Am 11. März 2011 um 14:46 Uhr Ortszeit erschütterte ein Erdbeben der Stärke 9,0 (Richterskala) den Norden der japanischen Hauptinsel Honshu. Wenig später erreichte ein Tsunami die nördliche Ostküste der Insel, der katastrophale Auswirkungen für die Menschen der Region hatte.
Unfall im Kernkraftwerk Fukushima DaiichiIm Kernkraftwerk Fukushima Daiichi (in den Medien auch als Fukushima-1 oder Fukushima-I bezeichnet) mit seinen sechs Siedewasserreaktorblöcken ging durch das Erdbeben die Anbindung an das öffentliche Stromnetz verloren. Die nukleare Kettenreaktion in den zu diesem Zeitpunkt betriebenen Reaktorblöcken 1 bis 3 wurde durch Schnellabschaltung gestoppt. Das gesamte Ausmaß der Erdbebenschäden in den Anlagen konnte unter anderem aufgrund der gefährlichen Höhe der radioaktiven Strahlung bisher noch nicht in vollem Umfang ermittelt werden.
Durch den auf das Erdbeben folgenden Tsunami fielen in den Blöcken 1 bis 4 zusätzlich alle Notstromdieselgeneratoren langfristig aus. Somit fehlte diesen Blöcken die Energieversorgung für die Kühlung der Brennelemente in den Reaktorkernen und den Brennelementbecken, die auch nach der Reaktorschnellabschaltung erforderlich ist. In den Blöcken 5 und 6 fielen ebenfalls Notstromdieselgeneratoren aus - bis auf einen. Dieser Notstromdiesel wurde für die Blöcke 5 und 6 dann wechselseitig benutzt, um zumindest schwere Kernschäden zu vermeiden.
Zusätzlich zur Notstromversorgung fiel auch die Nebenkühlwasserversorgung durch Beschädigungen an Pumpen und Schaltanlagen in Folge des Tsunamis aus. Das Nebenkühlwassersystem wird unter anderem zur Nachwärmeabfuhr benötigt.
Schäden am Reaktorkern
Der Ausfall der Notstromversorgung und der Nebenkühlwasserversorgung führte in den Blöcken 1, 2 und 3 des Kernkraftwerks Fukushima Daiichi zum Ausfall der Kernkühlung sowie der Kühlung der Brennelementlagerbecken. Soweit bisher bekannt, fielen in Block 1 direkt nach Eintreffen des Tsunamis die Sicherheitssysteme vollständig aus. Bei den Blöcken 2 und 3 konnte der Betrieb der Notkühlsysteme etwa 3 (Block 2) bzw. 2 Tage (Block 3) aufrechterhalten werden, bevor auch diese Systeme ausfielen. Da einige Zeit vergangen war, bis eine Einspeisung von zunächst Süß-, dann Meerwasser zur Kühlung aufgenommen werden konnte, kam es zur Überhitzung der Reaktorkerne und in der Folge zum Schmelzen von Kernmaterial.
Nach vorläufigen Analysen der Betreiberfirma TEPCO und der japanischen Atom-Aufsicht hat in Block 1 das geschmolzene Kernmaterial teilweise den Reaktordruckbehälter durchschmolzen und sich in den Beton am Boden des Sicherheitsbehälters gefressen (innerhalb des Sicherheitsbehälters). Unklar ist, ob die Noteinspeisung von Kühlwasser mittels Feuerlöschpumpen in den Blöcken 2 und 3 ein Versagen der Reaktordruckbehälter verhindern konnte. Es wird davon ausgegangen, dass sich hier der Großteil des Kernmaterials noch innerhalb der Reaktordruckbehälter befindet und dort erstarrt ist.
Wahrscheinlich ist in den Blöcken 1 bis 3 der Sicherheitsbehälter beschädigt, der den Reaktordruckbehälter umschließt - in Block 2 auch im Bereich der Kondensationskammer.
WasserstoffexplosionenZwischen dem 12. und 15. März 2011 haben sich mehrere Wasserstoffexplosionen ereignet und zu weitreichenden Zerstörungen der Reaktorgebäude der Blöcke 1, 3 und 4 geführt. Bei Beschädigungen des Reaktorkerns kann sich Wasserstoff durch die Reaktion von Wasserdampf mit den Hüllrohren der Brennelemente bilden. Diese Reaktion setzt bei Temperaturen ab zirka 900°C ein. In Siedewasserreaktoren ist der Sicherheitsbehälter im Normalbetrieb mit Stickstoff inertisiert, das heißt, es steht nicht genügend Sauerstoff zur Verfügung, damit Wasserstoff und Sauerstoff miteinander explosionsartig reagieren. Jedoch sind im Verlauf des Unfalls in Fukushima größere Mengen Wasserstoff in die Reaktorgebäude gelangt. Inwieweit dies durch Leckagen der Sicherheitsbehälter oder im Zuge der Druckentlastung der Sicherheitsbehälter geschehen ist, ist bislang noch unklar. Im Fall des zum Unfallzeitpunkt nicht in Betrieb befindlichen Blocks 4 wird vermutet, dass der Wasserstoff über eine gemeinsam genutzte Leitung vom Block 3 in den Block 4 geströmt ist.
Zeitnah zur Explosion in Block 4 wurden ein Knall und eine Erschütterung im Block 2 wahrgenommen. Was dazu geführt hat, ist unklar; als mögliche Ursache werden neben Explosionen in Block 2 auch direkte Auswirkungen der Explosion des Reaktorgebäudes des Blocks 4 in Betracht gezogen.
Aufgrund der Explosionen in den Reaktorgebäuden der Blöcke 1, 3 und 4 sind hier auch Trümmerteile in die Brennelementlagerbecken, die sich im oberen Bereich der Reaktorgebäude außerhalb des Sicherheitsbehälters befinden, gefallen. Daher ist davon auszugehen, dass hierin befindliche Brennelemente mechanisch beschädigt wurden.
Um die erneute Entstehung eines explosionsfähigen Wasserstoffgemisches zu vermeiden, wird in den Blöcken 1 bis 3 Stickstoff in die Sicherheitsbehälter eingespeist. In den ersten Tagen des Unfalls wurden in den Blöcken 5 und 6 Öffnungen in den oberen Bereichen der Reaktorgebäude geschaffen, um Wasserstoffexplosionen zu vermeiden.
Freisetzung von Radioaktivität in die Umwelt
Aufgrund des Unfalls kam es zur Freisetzung großer Mengen Radioaktivität in die Umwelt. Dies führte auch zur Einstufung des Unfalls in Fukushima Daiichi in die Stufe 7 „Katastrophaler Unfall“ in der internationalen Meldeskala INES (International Nuclear and Radiological Event Scale).
Die Freisetzungen in die Atmosphäre erfolgten im Wesentlichen:
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durch die ungefilterte Druckentlastungen der Sicherheitsbehälter:
Neben der Freisetzung von Edelgasen, die auch bei einer gefilterten Druckentlastung erfolgt wäre, führte dies zur Freisetzung von anderen leichtflüchtigen Spaltprodukten wie Jod und Cäsium. - durch Leckagen der Sicherheitsbehälter:
Während des Unfallablaufs wurden Druck und Temperatur der Sicherheitsbehälter, für die die Sicherheitsbehälter konzipiert waren, in den Blöcken 1 bis 3 zum Teil deutlich überschritten. Daher ist zu erwarten, dass hierbei Leckagen aufgetreten sind.
Neben der Freisetzung in die Atmosphäre kam es zur Freisetzung von Radioaktivität in Wasser – hauptsächlich als Kontamination des zur Notkühlung eingespeisten Wassers. Da keine geschlossenen Kühlkreisläufe mehr existieren, haben sich große Mengen kontaminierten Wassers über Leckagen der Sicherheitsbehälter in den Gebäuden angesammelt. Anfang April 2011 kam es zum Ausfluss von stark kontaminiertem Wasser ins Meer.
Inzwischen ist eine provisorische Reinigungsanlage für das kontaminierte Wasser in Betrieb. Hierdurch und durch Einrichtungen zur Rückspeisung des gereinigten Wassers in die Reaktoren soll die erforderliche Kühlung der Reaktorkerne erreicht werden, ohne weitere kontaminierte Wassermassen in den Gebäuden anzusammeln.
Maßnahmen zur Minderung der Unfallfolgen
Der Betreiber TEPCO stellte am 17. April 2011 in einer sogenannten Roadmap seine Planungen vor, wie die Blöcke 1 bis 4 des Kernkraftwerkes Fukushima Daiichi mittelfristig in einen kontrollierten Zustand überführt werden sollen. Mit einer Reihe von Maßnahmen soll schrittweise über einen Zeitraum von mehreren Monaten eine stabile Anlagensituation hinsichtlich
- der Kühlung der Reaktoren und Brennelement-Lagerbecken,
- der Begrenzung der Freisetzung radioaktiver Materialien und
- der Überwachung der radiologischen Situation innerhalb und außerhalb des Kraftwerks
geschaffen werden.
Für die Blöcke 1 bis 3 war das Hauptziel, die Kühlung der zerstörten Reaktorkerne langfristig bei Temperaturen unter der Siedetemperatur von 100°C sicherzustellen. Dies wurde nach einer Erklärung der japanischen Regierung vom 16. Dezember 2011 für alle Reaktoren erreicht.
Mittlerweile wird kontaminiertes Wasser in einer Reinigungsanlage aufbereitet und zur Kühlung der Reaktoren verwendet, um die angesammelte Menge an kontaminiertem Wasser zu reduzieren. Wesentliche Aktivitäten sind darauf gerichtet, die radioaktiven Wässer aus den Gebäuden abzupumpen und zu entsorgen.
Um die weitere Freisetzung radioaktiver Stoffe in die Umgebung zu reduzieren, ist auch die Abdeckung der zerstörten Reaktorgebäude vorgesehen. Eine provisorische Überbaukonstruktion aus einem Stahlgerüst - bedeckt mit wasser- und luftundurchlässigen Zeltfolien und ausgestattet mit einer Lüftungsanlage mit Filtersystemen - wurde inzwischen über dem Block 1 errichtet.
Trotz der erreichten Fortschritte sind weitere Maßnahmen erforderlich, um die Anlage in Fukushima Daiichi in einen kontrollierten und dauerhaft sicheren Zustand zu bringen.
Langfristige Planungen
Langfristig plant der Betreiber TEPCO die Bergung der teilweise geschmolzenen Reaktorkerne und der Brennelemente in den Brennelementlagerbecken sowie deren Entsorgung. Anschließend soll ein Rückbau der Anlage erfolgen.
Voraussetzung hierfür ist eine Überbauung der zerstörten Reaktorgebäude mit einer festen Struktur, die auf dem bestehenden Gebäudefundament aufsetzen soll. Um die Reaktorkerne und Brennelemente zu bergen, sind mehrere Installationen innerhalb der Überbauung geplant (zum Beispiel ein Portalkran). Aus Gründen des Strahlenschutzes ist zuvor eine gründliche Dekontaminierung der Gebäude erforderlich. Ferner muss zur Abschirmung der Strahlung der Sicherheitsbehälter mit Wasser geflutet werden. Dies setzt geeignete Abdichtmaßnahmen der durch den Unfall entstandenen Leckagen voraus.
Aufgrund der Komplexität dieser Aufgaben und der noch unklaren Situation des Brennstoffs innerhalb der Sicherheitsbehälter sind die Planungen zu Bergung des Brennstoffs mit erheblichen Unsicherheiten behaftet. Insbesondere lässt sich der dafür erforderliche Zeitrahmen kaum abschätzen.
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