Fukushima und der Forschungsreaktor München

BLOG: Zündspannung

Blick über den Plasmarand
Zündspannung

Unser Institut befindet sich auf dem Forschungs-Campus in Garching, in unmittelbarer Nachbarschaft unter anderem der Physik-Fakultät der Technischen Universität München, und damit auch deren Forschungs-Neutronenquelle FRM II. Anbetracht der Geschehnisse in Japan hat die TU am Freitag eine Informationsveranstaltung für ihre Mitarbeiter veranstaltet, zu denen wir uns in diesem Fall auch gezählt haben, schließlich betreuen wir den Plasmakristall-Versuch des Fortgeschrittenen-Praktikums der TU. An diese Stelle gleich ein Disclaimer: Ich bin keine Kernphysikerin und versuche hier lediglich, das Gehörte mithilfe meiner Notizen richtig wiederzugeben.

Die Veranstaltung fand in einem der größten Hörsäle am Campus statt, der gerammelt voll war. Anwesend waren (interessanterweise neben einigem Sicherheitspersonal, das aber glücklicherweise nicht gebraucht wurde) der Pressesprecher der TU, Dr. Ulrich Marsch, der Technische Direktor des FRM II, Dr. Anton Kastenmüller, sowie ein Strahlenphysiker der TU, Prof. Herwig Paretzke.

Dr. Marsch hat zunächst eine kurze Einführung gegeben und berichtet, dass die TU im Moment einen enormen Ansturm an Presseanfragen erlebt. Da vermutlich die Mitarbeiter der TU ebenfalls viel zum FRM II gefragt werden, nun diese Veranstaltung. Nebenbei bemerkte er, dass der FRM II die modernste Kerntechnik-Anlage Deutschlands sei.

Danach begann Dr. Kastenmüller mit seinem Vortrag, in dem es um die aktuelle Lage in Japan sowie natürlich die Sicherheit des FRM II ging. Er berichtete folgendes (zur besseren Unterscheidung hier in einem anderen Font dargestellt):

Das Erdbeben in Japan

Das Erdbeben in Japan war zu diesem Zeitpunkt 14 Tage her. Wie mittlerweile allgemein bekannt, handelte es sich um ein Beben der Stufe 9. Das Erdbebenzentrum befand sich 130 km von Sendai entfernt in einer Tiefe von 32 km. Am katastrophalen Verlauf allerdings war nicht das Beben an sich Schuld – die Gebäude in Japan sind sehr erdbebensicher gebaut, und Fotos von nach dem Beben zeigen auch, dass die meisten Gebäude dieses überstanden haben. Das Beben hat dann allerdings einen Tsunami ausgelöst, der katastrophal war.

Das Kraftwerk Fukushima

Nach dieser kurzen Einführung zeigte Dr. Kastenmüller Bilder vom Kraftwerk Fukushima. Er fällt bei diesen Bildern gleich auf, dass im Vergleich zu den deutschen Kraftwerken die Kühltürme fehlen. Das ist auch bereits der Grund dafür, warum Fukushima am Meer errichtet wurde – es wird das Meerwasser zur Kühlung verwendet. Wie bei vielen anderen Gebäude in Japan hat auch das Kraftwerk Fukushima das Erdbeben selbst gut überstanden. Es war erst der Tsunami, der den Ausfall wichtiger Einrichtungen verursacht hat.

Bei dem Kraftwerk handelt es sich um einen Siedewasserreaktor. Das Ziel dieses Reaktortyps ist es, möglichst viel Dampf zu erzeugen, der wiederum Turbinen antreibt, mit denen Strom erzeugt wird. Das Gebäude besitzt einen Stahlbau als äußeres Containment, in dem auch die alten Brennelemente gelagert werden. Im inneren Containment befindet sich der eigentliche Reaktor. Normalerweise ist dieser Bereich mit dem Gas Stickstoff geflutet. Falls dort Wasserstoff entsteht, kann er dann mangels Sauerstoff nicht innerhalb des inneren Containments explodieren.

In einem der sechs Blöcke des Kraftwerks befinden sich sehr viele Brennelemente in einem vergleichbar kleinen Lagerbecken. Die Spaltprodukte in diesen alten Brennelementen zerfallen weiter, so dass auch noch recht lange nach Ende der Kettenreaktion noch Nachwärme entsteht, die abgeführt werden muss (in Block 4 in Fukushima momentan 2 MW Wärmeleistung in einem Becken mit 1400 Kubikmetern Wasser). Die Blöcke, die zum Zeitpunkt des Erdbebens noch aktiv waren, haben sich beim Erdbeben automatisch abgeschaltet. Beispielsweise Block 2 und 3 hatten im Betrieb fast 2400 MW Wärmeleistung. Sie produzieren ebenfalls Nachwärme, so dass zwei Wochen später noch immer eine Wärmeleistung von 4 MW vorliegt.

Diese Wärme soll mit Wasser abgeführt werden. Wenn man annimmt, dass 20°C warmes Wasser um 80°C erhöht wird (es soll ja gerade nicht kochen), brauchte man dafür direkt nach dem Abschalten einen Durchfluss von über 400 kg Wasser pro Sekunde, mittlerweile nach 15 kg/s. Das ist eigentlich nicht viel, aber es muss kontinuierlich gepumpt werden, ansonsten steigen die Temperaturen an, so dass schließlich die Brennelemente zerstört werden können.

Die bekannten Explosionen sind entstanden, da Wasserstoff abgelassen wurde, sich somit Knallgas (ein Wasserstoff-Sauerstoff-Gemisch) im äußeren Containment entwickeln konnte und explodiert ist. Dieses Szenario ist auch an den Bildern erkennbar, die oberen Teile der Bauwerke sind weggesprengt.

Der aktuelle Zustand der Kraftwerke Fukushima sind im Internet auf den Webseiten der Gesellschaft für Strahlenschutz abrufbar, wo Informationen aus dem Japanischen übersetzt werden.

Fukushima 1 - 27.03.2011 - GRS
 Status Fukushima 1 27.03.2011 – Quelle: GRS

Auch am Freitag noch waren die Kühlkreisläufe bei Fukushima 1 teilweise nicht funktionionsfähig, und die Brennelemente lagen teilweise frei. Dass der Druck im inneren Containment noch ansteigt, ist übrigens ein gutes Zeichen, weil dann kein Leck vorhanden ist.

Fukushima 2 27.03.2011 - GRS
Status Fukushima 2 27.03.2011 – Quelle: GRS

Das zweite Fukushima-Kraftwerk, Fukushima 2, befindet sich laut der Webseite im Wunschzustand, der Reaktor ist abgeschaltet, eine externe Stromversorgung ist vorhanden, die Temperatur liegt bei 100°C oder darunter.

Der Forschungsreaktor in Garching bei München 

Nun zum Sicherheitskonzept des FRM II. Hierbei handelt es sich um einen Forschungsreaktor, dessen Zweck ist es, kalte Neutronen zu erzeugen, nicht Dampf wie bei Kernkraftwerken. Dies ist ein deutlicher Unterschied zu großen Kraftwerken, es soll hier möglichst wenig Wärme erzeugt werden. Der FRM I, das bekannte "Atomei", ist 1957 in Betrieb gegangen und mittlerweile stillgelegt worden. Im momentan prinzipiell aktiven (im Moment Wartungspause) FRM II befindet sich nur ein Brennelement, das 20 MW Leistung hat – Fukushima hat eine Leistung von 2400 MW, noch größere Siedewasserreaktoren sogar 4000 MW. Das Brennelement im FRM II befindet sich in einem Becken mit 700 Kubikmetern Wasser (im Vergleich Fukushima 1400 Kubikmeter, aber vielfach höhere Leistung).

Direkt nach Abschalten wird durch mehrere Pumpen gekühlt. Der Trick beim Abführen der Nachwärme ist die Kleinheit der Anlage. Hier ist eine langfristige Kühlung auch allein durch natürlich Konvektion möglich – das warme Wasser nahe des Brennelements steigt auf und wird durch kaltes Wasser ersetzt. Weiter weg vom Brennelement kühlt das Wasser dann wieder ab. Dabei wird völlig ohne externe Pumpen eine Temperatur von 80°C nicht überschritten.

Trotzdem wird im Normalfall beim Abschalten für drei Stunden mit Hilfe von Pumpen gekühlt, danach beträgt die Wärmeleistung noch 140kW, und es werden auch ohne Störfall die Pumpen abgestellt.

Die Außenhülle des Gebäudes besteht aus 1.8 m dickem Beton, das angeblich sogar einen Absturz einer Boing 747-400 aushalten soll, ohne dass die Hülle perforiert wird. Das Gebiet ist erdbebenarm, trotzdem werden alle Komponenten auf erdbebensicherheit geprüft (das Gebäude ist ausgelegt für ein Erdbeben der Stärke 6.5 auf der MSK-Skala).

Soviel zu meiner kurzen Zusammenfassung des Vortrags. Dr. Kastenmüller hat danach noch einige wichtige Begriffe sowie die Wirkung verschiedener Dosisleistungen auf den Menschen erläutert, wobei ich hier auf den Nachbarblog Die Sankoré Schriften und die Begriff-Sammlung beim Omega-Tau-Podcast verweisen möchte und nicht alles aus dem Vortrag wiederholen werde. Einen schönen Überblick bietet auch die folgende Grafik vom sehr zu empfehlenden Webcomic XKCD:

Radiation XKCD

Mierk Schwabe

Veröffentlicht von

Erhöht man die Spannung zwischen zwei Elektroden, die ein Gas umgeben, beginnt das Gas irgendwann zu leuchten: Freie Elektronen im Gas haben genug Energie, um die Gasteilchen zu ionisieren und noch mehr Elektronen aus den Atomen zu schlagen. Ein Plasma wurde gezündet, die Zündspannung ist erreicht. Gibt man nun noch zusätzlich Mikrometer große Teilchen in das Plasma, erhält man ein sogenanntes "Komplexes Plasma", mit dem ich mich zunächst als Doktorand und Post-Doc am Max-Planck-Institut für extraterrestrische Physik und nun an der University of California in Berkeley beschäftige. In diesem Blog möchte ich sowie ein wenig Einblick in den Alltag im Forschungsinstitut bieten, als auch über den (Plasma)-Rand hinaus blicken. Mierk Schwabe

6 Kommentare

  1. Danke für diesen interessanten Bericht. Es ist ja bezeichnend, dass die Betreiber kerntechnischer Anlagen ebenso große Angst vor Kernkraftgegnern zu haben scheinen wie die Gegner vor den Anlange (Sicherheitspersonal).

    Ich denke, diese Art der Vorwärtskommunikation ist die einzig richtige in so einer Situation – nicht nur in Japan, sondern auch bei uns. Wenn den Betreibern etwas daran liegt, den Menschen die Angst zu nehmen, dann mit (gut belegten!) Fakten über die Sicherheit unserer AKWs. Auf so einer Basis könnten wir tatsächlich eine ehrliche mediale Debatte über die Zukunft der Kernkraft führen und auf die (hier so oft kritisierte) Hysterie verzichten.

    In den letzten Wochen schien die Hysterie aber direkt von den Menschen auf die politische Klasse überzuschlagen, indem jahrelange politische Linie zur Atomkraft durch “wahltaktische” Entscheidungen in Frage gestellt werden. Diese sogenannte Wahltaktik können wir nach gestern abend wohl als gescheitert ansehen.

    Wenn der Berliner Regierung und den “großen vier” etwas an der Atomkraft liegt (wovon ich leider ausgehe), brauchen sie jetzt größtmögliche Offenheit. Jedes Lavieren und unbelegte insistieren (die Meiler sind sicher, weil keine Tsunamis, etc.) kann den durch Fukushima gestarteten Fall nur beschleunigen.

  2. Leider notwendige Hinweise

    Angesichts der Tatsache, dass sich akademischen Kreise durch weitgehende Unkenntnis selbst elementarer physikalischer Zusammenhänge “auszeichnen”, ist eine solche Zusammenfassung der Situation sicher notwendig und auch hilfreich. In einer Situation, in der in der öffentlichen Diskussion unwidersprochen von “durchgehenden Reaktoren” geredet wird, so als sei der Unterschied zwischen Überkritikalität und Abfuhr der Nachwärme nur eine unbedeutende Randnotiz, freut man sich über jede fundierte Faktendarstellung.

    Dass Sicherheitspersonal für erforderlich erachtet wird, kann angesichts der Art, wie die Diskussion geführt wird, nicht verwundern. Es ist schon so, dass man sich vorsehen muss, wo und wann man eine Meinung, die von der vollkommenen Ablehnung und Verteufelung abweicht, äußert.

    Das war auch während meines Studiums in den Achtziger jahren nicht anders. Damals wurden in Flugblättern Institutsmitglieder, die Mitglied der kerntechnischen Gesellschaft waren, als “Mitglied einer kriminellen Vereinigung” diffamiert und es wurde zur öffentlichen Hatz aufgerufen. Nicht unbedingt ein Indiz fortgeschrittener Diskussionsbereitschaft, wohl aber eins, das den Verdacht der Gewaltbereitschaft nahelegte.

  3. @Karl Urban

    “In den letzten Wochen schien die Hysterie aber direkt von den Menschen auf die politische Klasse überzuschlagen”

    Umgekehrt ist es richtig: Teile der Politik schüren aus Kalkül die Hysterie. Da die Hysterie gewollt ist, nützt auch keine Aufklärung mehr. Da können sich Vernunftsmenschen wie Frau Schwabe und Herr Khan die Finger wund tippen.

  4. @Lichtecho:

    Ich spiele hier konkret den Wahlkampf in Baden-Württemberg an. Die Grünen haben bereits lange vor Fukushima Plakate mit Slogans wie “Atomkraft abwählen” aufgehängt – das tun sie soweit ich weiß seit mehreren Jahrzehnten. Auch die außerparlamentarische Antiatomkraftbewegung hantiert sicher nicht immer mit den fundiertesten Argumenten, aber sie hat aus meine Sicht durchaus einige ernstzunehmende (siehe Endlagerfrage, ungenügende Versicherung vor atomaren Unfällen).

    Wirklich hysterisch reagierten vor allem die regierenden Parteien, die ihre seit Jahren fest vertretene Haltung zur Atomkraft plötzlich nicht mehr vertreten wollten (obwohl sie es insgeheim weiter taten, was diverse Aussagen von Stefan Mappus kurz vor der Wahl belegen: http://www.spiegel.de/…and/0,1518,753402,00.html).

    Zuletzt sehen wir aktuell an der extrem widersprüchlichen Informationspolitik in Japan, dass ein gewisses Misstrauen gegenüber den AKW-Betreibern und der mit ihnen verbandelten Politik berechtigt und notwendig ist.

  5. Erdbeben schädigte bereits die vier AKW

    “Am katastrophalen Verlauf allerdings war nicht das Beben an sich Schuld – die Gebäude in Japan sind sehr erdbebensicher gebaut, und Fotos von nach dem Beben zeigen auch, dass die meisten Gebäude dieses überstanden haben.”
    Bedenklich, dass dies die Fachleute des FRM II behauptet haben.
    In Wirklichkeit hat auch schon das Beben für die Sicherheit wichtige Teile der Anlage schwer geschädigt.

  6. Erdbeben

    Na ja, die Experten vom FRM II waren natürlich auch nicht vor Ort in Fukushima und haben ihre Informationen auch nur aus den öffentlich zugänglichen Quellen. Im März war nicht öffentlich bekannt, dass das Erdbeben die Reaktoren beschädigt hat und nicht erst der Tsunami. Dieses fehlende Wissen der FRM II-Experten im März jetzt als “bedenklich” zu bezeichnen, halte ich für unfair.

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