projekt (B)LOG

Die beiden vorangegangen Beiträge hatte ich geschrieben, weil ich einige der technischen Hintergründe erläutern wollte. Es handelte sich gewissermaßen um Antworten auf Fragen, die mir offline gestellt wurden. In grauer Vorzeit habe ich Physik unter anderem mit dem Schwerpunkt Kernphysik studiert und auch an einschlägigen Instituten gearbeitet. Dementsprechend wurde ich in den letzten Tagen häufig auf die Vorgänge in Fukushima angesprochen.

Technische Frage möchte ich nun bewusst nicht mehr ansprechen. Statt dessen denke ich an die Menschen. An die Opfer des Tsunamis, die ohne Obdach, in der Kälte sitzen. An die Schwierigkeiten sie mit dem Notwendigsten zu versorgen. In diesem Zusammenhang möchte ich auch auf eine Hilfsorganisation hinweisen, deren Ansatz mir sehr sinnvoll erscheint. In einer Shelterbox ist eine Minimalunterkunft und ein Minimalhaushalt für bis zu 10 Menschen enthalten. Ein beklemmender Gedanke, aus dem Wohlstand eines technisierten Landes auf den Inhalt dieser Box zurück geworfen zu werden.

Und ich denke an die Menschen in Japan, die Entscheidungen treffen müssen. All die hypothetischen Entscheidungs-Planspiele die gelegentlich in Weiterbildungskursen oder Management-Seminaren durchgeführt werden, erscheinen wie eine Farce. In Fukushima sind Menschen, die ggf. über den Tod anderer Menschen entscheiden müssen, um langfristig andere Menschen zu schützen. Alleine die Entscheidung über Strahlungswerte zu informieren oder nicht zu informieren ist schon schlimm genug. Wohl dem, der nie in solche Entscheidungssituationen kommt.

Inzwischen steigen in der Umgebung des KKW Fukushima die Strahlungswerte. Laut BBC erreichten Sie bereits rund 8200 Mikro-Sievert. Was bedeutet das?

Strahlenbelastungen werden in “Sievert” gemessen. Die natürliche Strahlendosis liegt je nach Ort etwas bei ca. 2 Milli-Sievert (Milli=Tausendstel) Sievert pro Jahr. Normale Strahlungs-Belastungen liegen in der Größenordnung weniger Milli-Sievert pro Jahr. Um Strahlenbelastungen vergleichen zu können ist also immer auch die Angabe einer Zeit wichtig: Wie lange dauert es, bis die genannte Dosis aufgenommen wurde? Bei der von der BBC genannten Strahlung werden 8200 Mikrosievert pro Stunde (= 8,2 Milli-Sievert) aufgenommen. Mit anderen Worten, die natürliche Jahresdosis an Strahlung ist in wird in Fukushima bereits innerhalb einer Stunde erreicht.

Zum Vergleich bei radiologischen Untersuchungen oder Strahlentherapien werden Strahlungsmengen verabreicht, die etwas höher sind. Eine Computertomographie schlägt mit ca. 20 Milli-Sievert zu Buche¹, entsprechend 2,5 Stunden Aufenthalt am KKW Fukushima. Insofern ist die Aussage, dass die Strahlung um das KKW ein gesundheitsgefährdendes Maß erreicht hat, korrekt.

Woher der Anstieg der Strahlung kam lässt sich nicht eindeutig sagen. Sowohl das (inzwischen gelöschte) Feuer in der Halle mit den gelagerten Brennstäben als auch Lecks an den Reaktoren können dafür verantwortlich sein. Handelt es sich um ein Leck in den Reaktoren werden in den nächsten die Stunden die Strahlungswerte gleich bleiben oder weiter steigen. War alleine das Feuer verantwortlich müssten die Werte wieder sinken.

Update: Laut des Live Tickers der Zeit wurde in der Nähe des Reaktors 3 eine Strahlung von 400 Milli-Sievert pro Stunde gemessen. Bei Strahlenbelastungen in dieser Größenordnungen kann es bereits zu akuten Beschwerden wie Übelkeit und Erbrechen kommen. Ist man dieser Strahlung einen Tag ausgesetzt wird es bereits unmittelbar lebensgefährlich². Ich hoffe inständig, dass sich dieser Wert als Falschmeldung herausstellt.

Noch ein Update: ich vermute, dass die genannten 400 Milli-Sievert pro Stunde nicht korrekt sind und es sich um einen Umrechnungsfehler handelt.

1. http://de.wikipedia.org/wiki/Strahlenbelastung [↩]
2. http://de.wikipedia.org/wiki/Strahlenkrankheit [↩]

Angesichts der verwirrenden Nachrichtenlage rund um die Kernkraftwerke in Japan möchte ich einige wichtige Punkte zusammenfassen, die meines Erachtens in den Nachrichtensendungen nicht ausführlich genug oder gar verzerrt dargestellt werden.

Zuerst einige grundsätzliche Punkte, gewissenmaßen die Theorie des möglichen Ablaufs:

• Bei den betroffenen KKW handelt es sich um alte Bauformen (Siedewasserreaktoren ohne Wärmetauscher), die keine Aufteilung des Dampfkreislaufes haben. Der Dampf in den Turbinen stammt direkt aus dem Reaktor. Der in den Fernsehgrafiken gezeigte massive Mantel um den Reaktor hat also mindestens Rohrdurchführungen zur Dampfversorgung der Turbinen. Über diese Röhren kann auch der Druck abgelassen werden, falls der Druck im Reaktorkern zu hoch wird.
• Wird der Reaktor durch Einfahren der Moderator Stäbe, die den Neutronenfluss hemmen und dadurch die Kettenreaktion unterbrechen, ausgeschaltet entsteht unter anderem durch die radioaktive Strahlung der Spaltprodukte weiterhin Wärme in den Brennstäben. Fällt die Kühlung des abgeschalteten Reaktors aus, steigt die Temperatur.
• Im ungekühlten Reaktor beginnt das Wasser zu kochen, verdampft, der Druck steigt. Zugleich sinkt der Wasserpegel, die Brennstäbe sind nicht mehr vollständig mit Wasser bedeckt und beginnen sich weiter zu erhitzen.
• Werden die Brennstäbe sehr heiß, kann an den heißen Metalloberflächen der Wasserdampf durch thermische Dissoziation in Wasserstoff und Sauerstoff aufgespalten werden. Das Wasserstoff Sauerstoff Gemisch ist hochexplosiv und wird Knallgas genannt. Diese Dissoziation findet bei Temperaturen ab 1700 Grad statt.¹
• Werden die Brennstäbe noch heißer beginnen sich die Hülle des Brennstabes und die Metallkonstruktion des gesamten Brennelements (Bündel aus mehreren Stäben) zu verformen. Durch den Verlust der mechanischen Stabilität und Absinken der geschmolzenen Brennelemente geht unter Umständen ein Teil der Wirkung der Moderatorstäbe verloren, die Spaltungsreaktion kann wieder in Gang kommen und die Aufheizung weiter beschleunigen.
• Am Ende schmelzen die Brennelemente, es kann der Reaktorbehälter durchschmelzen oder ggf. dem immensen Druck nicht mehr standhalten und bersten.

Der verwirrenden Nachrichtenlage entnehme ich folgendes. Das Auftauchen der Brennstäbe hat wohl stattgefunden, ebenso in gewissem Umfang die Dissoziation des Wassers. Das entstandene Knallgas ist in zwei betroffenen Blöcken bereits explodiert. Die Wasserstoff-Explosionen wurden hinreichend bestätigt, die entsprechenden Bilder wurden ausführlichst gezeigt.

Das bedeutet, dass in diesen beiden Reaktoren die Temperatur der Brennelemente über einen gewissen Zeitraum an einigen Stellen schon im Bereich von 1700 Grad war. Die Brennstabhüllen sind aus Zirkon-Legierungen gefertigt, deren genauer Schmelzpunkt mir nicht bekannt ist. Reines Zirkon schmilzt jedoch bei ca. 1850 grad. Die Temperaturen im Reaktor befanden sich damit zumindest schon in der Nähe des möglichen Schmelzunktes. Eine teilweise Verformung der Brennstäbe scheint damit zumindest schon plausibel. Alles weitere ist spekulativ. Gelingt es die Reaktorkerne wieder besser zu kühlen, wird es zu keiner weiteren Verformung oder gar Schmelze kommen. Der unkontrollierte Austritt von Radiaktivität hängt wesentlich davon ab wie stark die Rohrdurchführungen durch den Reaktormantel aufgrund der Explosionen beschädigt worden sind.

Ergänzung anlässlich der steigenden Strahlung.

1. Artikel Wikipedia, Wasserstoffherstellung: https://secure.wikimedia.org/wikipedia/de/wiki/Wasserstoffherstellung [↩]