Reaktorkatastrophen

Reaktortypen

Es gibt verschiedene Reaktortypen. Die zwei grundlegenden Funktionsprinzipien sind der Kernreaktor und der Fusionsreaktor. Der Kernreaktor kann weiter untergliedert werden.

Folgend findest Du eine kurze Einführung in diese beiden Reaktortypen. Du erfährst, welche Prozesse bei der Spaltung und der Fusion von Atomkernen auftreten und wie daraus nutzbare Energie gewonnen werden kann.

Kernreaktor

Im Kernreaktor wird Energie durch die Spaltung von Atomkernen erzeugt. Doch wie lässt sich ein Atomkern überhaupt spalten?

Atomkerne sind so lange stabil, wie die Anziehungskraft die abstoßende Kraft der Teilchen überwiegt. Hierfür ist vor allem das Verhältnis von Protonen zu Neutronen wichtig.

Bei sehr schweren Kernen, z. B. Uranisotop ²³⁵U oder Plutonium ²³⁹Pu, ist die Stabilität zwar zunächst vorhanden, allerdings reicht ein zusätzliches Neutron bereits aus, damit der Kern instabil wird.

Durch Aufnahme eines zusätzlichen Neutrons erhalten wir also ²³⁶U und ²⁴⁰Pu. Beide Kerne sind in dieser Form instabil und zudem hoch angeregt. Diese schweren, hoch angeregten Kerne regen sich anschließend nach sehr kurzer Zeit wieder ab. Dies geschieht durch Kernspaltung.

Bei der Kernspaltung teilt sich der Kern in zwei neue Kerne, die mit großer Geschwindigkeit auseinander fliegen. Daneben werden noch circa zwei bis drei Neutronen frei. Diese Neutronen können wiederum andere Isotope anregen (nukleare Kettenreaktion).

Die kinetische Energie der Bruchstücke wird bei Stößen mit dem umgebenden Material in Form von Wärme abgegeben. Diese Wärme wird nun zur Energieerzeugung (z. B., Strom) verwendet.

Es gibt verschiedene Formen von Kernreaktoren. Dazu zählen zum Beispiel Leichtwasserreaktoren, Schwerwasserreaktoren, Graphit-Reaktoren und einige weitere Formen. Sie unterscheiden sich in der Wahl des Kühlmittels, das die Brennstäbe umgibt oder durch den Einsatz verschiedener Moderatoren.

Einige der Reaktorformen sind sicherer als andere. In Tschernobyl zum Beispiel wurde die Wahl der Reaktorform letztendlich zum Verhängnis.

Fusionsreaktoren

Ein zweiter Ansatz, um mit Atomen nutzbare Energie zu erzeugen, ist die Kernfusion. Um zwei Kerne zu fusionieren, werden Wasserstoffisotope auf sehr hohe Temperaturen erhitzt (ca. 100–150 Mio. Kelvin).

Dabei trennen sich Atomkern und Elektronen voneinander. Treffen zwei Atomkerne aufeinander, werden sehr energiereiche Neutronen erzeugt. Die Neutronen geben ihre Energie in Form von Wärme ab. Diese Wärme soll zur Stromerzeugung genutzt werden.

"Soll" deswegen, weil diese Reaktorform so noch nicht existiert. Es wird zwar bereits seit den 60er-Jahren an diesem Thema geforscht, allerdings konnte es aufgrund technischer Hürden noch nicht für die Anwendung umgesetzt werden.

Reaktorkatastrophen: Folgen, Definition und Auswirkungen

Du kennst nun die wichtigsten technischen Aspekte hinter Kernkraftwerken. Hier erfährst Du mehr über Reaktorkatastrophen. Was sind diese überhaupt und welche Folgen können sie nach sich ziehen?

Reaktorkatastrophen Definition

Den Begriff Reaktorkatastrophe hast Du vielleicht schon einmal gehört. Vermutlich können Deine Eltern sogar aus eigenen Erfahrungen davon berichten, denn in der zweiten Hälfte des 19. Jahrhunderts traten diese häufiger auf.

Das heißt also: Wenn an einem der oben vorgestellten Reaktortypen ein so großes Problem auftritt, dass es weitreichende Folgen haben wird, wird dieses Ereignis als Reaktorkatastrophe bezeichnet.

Kernschmelze Ursache

Eine mögliche Ursache für Reaktorkatastrophen ist die Kernschmelze, z. B. bei Ausfall der Kühlsysteme.

Fallen alle Sicherheitssysteme im Reaktor aus, die eine solche Kernschmelze verhindern sollen, erhitzen sich die Brennstäbe auf enorme Temperaturen.

Greifen weiterhin keine Sicherheitssysteme, so läuft schließlich die Schmelze am Boden des Reaktors zusammen. Wird durch die Kernschmelze nun das Reaktorgefäß beschädigt, kann das radioaktive Material unkontrolliert austreten. Dies hat schwere Auswirkungen, vor allem auf die direkte Umgebung, aber teils auch weitreichendere Folgen.

Reaktorkatastrophen Auswirkungen

Wenn durch die Kernschmelze die Reaktorwände nicht zerstört werden, besteht trotzdem ein großes Sicherheitsrisiko. Die Temperaturen im Inneren sorgen dafür, dass eine Explosionsgefahr besteht.

Tritt letztlich radioaktives Material aus dem Reaktor aus, ob aufgrund der Kernschmelze selbst oder durch eine Explosion, spricht man von einem Super-GAU. In diesem Fall besteht höchste Gefahr für Mensch und Natur.

Radioaktive Stoffe können schwere Schäden im menschlichen Gewebe anrichten. Doch auch für die Umwelt ist eine Freisetzung des hoch radioaktiven Materials katastrophal. Pflanzen, Lebensmittel und die Böden nehmen beispielsweise das radioaktive Material auf und werden unbrauchbar.

Liste von Unfällen in kerntechnischen Anlagen

In der Vergangenheit gab es immer wieder Reaktorkatastrophen. Einige schwerwiegende und einige, die durch Sicherheitssysteme noch aufgefangen werden konnten, bevor sie zum Super-GAU wurden.

Die wohl größten Unfälle in Atomkraftwerken waren

• Windscale (Großbritannien, 1957)
• Three Mile Island (USA, 1979)
• Tschenobyl (ehem. SU, 1986) und
• Fukushima (Japan, 2011).

Reaktorkatastrophe in Tschernobyl

Im April 1986 kam es in einem Atomkraftwerk in Tschernobyl (in der damaligen Sowjetunion, heute Ukraine) zur Kernschmelze.

Doch wie konnte dieses Unglück überhaupt geschehen?

Vorfall

Das Team im Kernkraftwerk führte einen Testlauf einer Notsituation durch. Dafür wurden manuell viele Sicherheitssysteme abgeschalten. Während des Testlaufs traten Fehler auf, u. a. aufgrund der baulichen Konstruktion und der technischen Auslegung.

In Tschernobyl wurde ein Reaktor vom Typ RBMK-1000 eingesetzt. Bei diesem Typ wird die Kettenreaktion der Kernspaltung über Graphitstäbe reguliert. Das Graphit kann Neutronen einfangen. Dadurch lässt sich die Anzahl freier Neutronen für weitere Kernspaltungsprozesse kontrollieren.

Während des Testlaufs fiel allerdings die Leistung des Reaktors stark ab, daher wurden die Graphitstäbe zurückgenommen, um weniger Neutronen zu binden. Die Kettenreaktion lief also wieder an.

Bei der Kernspaltung entsteht Wärme. Und genau das war nun das Problem: Die Kühlsysteme konnten die Abwärme der nun wieder anlaufenden Kettenreaktion nicht ausreichend abtransportieren. Die Arbeiter versuchten noch, die Graphitstäbe wieder einzufahren, allerdings stieg die Leistung weiter an. Die Kettenreaktion war bereits außer Kontrolle.

Die enormen Temperaturen im Reaktor sorgten nun dafür, dass sich Wasserstoff bildete. Es kam schließlich zur Explosion. Durch diese wurden die Reaktorgebäude zerstört und das radioaktive Material gelangte nach außen.

Folgen

Die gravierendsten Schäden zeigten sich in der direkten Umgebung des Reaktorblocks. Dort wurden im Umkreis von 30 km alle Anwohner*innen evakuiert. Später wurde der Radius nochmal erhöht. Dennoch litten viele Menschen in der ehemaligen Sowjetunion an gesundheitlichen Folgen der Katastrophe.

Doch nicht nur die Gesundheit, sondern auch die Wirtschaft und die Landnutzung hatten erhebliche Verluste zu vermelden. Das Gebiet rund um den Reaktor konnte nicht mehr für landwirtschaftliche Zwecke genutzt werden. Viele Quadratkilometer Land wurden sowohl als Wohnraum als auch als Agrarfläche unbrauchbar.

Eine Folge, die nicht nur die Sowjetunion traf: Das im Reaktor enthaltene Graphit fing nach der Explosion aufgrund der enormen Temperaturen zu brennen an. Mit dem Rauch, der dabei entstand, gelangten radioaktive Partikel weit nach oben. Diese Partikel konnten daher mit Winden über weite Flächen Europas Richtung Westen transportiert werden.

Die in der Luft enthaltenen Partikel wurden dann durch Regen aus der Luft "gewaschen" und regneten auf die Böden ab. Dadurch gelangte die Radioaktivität in viele Gebiete, die eigentlich sehr weit weg von der Unfallstelle lagen.

Erst einige Jahre später wurde das Kraftwerk stillgelegt. Bis dahin wurde in den übrigen Reaktorblöcken weiterhin Kernspaltung betrieben.

Reaktorkatastrophe in Fukushima

2011 ereignete sich eine dramatische Unfallserie im japanischen Kraftwerk Fukushima. Dort kam es aufgrund eines Erdbebens zu Kernschmelzen in drei Reaktorblöcken.

Abbildung 3: Fukushima, wenige Tage nach dem ErdbebenQuelle: wikipedia.de

Vorfall

Am 11. März erschütterte ein Erdbeben 160 km vor der japanischen Küste den Standort des Kernkraftwerks Fukushima. Durch das starke Beben wurde die Schnellabschaltung der Reaktorblöcke ausgelöst. Ein zusätzlicher Stromausfall ließ auch das Kühlsystem ausfallen, das noch für einige Minuten über Notstrom aufrechterhalten werden konnte.

Nicht mal eine Stunde später wurde das Kraftwerk von enormen Tsunamiwellen, die durch das Erdbeben ausgelöst wurden, getroffen. Die Wellen zerstörten einige Wasserpumpen, wodurch das Kühlsystem nicht mehr mit Meerwasser gefüllt werden konnte. Auch einige der Notstromgeneratoren wurden von den Wassermassen schwer getroffen und fielen aus.

Als die letzten verbleibenden Generatoren keinen Diesel zum weiteren Betrieb hatten, fiel auch das Notkühlsystem aus. Über die Straßen war das Kraftwerk für weitere Hilfe nicht erreichbar, da das Beben und der Tsunami auch dort erhebliche Schäden hinterließen.

In Folge all dieser Unglücke kam es in 3 von 6 Reaktorblöcken zur Kernschmelze. In den nächsten Tagen folgten Wasserstoffexplosionen (wie auch in Tschernobyl) in drei Reaktoren, wodurch radioaktiver Schutt freigesprengt wurde. In einem anderen Block wurde der Sicherheitsbehälter beschädigt und kontaminiertes Wasser konnte austreten.

Folgen

In den Tagen nach dem Beben, insbesondere 11. bis 16. März, gelangten ständig kontaminierter Dampf und auch kontaminiertes Wasser in die Umgebung.

Das größte Problem der Nuklearkatastrophe in Fukushima stellte das kontaminierte Wasser dar. Da die Reaktoren über Monate weiter gekühlt werden mussten, entstanden etliche Tonnen kontaminiertes Wasser. Dieses Wasser wurde langfristig über eine Dekontaminationsanlage, die auf dem Gelände errichtet wurde, gereinigt.

Auch bei dieser Nuklearkatastrophe mussten viele Anwohner*innen in umliegenden Gebieten evakuiert werden. Die Strahlenbelastung durch entweichende Gase und Dämpfe war zu hoch. Die Menschen trugen gesundheitliche Schäden durch die Radioaktivität davon.

Das Kraftwerk Fukushima wurde noch im selben Jahr stillgelegt.