Was passiert in Fukushima?
Saturday, March 12th, 2011
Heute morgen gab es in Japan ein schweres Erdbeben der Stärke 8,9 auf der Richterskala, dabei wurde unter anderem auch einige Kernkraftwerke beschädigt. Insbesondere ist das Atomkraftwerk Fukushima ohne Strom. Eine Situation die eigentlich nicht passieren sollte. Aber was passiert eigentlich in einem solchen Siedewasser Reaktor und was kann passieren im Falle eines Unfalls?
Im Normalbetrieb produziert ein Kernkraftwerk1 durch Kernreaktionen Wärme. Das bedeutet ein KKW heizt Wasser auf, das über den Umweg Turbine und Generator Strom erzeugt. Die Wärme wird durch Kernreaktionen erzeugt, dabei zerfällt zuerst ein Uran-Kern und setzt dabei ein schnelles Neutron frei. Das Neutron kollidiert elastisch mit einem Moderator und wird dabei abgebremst. Dieses jetzt langsame Neutron wird dann in einem anderen Uran Kern eingefangen und der Kern zerfällt. Die dabei frei werdenden Neutronen können dann wieder einen Uran Kern spalten. Diese Kettenreaktion kann man sehr schön mit Mausefallen und Tischtennisbällen veranschaulichen.
Auf diesem Level der Erklärung gibt es keinen Unterschied zwischen einer Atombombe und einer Kernkraftwerk. Der Unterschied liegt darin, dass bei einem Kernkraftwerk versucht wird den Neutronenfluss, wie viele Tischtennisbälle in der Luft sind, konstant zu halten. Bei einer Bombe versucht man den Neutronenfluss immer mehr zu steigern. Wenn jede Reaktion im Durchschnitt eine weitere Reaktion erzeugt, dann bleibt die Reaktionsrate konstant, wenn sie mehr erzeugt beschleunigt sich die Reaktionsrate. Deshalb gibt es unterschiedliche Anreicherungen, die in dem Beispiel mit den Mausefallen unterschiedlichen Mixturen von gespannten und nicht gespannten Fallen entsprächen.
Im folgenden gibt es zwei wichtige Unterschiede zwischen dem Mausefallen Modell einer Kettenreaktion und einem Kraftwerk, einerseits die Rolle des Moderators und andererseits gibt es mehr als nur zwei Atomkerne. Der Moderator wird gebraucht, um die Neutronen abzubremsen. Das ist eine Folge der Wellennatur der Neutronen, wenn die Welle besonders gut passt, dann ist eine Reaktion besonders wahrscheinlich. Wenn es keinen Moderator gibt, dann wird viel weniger Energie frei. Bei Leichtwasserreaktoren wie Fukushima
wird als Moderator und Kühlmittel einfaches Wasser verwendet. Die Idee ist, dass der Reaktor ausgeht wenn das Kühlwasser verdampft.
Der Effekt der vielen verschiedenen Atomkerne ist, dass auch nicht unmittelbar an der Reaktion beteiligte Kerne aktiviert werden können. Diese Kerne verlieren dann zum Beispiel ein Neutron oder fangen eins ein, werden dadurch Radioaktiv und weil nur besonders stabile Kerne in der Natur vorkommen – die anderen sind bereits Zerfallen – erhöht sich dadurch die Radioaktivität. Das bedeutet, nach dem Abschalten eines Reaktors ist der Kernbrennstoff radioaktiver als vor dem ersten Einschalten. Und er muss deshalb gekühlt werden, sonst heizt er sich auf und es kann zu einer Kernschmelze kommen.
How much time is there before a meltdown [after cooling has stopped, anm. von mir]?
It depends on the plant. It depends on whether it’s a boiling-water reactor or a pressurized-water reactor. Basically, [in both] you have the benefit of natural forces such as convection. There is a coolant loop no matter what, so you end up to some degree cooling the core because the heated water rises and colder water gets pulled in. But that’s not as effective as a pump bringing in cool water. Just to speak very broadly, you have many hours to restore power to the system to get normal cooling going. It’s really not possible to get more specific than “many hours.”
In Fukushima kamen nun zwei Dinge zusammen, einerseits eine Notabschaltung des Reaktors und andererseits ein Erdbeben. Wahrscheinlich durch das Erdbeben sind die Diesel Notstromaggregate und teile der Kühlung ausgefallen. Aber ein Reaktor kann nach dem Abschalten nur wenige Stunden sich selbst überlassen werden, sonst droht eine Kernschmelze. Darüber hinaus ist es möglich, dass das Erdbeben die Brennstäbe beschädigt hat. Dann wäre auch das Kühlwasser2 mit Brennstoff kontaminiert und nicht „nur“ aktiviert. Und bei einem Manöver wie dem Ablassen von Wasserdampf würde deutlich mehr Radioaktivität frei, als bei unbeschädigten Brennstäben. Und Kernbrennstoff hat eine deutlich längere Halbwertszeit als aktiviertes Wasser – die Umgebung wäre auf Jahre hinaus verstrahlt.
- Der Ausdruck Atomkraftwerk ist ein wenig irreführend, weil die Reaktionen die Genutzt werden im Atomkern ablaufen – nicht wie chemische Reaktionen in der Atomhülle [↩]
- Moderne Reaktoren haben mehr als einen Kühlkreislauf. In den Kühltürmen zirkuliert nicht das gleiche Wasser wie in dem Reaktor [↩]
This entry is filed under Umwelt, Uncategorized, Wissenschaft. You can follow any responses to this entry through the RSS 2.0 feed.You can leave a response, or trackback from your own site.