Archive for März, 2011

Ein wenig Wissenswertes für die journalistischen Kollegen, die derzeit über das Thema schreiben (müssen); Physiker mögen die Vereinfachung verzeihen, mir geht es um das prinzipielle Verständnis einzelner Begriffe und nicht um eine wissenschaftliche Arbeit.

Notabschaltung und Herunterfahren eines Reaktors
Nein. Das sind keine Synonyme.
Not-Aus ist auch keine Variante des kontrollierten Herunterfahrens eines Reaktors.
Not-Aus verhält sich zum Herunterfahren wie der Abschuss eines Flugzeuges in der Luft zu einer kontrollierten Landung. Etwas, das man nicht macht, ausser es gibt verdammt gute Gründe dazu – wie jetzt in Japan.
Bei einer Reaktorschnellabschaltung werden die Steuerstäbe in Sekunden in den Reaktorkern komplett gefahren. Sie enthalten meist Bor. Wenn nichts anderes mehr hilft, wird auch das Kühlwasser mit Borsäure versetzt, bezeichnenderweise nennt man das Vergiftung (des Reaktors).
Zu beiden Massnahmen braucht man allerdings Strom. Und wenn ein Tsunami nicht nur die Stromleitungen komplett eliminiert, sondern gleichzeitig auch die Dieselbehälter für die Notaggregate wegschwemmt, bleiben nur mehr die Notbatterien, falls noch vorhanden. Wie weit während eines Erdbebens kurz zuvor dann selbst ein Not-Aus noch sauber in Fukushima funktioniert hat, darüber liegen mir keine geprüften Informationen vor, ausser den Mutmassungen zahlreicher Schreiberlinge.

Reaktorfahren
ist ein Beruf mit großer Verantwortung. Auch wenn es wie Traktorfahren klingt, so sitzt der Kollege an einem Büroarbeitsplatz an einer komplexen Steuerungsanlage. Was er mit seinen Computerkommandos überwacht und gegebenenfalls steuert, sind absorbierende Stäbe zwischen den Brennelementen. Welche, wie viele Stäbe er wann wie weit zwischen die einzelnen Brennelemente einschieben lässt, das beeinflusst die Leistung des Kernkraftwerkes, aber auch dessen Abnutzung, den Abbrand (der Brennstäbe). Kennt man vielleicht von Autoreifen, die manch einer auch mal von vorne nach hinten tauscht, damit das Profil gleichmässig abgefahren ist.
Die Steuerung (und dazu zählt auch das kontrollierte Herunterfahren) erfolgt über die Regelung der Steuerstäbe im Reaktor und des Kühlmitteldurchsatzes. Ein Reaktor wird also kontinuierlich gefahren, „überwacht“ und geregelt, nicht nur im Fall eines kontrollierten Herunterfahrens („Abschalten“).
(Es mag sein, dass sich der Kollege lieber als Systemingenieur oder ähnliches sieht, das fällt aber eher in die Kategorie: Hausmeister versus Facility Management)

Demonstranten fordern: Kernkraftwerk abschalten und aus ist es
Weder ein kontrolliertes Abschalten (Herunterfahren) noch ein Not-Aus beenden die Energieproduktion ad-hoc. Man kann einen Reaktor nicht wie eine Lampe einfach ausknipsen.
Eine Schnellabschaltung verhindert durch die Absorption der freien Neutronen weitere initiale Spaltung von Kernen. Was dies nicht verhindert, ist der weitere radioaktive Zerfall der entstandenen Spaltprodukte. Und die produzieren noch tagelang Radioaktivität und damit Nachwärme – hart gesprochen: Leistung, die aus welchen Gründen auch immer, dann nicht mehr gefragt ist. Aber weiterhin entsteht.

Wenn man ein Kernkraftwerk auf Dauer stilllegt, müssen also alle Brennstäbe einzeln aus dem Core, dem Reaktorkern entfernt und weiter voneinander gelagert und weiterhin gekühlt werden. Auch Brennelemente, die nach dem Erreichen des zulässigen Abbrandniveaus ersetzt werden sollen, werden vor dem Abtransport in einem wassergefüllten Abklingbecken zwischen gelagert.

Wie das Herunterfahren klappt auch das Anfahren eines Reaktors nicht per Anknipsen: Neue Kernreaktoren fährt man über mehrere Tage an, während Zustand und Verhalten des Reaktors penibel überwacht werden.

Abklingbecken
Das Abklingbecken ist kein und enthält keinen Reaktorkern. Es sieht – platt ausgedrückt – aus wie ein Schwimmbecken. Oben offen. Hierin werden bereits zu viel verbrauchte („abgebrannte“) Brennelemente tagelang zwischengelagert, bevor sie zur Wiederaufbereitung abtransportiert werden. Die Lagerung ist nicht so dicht gepackt wie im Kern.
Fehlt das kühlende Wasser, entsteht auch hier große Wärme.

Restwärme
Auch nach dem Beenden der Kettenreaktion entsteht im Reaktor Wärme, weil die entstandenen Spaltprodukte selbst radioaktiv zerfallen. Der Begriff Restwärme ist Nonsens, weil die Nachzerfallswärme keine noch vorhandene Hitze des Reaktorkerns beim Abschalten ist, sondern durch weitere radioaktive Zerfälle neu produziert wird.

Halbwertszeit und was man wirklich fordern sollte
Wir sind gewohnt, regelmässig mit neuen Katastrophenmeldungen überflutet zu werden, die die alten möglichst schnell aus unserem Gewissen verdrängen. Welcher Lebensmittelskandal ist gerade noch in unserem Bewusstsein präsent? Ist Ägypten, Libyen noch oder jetzt nur mehr Japan das Gesprächsthema?
Cs 137, eines der relevanten Spaltprodukte bei Siedewasserreaktoren, hat eine Halbwertszeit von 30 Jahren. Es ist gut wasserlöslich und sehr Sauerstoffaffin. Zu gut deutsch: mischt sich also mit allem und jedem, in der Luft und in der Nahrungsmittelkette. Radioaktive Strahlung sieht man nicht, schmeckt man nicht, riecht man nicht. Sie wirkt trotzdem. Haben wir also jetzt irgendwo die achtfache zulässige Belastung, so wirkt in 30 Jahren noch immer die vierfache auf uns ein. Wir importieren aus Japan und der Region nicht nur Fisch, sondern auch Autos und vieles mehr.
Wer kontrolliert hierzulande Importe auf Strahlung? Wo gibt es öffentlich zugängliche Strahlungsmessgeräte, die jeder benützen kann? Warum fordert das keiner in einer Demo?

Kernkraft statt Atomkraft
Die Kraft liegt im Kern und nicht in seiner fast materielosen Elektronenhülle. Wer von Atomkraft statt von Kernkraft spricht, lässt erahnen, wie wenig er von der Materie, über die er sich äussert, versteht.
Zur Erinnerung: In der Physik gibt es vier Grundkräfte: die starke Kernkraft, Elektromagnetische Kraft, schwache Kernkraft und die Gravitation. „Atomkraft“ fällt in die gleiche Worthülsen-Kategorie wie Herzkraft oder Körperkraft.
Ich, du, er, sie, es – alle Materie in diesem Universum besteht aus Atomen. Also, was immer die „Atomkraft“ beschreiben möge, sie umfasst auch unser gesamtes Leben und nicht nur Kernkraftwerke. Noch immer abschaffen?

Kritisch und nicht kritisch
Wenn ebenso viele freie Neutronen erzeugt werden wie durch Absorption verschwinden, nennt man das „kritisch“, k=1. Der kritische Zustand ist der normale Betriebszustand eines Kernreaktors, in dem eine sich selbst erhaltende Kettenreaktion abläuft. Beim Anfahren des Reaktors liegt der k-Wert leicht über 1 (überkritischer Reaktor), um die Kettenreaktion kontrolliert zu starten.
Der Reaktor verändert im Laufe des Betriebs kontinuierlich sein Verhalten – das Uran 235 in den Brennstäben, verbraucht sich, die Stäbe „brennen ab“. Nach drei bis fünf Jahren müssen sie deshalb getauscht werden. Ebenso verändert sich die Zusammensetzung des Kühlwassers während des Betriebes durch die sich ständig ändernde Strahlung durch den Abbrand der Brennstäbe. Darum wird der Betrieb eines Reaktors laufend automatisch korrigiert und dies von Menschen überwacht.

Aus dem Spiegel 11, 2011: Die Brennstäbe schwimmen im Reaktorbehälter
Nein. Vielleicht schwimmt eine Ente im Badewasser der Journalistin, aber weder die Brennstäbe noch die Steuerungsstäbe schwimmen frei im Wasser irgendeines Kernreaktors. Ohne fixe Distanz sowohl zueinander als auch zu den Steuerstäben wären sie nicht mehr kontrollierbar.
Der Ausdruck hinkt nicht nur, er führt den Leser auf eine falsche Fährte.
Und ein Tipp: wenn es um die Sicherheit von Hochhäusern in extrem erdbebengefährdeten Gebieten geht, dann setzen Architekten und Statiker auf flexible Lagerung, auf eine Abkopplung des Gebäudes von Bodenschwingungen. Auch die Flächenspitzen einer Boeing 747 schwingen im Flug bis zu 12 Meter nach oben und unten. Wären sie komplett starr, würden sie bei einem ganz normalen Transatlantikflug abbrechen.

Nicht alles was hinkt, ist ein Vergleich*
Zitat aus dem Spiegel 11, 2011:

Allein China will in den nächsten Jahren über 60 neue Reaktoren bauen, mehr als es heute Anlagen in Japan gibt.

Tja. Journalismus hin und her. Das Zitat hat die informative Qualität von: ein Kind allein isst zwei Äpfel und im ganzen Kindergarten werden sogar 30 Äpfel pro Tag verspeist!
Japan ist eine (seit jeher) erdbebengefährdete, relativ kleine Inselkette. China erstreckt sich über einen Großteil des Kontinents Asiens. Wenn man das Flächenmässig vergleicht, schneidet China sogar recht gut ab mit Quadratmeter pro Kernkraftwerk.
Mit mehr Sinn behaftet wäre eine Untersuchung, wo genau die neuen Kraftwerke geplant sind, ob die gewählten Standorte und Betreiber sicher sind und mehr. Dann können wir weiter diskutieren oder einen neuen kraftvollen Schlusssatz suchen.

Erdbeben der Stärke 7,2 oder 9,1
Zahlen sind immer gut, wenn man Fachwissen beweisen möchte. Man sollte sie allerdings korrekt einordnen können, will man dabei ernst genommen werden.
Ein Erdbeben der Stärke 2 (auf der nach oben offene Richterskala) wird auch unmittelbar über dem Epizentrum nicht viel mehr als ein Tassenwackeln bewirken. Und ein 9er wird auch in größerer Entfernung noch gravierende Schäden anrichten.
Bei einem 9er mit Zentrum inmitten eines großen Ozeans werden aber nicht die unmittelbaren Bebenschäden auf dem Festland das Problem sein, sondern die Wasserwellen an den Küsten (Tsunami). Ein Epizentrum inmitten eines großen Kontinents wird auch bei 9,1 keinen Tsunami bewirken.
Die Erdbebenstärke muss also stets in Distanz zum und der Art/Lage des Epizentrum gesehen werden.

(Zitat aus einer Newsgroup): Fukushima ist überall – Atomausstieg jetzt
Warum? An den Sicherheitskriterien für Kernkraftwerke in Deutschland hat sich auch mit den tragischen Ereignissen in Japan nichts geändert. Tsunamiauswirkungen in Mitteleuropa sind so unwahrscheinlich wie ein städtezerstörender Meteoriteneinschlag. Nicht unmöglich, aber komplett unrealistisch. Hier sind komplett andere Voraussetzungen wie an einer Inselkette im Pazifik. Geologen mögen mich korrigieren. Auch die Gefahr der seit Jahrhunderten bekannten Erdbebenlinie rund um Japan ist mit der Gefahr eines starken Bebens hierzulande vermutlich nicht mal in der Größenordnung vergleichbar.
Link: Die geologischen Grundlagen aus der Sicht des Deutschen Geoforschungszentrums Potsdam
Ob man für oder gegen Kernkraftwerke ist, da mag es gute Gründe geben. Politische Gründe, die die Wahl einer Partei fördern sollen, sind absurd.
Natürlich ist die Gefahr, in Frankfurt am Main auf der Zeil von einem Tiger angefallen zu werden, nicht gleich null. In ganz Sumatra dürfte sie aber bedeutend höher liegen. Auf der Zeil deswegen in Panik auszubrechen, macht wenig Sinn.

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* Zitat (Überschrift) stammt meines Wissens von Frank Kemper.

Die Diplomarbeit (Physik) des Autors dieses Beitrages war an der TU Wien (in Zusammenarbeit mit der IAEA): die mobile Abbrandmessung (Cs 137) eines Siedewasserreaktors.

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