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Astronomie|Physik Erde|Umwelt

Ute Kehses Japan-Report: Kampf gegen die Kernschmelze

Kernschmelze. Der Begriff aus der Reaktortechnik ist zur Metapher für die ultimative Katastrophe geworden, für den Kollaps von Regierungen, Finanzmärkten oder gar ganzen Kulturen. Seit Tagen geistert das Wort durch die Nachrichten. Alle spekulieren, ob die Kernschmelze in den vier havarierten Reaktorblöcken des japanischen Kernkraftwerks Fukushima I schon stattfindet oder noch verhindert werden kann.

Doch die möglichen Folgen sind unklar. Könnte der geschmolzene Reaktorkern eine Explosion verursachen, die radioaktive Elemente weiträumig in der Umwelt verteilt? Oder brennt er sich durch den Druckbehälter, dringt ins Erdreich vor und verseucht das Grundwasser?

Erfahrungen mit der Höllenlava haben die Reaktortechniker unter anderem 1979 bei der Havarie des Reaktors Three Mile Island in Harrisburg und 1986 bei der Katastrophe von Tschernobyl gemacht.

Auch in Three Mile Island versagte die Kühlung. Die Brennstäbe erhitzten sich, ihre Zirkonium-Hülle platzte. Zusätzlich angefeuert durch die chemische Reaktion des Zirkoniums mit Sauerstoff, begann der Kernbrennstoff im Inneren zu schmelzen und nach unten zu sinken (siehe auch Illustration). Etwa die Hälfte des Reaktorkerns, gut 19 Tonnen, löste sich auf und bildete einen Brei aus Uran, Zirkonium und Sauerstoff. Spätere Proben zeigten, dass die Temperaturen in der Schmelze 2.600 bis 2.850 Grad Celsius erreicht haben müssen. Trotz dieser extremen Temperaturen blieb der Reaktorbehälter aber intakt, die Kernschmelze blieb gefangen. Womöglich hatte sich frühzeitig eine feste Kruste am Boden gebildet, die das Schmelzen des Stahls verhinderte.

Bei der Katastrophe von Tschernobyl kam es dagegen zur vollständigen Kernschmelze. Nach der Explosion brannte der überhitzte Reaktor zehn Tage lang, weil der Kern leicht brennbaren Graphit als Neutronenbremse enthielt. Dabei verteilten sich enorme Mengen radioaktiven Materials in der Umwelt. Fünf Prozent des Reaktorkerns dürften in die Luft geblasen worden sein, gibt die World Nuclear Association an. Der Rest des Kerns schmolz, durchbrach den Reaktorbehälter und verteilte sich innerhalb einiger Tage im Keller des Kraftwerks. Dort erstarrte die bräunliche Masse zu einer Art Glas, es bildeten sich Stalaktiten, Stalagmiten und andere bizarre Gebilde. Eines davon ist als „Elefantenfuß“ bekannt. Bis zum Betonboden des Kraftwerks drang die Kernschmelze aber nicht vor. Durch das anhaltende Bombardement mit radioaktiver Strahlung ist die anfangs steinharte Masse im Laufe der Jahre allmählich spröde geworden.

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In Fukushima sei die Situation weit weniger schlimm als seinerzeit in Tschernobyl, so das Urteil des britischen Wissenschaftsmagazins New Scientist. Derzeit sieht es folgendermaßen aus: Die Reaktorkerne der Reaktoren 1 bis 3 sind beschädigt und liegen zur Hälfte frei, heißt es heute auf der Seite der Gesellschaft für Anlagen- und Reaktorsicherheit. Auch in den beiden Abklingbecken der Reaktoren 3 und 4, in denen ausgediente Brennstäbe lagern, ist der Wasserstand anscheinend niedrig. Sowohl die drei Reaktorkerne als auch der Zwischenraum zwischen der Stahlhülle des Reaktors und dem Sicherheitsbehälter werden aber nach wie vor mit Meerwasser gekühlt.

Dass es bereits zur Überhitzung der Kerne gekommen ist, zeigt die Freisetzung der Isotope Jod-131 und Cäsium-137. Diese beiden radioaktiven Stoffe entstehen bei der Spaltung von Uran, sie stammen also aus dem Inneren der Brennstäbe. Die Wasserstoffexplosionen sind ein Zeichen dafür, dass die Temperaturen mindestens 1.200 Grad Celsius erreicht haben müssen ? bei dieser Hitze beginnt die Oxidation des Zirkoniums, bei der Wasserstoff entsteht.

Sollten die Kühlversuche letztlich fehlschlagen und die Reaktorkerne oder die alten Brennelemente in den Abklingbecken doch noch massiv zu schmelzen beginnen, dann weiß niemand genau, was passieren wird. „Die physikalischen Prozesse in der späten Phase von schweren Unfällen sind sehr kompliziert und noch lange nicht komplett verstanden“, heißt es in einem Vortrag aus dem Jahr 2005 von vier russischen Wissenschaftlern vom Institut für nukleare Sicherheit in Moskau. Chemische Reaktionen oder ein Kontakt zwischen der fast 3.000 Grad heißen Kernschmelze und Wasser könnten zum Beispiel eine Dampfexplosion auslösen, bei der radioaktive Gase und Aerosole in die Umwelt gelangen ? was schlimm wäre, aber vermutlich nicht so viel Radioaktivität freisetzen würde wie die massiven Brände der Tschernobyl-Katastrophe, heißt es auf der Webseite des Wissenschaftsmagazins Science. Trifft die Schmelze auf Beton, könnten ebenfalls heftige chemische Reaktionen stattfinden, bei denen sich der Beton zersetzt und radioaktive Gase oder Aerosole frei werden. Innerhalb einiger Tage könnte sich die Kernschmelze auch durch eine meterdicke Betonschicht fressen, falls die Temperatur noch höher als 1.100 Grad Celsius liegt. Im Erdboden würde sie vermutlich nicht mehr als ein paar Meter weit kommen.

Heute morgen meldet die International Atomic Energy Agency (IAEA), dass japanische Behörden den Schaden in den Reaktoren 2 und 3 in Fukushima auf der Internationalen Bewertungsskala für nukleare Ereignisse (INES) als „ernsten Unfall“ (Stufe 5) bewerten. In die gleiche Kategorie fallen der Brand in der Wiederaufbereitungsanlage Windscale (Sellafield) 1957 in Großbritannien und die Havarie in Three Mile Island. Den Verlust von Kühlwasser in den Abklingbecken von Reaktor 4 stufen die japanischen Behörden als „ernsten Störfall/Beinahe-Unfall“ ein (Stufe3).

Alle Beiträge in Ute Kehses Japan-Report finden Sie hier

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