Physikalische Aspekte der AKW-Probleme in Japan 2011 (Stand: 16 Physikalische Aspekte der AKW-Probleme in Japan 2011 (Stand: 16.März 2011 – 14 Uhr) Erstellt von: L. Jakob und E. Wesenberg

Lage japanischer Kernreaktoren (insgesamt 61 AKW´s)

Erdbeben und Tsunami

Probleme in AKW Fukushima I

Daten des AKW Fukushima I Bau: 1967 (Betriebsaufnahme: 1970) 6 Siedewasserreaktoren Erzeugung einer Nettoleistung von 4500 Megawatt Strom Vergleich: Deutsches AKW maximal 1410 Megawatt Nettoleistung Sollte im Jahresverlauf abgeschaltet werden

Was passierte im AKW Fukushima? Schweres Erdbeben (Stärke 9,0) am 11.März 2011 erschüttert Japan Stromversorgung im AKW fiel aus Pumpen, welche Kühlwasser transportieren, arbeiten nicht mehr Angesprungene Notstromaggregate werden durch Tsunami nach einer Stunde zerstört Zerstörte Infrastruktur verhindert Reparatur der Pumpen

Was passierte im AKW Fukushima?  Versagen des Kühlsystems aller Blöcke sowie einer Lagerstätte alter Brennelemente (Abklingbecken) Kühlwasser verdampfte  Brennstäbe teilweise, oder gar nicht mehr von Wasser umgeben. Notkühlung durch Meerwasserzufluss nicht ausreichend. Beginn einer Kernschmelze (?!) in Folge der extrem hohen Temperaturen offenbar in 3 verschiedenen Reaktoren In Folge der extremen Verdunstung und Reaktion des Wasserdampfes mit freiliegenden Zirkonium- Brennelementen kam es zu einer Verpuffung von Wasserstoff (Knallgas-Explosion) in den Reaktoren 1-3 Feuerausbruch in Reaktor 3 und 4

Explosion des Reaktorblocks 1

Prinzipieller Aufbau eines Siedewasserreaktors

Sicherheitseinrichtungen 1. Äußere Abschirmung (1,2m) 2. Containment (4cm Stahl) 5. Reaktordruckgefäß (20cmSpezialstahl) 6. Brennstäbe 9. Druckentlastungsventil

Funktionsweise Kernreaktor

Wie kommt es zur Kernschmelze? Siedewasserreaktoren sind prinzipiell „unterkritisch“, d.h. bei fehlendem Kühlwasser stoppt die Kettenreaktion Problematisch ist jedoch die so genannte Nachzerfallswärme (Wärme die entsteht, wenn die zuletzt gespaltenen Atomkerne weiter radioaktiv zerfallen) Nachzerfallswärme kann nicht durch die Steuerstäbe kontrolliert werden Bei vollständigem Ausfall des Kühlsystems kann es durch die Nachzerfallswärme zu einer Kernschmelze kommen

Was ist eine Kernschmelze? Als Kernschmelze bezeichnen man einen schweren Unfall in einem Kernreaktor Die Brennstäbe überhitzen massiv (ca. 2000°C) Durch die Hitze beginnen die Hüllrohre und der darin eingeschlossene Kernbrennstoff der Brennstäbe zu schmelzen. Das geschmolzene Material sammelt sich am Boden des Reaktors Im Endstadium kann es passieren, dass die extrem heißen Schmelzprodukte sich durch den Boden schmelzen und somit in den Boden und Grundwasser gelangen

Wie funktioniert das Kühlsystem? Pumpen (15 +16) ohne Stromversorgung: Strommasten und Notstromgeneratoren „weggespült“, Batterien hielten nur 8 Stunden

Gelingt es nicht, den Druck im Reaktor zu senken, kommt es zur Hochdruckschmelze Durch schnelle Verdampfung des Kühlwassers kann es zu Wasserdampfexplosion kommen Der hohe Druck kann das Containment beschädigen (offenbar in Reaktor 2) In Folge dessen kann radioaktives Material freigesetzt werden

Biologische Wirkung rad. Strahlung bis 0,5 Sievert keine nachweisbare Wirkung außer geringfügigen Blutbildveränderungen. Statistisch erhöhte Krebswahrscheinlichkeit. 0,5 bis 1,5 Sievert bei etwa 5-25 % etwa einen Tag lang Erbrechen und Übelkeit, gefolgt von anderen Symptomen der Strahlenkrankheit; keine Todesfälle zu erwarten. 1,5 bis 3,5 Sievert oft Erbrechen und Übelkeit am ersten Tag, gefolgt von anderen Symptomen der Strahlenkrankheit; bis zu 20 % Todesfälle innerhalb von 2 bis 6 Wochen 3,5 bis 5 Sievert bei allen Exponierten Erbrechen und Übelkeit am ersten Tag; etwa 50 % Todesfälle innerhalb eines Monats 5 bis 7,5 Sievert bei allen Exponierten Erbrechen und Übelkeit innerhalb von 4 Stunden. Bis zu 100 % Todesfälle;

Voraussichtliche Verbreitung Radioaktivität wird nicht (oder nur in unschädlichen Mengen) nach Deutschland gelangen! Tokio (ca. 37 Mio Einwohner!) ist gefährdet

Wie problematisch ist Fukushima I einzustufen? Die internationale Energiebehörde (IAEA) stuft Unfälle in Kernkraftwerken mit einer INES- Skala ein Skala besitzt Stufen 0 bis 7 Fukushima I besitzt derzeit die Stufe 4 (japanische Regierung) bzw. 6 (franz. Atomsicherheitsbehörde), d.h. „Unfall“ bzw. „schwerer Unfall““ Vergleich: Reaktorunfall Tschernobyl – Stufe 7 – „Katastrophaler Unfall“

Tschernobyl? Was war das nochmal? 26. April 1986 Größte nukleare Katastrophe der Geschichte im Kernkraftwerk Tschernobyl Eine Explosion im Reaktorblock 4 führte zu einem Super-Gau

große Mengen radioaktiven Materials wurden in die Luft geschleudert Fläche von 3900000 km² kontaminiert Japan hat eine Fläche von 377835 km² Jährliche Kosten bis heute: ca. 5% des ukrainischen BIP

Welche Maßnahmen wurden in Japan ergriffen? Evakuierungsmaßnahmen wurden eingeleitet (20km Radius um das AKW) Bisher Evakuierung von 200000 Menschen Nur noch Notbesatzung von 50 Arbeitern im Kraftwerk Meerwasser wurde zur Kühlung in Reaktorblock 1 - 3 eingeführt Dem Meerwasser beigemischte Borsäure dient zusätzlich als Neutronenabsorber Verteilung von Iod-Tabletten an Bevölkerung (Schilddrüsenkrebs-Vorsorge)

Bedeutung für Deutschland Laufzeitverlängerung der Kernkraftwerke ausgesetzt  7 AKW´s abgeschaltet Neubewertung des Begriffs „Restrisiko“ Zeitalter der erneuerbaren Energien möglichst schnell erreichen

Warum Kernenergie? Günstig Geringer Rohstoffbedarf Geringe CO2 Emission Grundlastfähig (immer verfügbar)

Zynismus zum Abschluss:

Literaturverzeichnis: http://de.wikipedia.org/wiki/Fukushima_1 (Datum des Zugriffs: 13.03.2011 - 16 Uhr) http://de.wikipedia.org/wiki/Kernschmelze (Datum des Zugriffs: 13.03.2011 - 16 Uhr) http://de.wikipedia.org/wiki/Katastrophe_von_Tschernobyl (Datum des Zugriffs: 13.03.2011 - 15:30 Uhr) http://www.n-tv.de/Spezial/Was-bedeutet-Fukushima-4-article2826246.html (Datum des Zugriffs: 13.03.2011 - 16:30 Uhr) http://www.n-tv.de/Spezial/Japan-steht-vor-einer-nuklearen-Katastrophe- article2835141.html (Datum des Zugriffs: 14.03.2011 - 16:00 uhr) http://umweltinstitut.org/fragen--antworten/radioaktivitat/jodversorgung- bei-nuklearer-freisetzung-39.html (Datum des Zugriffs: 14.03.2011 - 17 Uhr) http://www.morgenpost.de/printarchiv/politik/article1574485/Merkels- Furcht-vor-der-Atomdebatte.html (14.03.2011 - 17Uhr) http://uk.reuters.com/article/2011/03/14/us-japan-quake-nuclear-france- idUKTRE72D6PR20110314 http://www.spiegel.de/panorama/0,1518,751203,00.html (16.03. 10Uhr) http://www.salzburg.com/online/thema/thema+erdbebenjapan/Info-Die- Folgen-der- Strahlung.html?article=eGMmOI8VdeV27ZBsyV5y7apIACZg3BTTFcuR9w5&img =&text=&mode= (16.3. 15Uhr)

Abbildungsverzeichnis http://www.spiegel.de/politik/ausland/bild-750856-191427.html http://d1.stern.de/bilder/stern_5/panorama/2011/KW10/fukushima/fukushima_05_maxsize_735_490.jpg http://estb.msn.com/i/C8/BD201AAEF56F9C5A199586B843C172.jpg http://www.n-tv.de/img/28/2824291/Img_4_3_220_1299951159.jpg9092293374203570470.jpg http://www.spiegel.de/images/image-191017-galleryV9-jxys.jpg http://upload.wikimedia.org/wikipedia/commons/3/38/Schema_Siedewasserreaktor.svg http://blog.rainbownet.ch/bilder/tchernobyl-reaktor-katastrophe.jpg http://upload.wikimedia.org/wikipedia/commons/d/d8/Chernobylreactor_1.jpg http://www.spiegel.de/panorama/bild-750714-191427.html http://www.spiegel.de/fotostrecke/fotostrecke-65611.html http://www.zw-jena.de/energie/kernenergie.html http://www.youtube.com/watch?v=kjx-JlwYtyE http://xinos.wordpress.com/2011/03/13/kernschmelze-in-zweitem-reaktor/ http://www.spiegel.de/panorama/0,1518,750714,00.html http://www.spiegel.de/spiegel/ http://upload.wikimedia.org/wikipedia/commons/5/59/Strommix-D-2009.png http://www.tagesschau.de/multimedia/sendung/ts25378.html http://www.tagesschau.de/ausland/fukushima174.html http://orf.at/stories/2047501/2047507/ http://www.spiegel.de/panorama/bild-751122-192410.html http://de.wikipedia.org/wiki/Liste_der_Kernreaktoren_in_Japan http://www.n-tv.de/img/28/2847656/O_1000_680_680_1034x664-KKKruemmel-Energie-Grafik-Detail-14376903.jpg http://www.spiegel.de/flash/flash-24377.html http://www.spiegel.de/flash/flash-25464.html