - zusätzlich ein Neutron enthält. In der Natur findet sich auf 6.500 "Leichtwasser"-Moleküle eines, worin die Wasserstoffatome durch Deuteriumatome ersetzt sind: D2O. Als "schweres" Wasser wird nun in der Technik mit D2O hoch angereichertes Wasser bezeichnet. Es besitzt eine bessere Moderator-Eigenschaft, da es weniger Neutronen als "leichtes" Wasser verschluckt und eine Kettenreaktion auch beim Einsatz von Natururan ermöglicht.

Beim Druckwasser-Reaktor, dem neben dem Leichtwasser-Reaktor am häufigsten gebauten Reaktor-Typ, wird zwar ebenfalls leichtes Wasser als Moderator eingesetzt. Das Wasser steht dabei unter rund 300 bar Druck und siedet daher nicht. Die Steuerstäbe können - anders als beim Leichtwasser-Reaktor - von oben unter Nutzung der Gravitation eingeschoben werden. Allerdings sind zwei Kühlkreisläufe erforderlich.

 



Info-Serie Atomenergie - Folge 7: Die Geschichte der Atom-Unfälle - 23-09-08 20:16




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