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Japanische Gesetze kamen spät und unzureichend

In Japan fand lange Zeit keine solche Entwicklung der Gesetzgebung statt. Es wurden seit den 1960er Jahren bis heute Kraftwerke mit immer weiter verbesserten Sicherheitsstandards gebaut, die oft direkt aus den USA übernommen wurden. Später wurden auch selbst Kraftwerke entwickelt, aber nach dem Bau kaum noch verändert. 2011 hatte Japan dadurch sowohl einige der sichersten als auch einige der unsichersten Kraftwerke der Welt. Tatsächlich sind nationale Sicherheitsrichtlinien für Kernkraftwerke in Japan noch ein neues Konzept, wie Haruo Fujimoto und seine Kollegen der Japan Nuclear Energy Safety Organization (JNES) auf einem Workshop in der Schweiz im Jahr 2009 beschrieben. Erst 1992 wurde in Japan erstmals über eine nationale Gesetzgebung zum "Accident Management" in Kernkraftwerken diskutiert. Die Erstellung und Umsetzung dieser nationalen Richtlinien dauerten bis 2002.

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Selbst danach waren die Sicherheitsstandards keineswegs zeitgemäß. Eine der getroffenen Maßnahmen war etwa die Installation zusätzlicher Notstromgeneratoren in Fukushima Daiichi. Bis 2002 gab es dort nur einen Notstromgenerator pro Reaktor und einen zusätzlichen Generator, den sich jeweils zwei Reaktoren teilten. Bei Wartungsarbeiten an einem Notstromgenerator wurde der zusätzliche Generator zur einzigen Notstromquelle des Reaktors. Nach 2002 hatte jeder Reaktor zwei eigene Notstromgeneratoren und wurde zusätzlich mit dem benachbarten Reaktor verbunden. Diese Maßnahme von 2002 stellte damit in Fukushima Daiichi lediglich den US-Sicherheitsstandard bei Baubeginn 1967 wieder her.

Deutschen Sicherheitskriterien für Kernkraftwerke (Modul 12) zufolge gilt seit den 1980er Jahren das 2+2-Prinzip, eine Variante von Murphy's Law. Es geht davon aus, dass während eines Notfalls an einem der Notstromgeneratoren Wartungsarbeiten durchgeführt werden und er damit nicht betriebsbereit ist. Ebenso wird davon ausgegangen, dass ein weiterer Generator einen unerkannten Defekt hat und nicht anspringt. Unter diesen Voraussetzungen müssen zwei weitere Generatoren betriebsbereit sein. Zusätzlich muss darauf geachtet werden, dass nicht mehrere Notstromgeneratoren durch die gleiche Ursache ausfallen können.

Fukushima Daiichis gesamte Notstromversorgung war im Keller

Wie im Bericht der internationalen Atomenergiebehörde (IAEA) zu dem Unfall zu lesen ist, wurde in den ursprünglichen Zulassungspapieren von Fukushima Daiichi von einer maximalen Höhe eines Tsunami von 3,1 Meter ausgegangen. Das entspricht der Höhe eines Tsunami von 1960. Er wurde durch das schwerste jemals gemessene Erdbeben ausgelöst - allerdings im 14.000 km entfernten Chile, nicht vor der Küste Japans. Diese Höhe wurde 2002 freiwillig auf 5,7 Meter erhöht, es ist aber unklar, auf welcher wissenschaftlichen Basis das geschah.

Nach dem Unfallbericht von Tepco wurden, als der Tsunami am 11. März 2011 auf die japanische Küste traf, die Reaktorblöcke 1 bis 4 mit rund vier Meter Wasser überschwemmt, Blöcke 5 und 6 noch mit rund einem Meter. Vor dem Erdbeben, das den Tsunami auslöste, liefen nur die Reaktoren der ersten drei Blöcke, weshalb die Reaktorkühlung in den restlichen Blöcken weitaus weniger kritisch oder nicht notwendig war. Die Brennstäbe in Block 4 waren zuvor schon aus dem Reaktor entfernt worden. In den Blöcken 1 bis 5 waren alle Notstromgeneratoren und Stromverteiler in Kellerräumen untergebracht. Sie wurden durch den Tsunami überschwemmt und unbrauchbar gemacht. Selbst mit funktionierenden Stromgeneratoren hätte dort kein Strom an die entsprechenden Geräte geleitet werden können. Nur der neuere Reaktorblock 6 hatte noch einen funktionierenden, luftgekühlten Stromgenerator mit eigenem Stromverteiler.

Selbst die Notstrombatterien zum Ablesen der Instrumente waren auf der untersten Kellerebene untergebracht und überschwemmt worden, mit Ausnahme von Block 3 und Block 5. Theoretisch hätte Block 1 eine Notfallkühlung durch sogenannte Isolationskondensatoren gehabt, die dauerhaft ohne Stromversorgung auskommen. Aber das Ventil zum Kondensator war nach dem Seebeben, aber noch vor dem Tsunami, geschlossen worden, weil der Reaktor durch das kalte Wasser in den Leitungen zunächst stark abgekühlt worden war. Trotz der Tsunamiwarnungen war das Ventil nicht wieder geöffnet worden und konnte nach dem Tsunami ohne Stromversorgung nicht mehr bewegt werden.

Der Stromausfall führte also in drei Kraftwerksblöcken zum Verlust der Kontrolle über Notfallkühlsysteme und zum Ausfall aller Pumpen, was schließlich die Kernschmelze zu Folge hatte. Wie von General Electric vorhergesagt, führte sie zum Versagen des Containments. Auch Berichte der US-Regulierungsbehörden wie die WASH-1400 The Reactor Safety Study von 1975 (auch als Rasmussen Report bekannt) und Nureg-1150 Severe Accident Risks: An Assessment for Five U.S. Nuclear Power Plants von 1990 gingen davon aus, dass ein Stromausfall im Kraftwerk dieses Resultat hätte. Der Grund dafür liegt in der Bauweise des Containments von Siedewasserreaktoren, die sich grundlegend von Druckwasserreaktoren unterscheidet, wie sie etwa im US-Kernkraftwerk Three Mile Island zum Einsatz kommen, und bei denen die Kernschmelze nicht automatisch zum schnellen Versagen des Containments führt.

Containments von Druckwasserreaktoren werden nicht so schnell undicht

Einer der maßgeblichen Design Basis Accidents, für die Containments ausgelegt werden, ist der Bruch der größten Dampfleitung des Reaktors. Der freigesetzte Wasserdampf erhöht den Druck im Containment. Bei Druckwasserreaktoren wird dieses so groß gebaut, dass der Druckanstieg unter der Grenze bleibt, für die das Containment ausgelegt wurde, abgesehen von den weniger gebräuchlichen Eiskondensator-Containments und älteren sowjetischen Bauweisen. Siedewasserreaktoren enthalten aber mehr Wasser. Die Dampfblasen verschlechtern die Moderatorwirkung des Wassers, wodurch mehr Wasser benötigt wird. Noch dazu ist ein Teil des Wassers bereits dampfförmig und muss nicht erst verdampfen.

Um den Bruch einer Dampfleitung bei einem Siedewasserreaktor abfangen zu können, muss der Wasserdampf wieder kondensiert werden. Dazu wird er in große Kammern mit kaltem Wasser geleitet und abgekühlt, bis er wieder flüssig wird und somit nicht mehr zum Druck im Containment beiträgt. Die Bauweise ist wesentlich kompakter, mit nur etwa einem Zehntel des Volumens der Containments von Druckwasserreaktoren. Aber das geringe Volumen wird im Fall einer Kernschmelze ein ernsthaftes Problem.

Die Ummantelung von Brennstäben besteht aus Zirkonium. Wenn sie sich zu stark aufheizen, reagiert dieses mit Wasserdampf. Der Sauerstoffanteil des Wassers oxidiert das Zirkonium, und der Wasserstoff wird freigesetzt. Der Wasserstoff trägt dabei weiterhin zum Druck im Containment bei, kann aber nicht in den Wasserkammern abgekühlt und kondensiert werden. Wegen des geringen Volumens steigt der Druck im Containment eines Siedewasserreaktors durch den Wasserstoff so weit, dass es undicht wird und ein Gemisch aus Wasserdampf, Wasserstoff, gasförmiger und verdampfter Bestandteile aus den Brennstäben freisetzt.

Radioaktiver Staub setzt sich langsam im Containment ab

Die radioaktiven Bestandteile sind vor allem Edelgase, Iod und Cäsium. Das Cäsium verdampft bei Temperaturen von 700 Grad Celsius und bildet beim Abkühlen einen feinen Staub. Dieser Staub setzt sich anschließend an den Wänden des Containments ab. Es dauert aber etwa 10 Stunden, bis sich 90 Prozent des Staubs abgesetzt haben, nach weiteren 10 Stunden sind es 99 Prozent und so weiter. Containments von Siedewasserreaktoren werden weniger als eine Stunde nach der Kernschmelze undicht, woraufhin es zur unkontrollierten Freisetzung von heißem Dampf und Wasserstoff mitsamt der radioaktiven Gase und der Staubpartikel kommt.

Eine Explosion im Inneren des Containments eines Siedewasserreaktors ist trotz des Wasserstoffs nie zu befürchten gewesen, es ist mit Stickstoff gefüllt. Wissenschaftliche Untersuchungen zeigen, dass alles Weitere davon abhängt, wie das Gemisch aus dem Containment gelangt. Dabei kommt hinzu, dass sich das Containment der meisten Siedewasserreaktoren im Inneren eines Gebäudes befindet, das um das Containment herum gebaut wird. Bei einer unkontrollierten Freisetzung gelangt das Gemisch aus Wasserdampf, Wasserstoff und radioaktiven Bestandteilen in Kontakt mit der Luft im Inneren des Gebäudes. Das Gemisch ist wegen des hohen Anteils an Wasserdampf aber zunächst noch nicht explosionsfähig, was sich mit zunehmender Durchmischung ändert und zur Zerstörung des Gebäudes führen kann. Ob das tatsächlich passiert, hängt von den genauen Umständen ab.

In Fukushima Daiichi entzündete sich das Gemisch im Reaktorblock 1, zerstörte dort aber nur die dünne Blechverkleidung des Gebäudes. Im Block 2 kam es nicht zu einer Explosion, da rechtzeitig ein Teil der Verkleidung geöffnet wurde und sich so darunter kein Wasserstoff ansammelte. Der Versuch, das Containment von Block 3 zu entlüften, scheiterte. Dabei wurde unkontrolliert Dampf ins Gebäude entlassen, der durch die gemeinsame Belüftung aber auch ins Gebäude von Block 4 geriet. In beiden kam es schließlich zu Explosionen, die die Gebäudestrukturen um die Containments herum zerstörten. Die Struktur der Containments blieb trotz der Explosionen intakt. Allerdings wurde zuvor schon der obere Verschluss des Containments durch den hohen Innendruck um einige Dutzend Zentimeter geöffnet und war damit nicht mehr dicht.

 Fukushima war nicht auf Tsunamis ausgelegtWasserstoffexplosionen lassen sich verhindern 
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osolemio84 22. Mär 2018

Weitere Zugewinne bei der Aerodynamik sind vor allem über den Unterboden möglich und...

osolemio84 18. Mär 2018

Dasselbe kann ich von Dir leider nicht behaupten. Seriously? Nimmst du immer die Quelle...

osolemio84 18. Mär 2018

Widerlegt hast du überhaupt gar nichts, noch nicht einmal in deinen feuchten Träumen...

bk78 15. Mär 2018

Nein, diese Frage lässt sich so NICHT beantworten. Schließlich sind beispielsweise auch...

osolemio84 13. Mär 2018

Die gesamte in Deutschland installierte Windkraftleistung ließe sich bei aktuellen...


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