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Grundlegende Probleme und die Gefahr schwerer Unfälle

Ein grundlegendes Sicherheitsproblem eines Kernkraftwerks liegt darin, dass auch nach dem Abschalten im Reaktorkern weiter erhebliche Wärme entsteht. Um eine Kernschmelze zu verhindern, muss der Brennstoff deshalb ununterbrochen gekühlt werden. Dazu benötigt das Kernkraftwerk eine sehr komplexe Sicherheitstechnik. Aber auch damit ist keine hundertprozentige Sicherheit erreichbar. Fazit: Auch heute können jederzeit schwere Unfälle passieren - mit katastrophalen Folgen für Mensch und Umwelt.  

Im Kernkraftwerk entsteht die Wärme durch Kernspaltung im Brennstoff. Bei den derzeit 17 in Deutschland betriebenen Kernkraftwerken handelt es sich um Leichtwasserreaktoren (elf Druckwasserreaktoren, sechs Siedewasserreaktoren). Bei diesen dient Wasser als Kühlmittel und Moderator. Über einen Wasser-Dampfkreislauf wird eine Turbine angetrieben und über einen Generator Strom erzeugt. Bei Druckwasserreaktoren (DWR) bleibt der primäre Kühlkreislauf unter hohem Druck, so dass das Kühlwasser beim Durchgang durch den Reaktorkern nicht siedet. Die Wärme wird an einen sekundären Kühlkreislauf abgegeben, in dem der Dampf erzeugt wird, der wiederum die Turbine antreibt. Bei Siedewasserreaktoren (SWR) verdampft dagegen Kühlmittel bereits im Reaktorkern. Dieser Dampf treibt direkt die Turbine an.

Bei der Kernspaltung entstehen sehr große Mengen radioaktiver Stoffe. Damit diese Stoffe nicht aus dem Reaktor entweichen, gibt es unterschiedliche Barrieren. Der größte Teil der im Reaktor vorhandenen radioaktiven Stoffe befindet sich im eingesetzten Brennstoff. Dieser Brennstoff ist in Brennstäbe eingebunden, die aus einem gasdicht verschweißten Metallrohr bestehen. Die zu Brennelementen zusammengefassten Brennstäbe bilden den Reaktorkern. Dieser befindet sich im Reaktordruckbehälter, einem Stahlbehälter, durch den heißes und unter hohem Druck stehendes Kühlmittel zur Abfuhr der erzeugten Wärmeleistung gepumpt wird. Der Reaktordruckbehälter, die umgebenden Strukturen und Komponenten sind von einer Stahlhülle, dem so genannten Sicherheitsbehälter, eingeschlossen. Dieser soll bei Störfällen verhindern, dass Kühlmittel verloren geht und radioaktive Stoffe in die Umgebung entweichen. Der Sicherheitsbehälter ist wiederum gegenüber Einwirkungen von außen geschützt – durch die Betonhülle des Reaktorgebäudes.

Der Reaktor muss jederzeit sicher abgeschaltet und in einem unterkritischen Zustand gehalten werden können. Es sind Steuerstäbe vorhanden, die zur Abschaltung des Reaktors vollständig in den Reaktorkern eingebracht werden müssen, um einen weiteren Ablauf der Kettenreaktion zu unterbinden. Beim DWR wird im primären Kühlkreislauf zusätzlich Borsäure zugefügt, um die Kettenreaktion zu beeinflussen. Weiterhin ist es erforderlich, die im Reaktorkern entstehende Wärme zuverlässig abzuführen. Auch wenn der Reaktor abgeschaltet ist, wird beim radioaktiven Zerfall der entstandenen Spaltprodukte die so genannte Nachzerfallswärme erzeugt. Diese beträgt sofort nach dem Abschalten der Kettenreaktion etwa sieben Prozent der ursprünglichen thermischen Leistung des Reaktors und klingt erst allmählich im Laufe der folgenden Stunden und Tage weiter ab.

Dies bedeutet für eine Anlage mit einer typischen thermischen Reaktorleistung von etwa 3.500 MW, dass unmittelbar nach dem Abschalten noch eine thermische Leistung von rund 245 MW und auch einen Tag später noch über 20 MW abgeführt werden müssen. Diese Wärmemengen würden ausreichen, den Reaktorkern so weit zu erhitzen, dass der Brennstoff und die umgebenden Metallstrukturen zusammenschmelzen. Durch die bis zu 3.000°C heiße Kernschmelze und weitere Wechselwirkungen (beispielsweise Druckaufbau, Dampfexplosionen, Wasserstoffexplosionen) können die umgebenden Barrieren (Reaktordruckbehälter, Sicherheitsbehälter, Reaktorgebäude) zerstört werden. In diesem Fall lässt es sich nicht verhindern, dass große Mengen radioaktiver Stoffe in die Umgebung entweichen.

Auch nach dem Abschalten des Reaktors müssen die Brennelemente also kontinuierlich gekühlt werden. Dies erfordert intakte Kühlketten mit ausreichenden Kühlmittelvorräten, um die Wärme abzuführen. Aktive Einrichtungen, wie beispielsweise die Pumpen und Armaturen, sowie die Überwachung und Steuerung dieser Einrichtungen müssen zuverlässig funktionieren. Zudem benötigen sie Betriebsmittel und Hilfsstoffe - beispielsweise Kraftstoffe und elektrische Energie.

Bei einem Leck am primären Kühlkreislauf wird das austretende Kühlmittel im Sicherheitsbehälter aufgefangen und gesammelt. Es ist dann erforderlich, mit Hoch- und Niederdruck-Notkühlsystemen dieses Wasser aus dem Sicherheitsbehälter in den Kühlkreislauf zurückzuspeisen, damit der Brennstoff kontinuierlich gekühlt bleibt.

Da bei Störungen gegebenenfalls sehr schnell und optimal reagiert werden muss, benötigt ein Kernkraftwerk umfangreiche Mess- und Regelsysteme. Diese müssen auftretende Störungen und Störfälle sicher erkennen, identifizieren, und Aggregate ansteuern, die die Ereignisse beherrschen.

Die Schwachstelle von Kernkraftwerken liegt in ihrer Komplexität.

Generell braucht die Anlage kontinuierlich Strom. Während des Betriebs versorgt sich ein Kernkraftwerk selbst mit der benötigten Energie. Nach dem Abschalten des Reaktors muss die Energie von außen kommen, das erfolgt zuerst über das externe Stromnetz. Bei einem Netzausfall erzeugen Notstromsysteme (Dieselgeneratoren) die Energie für die erforderliche Sicherheitstechnik. Zusätzlich vorhandene Batterien haben nur eine begrenzte Kapazität. Erhält das Kernkraftwerk keinerlei Strom mehr, versagen in der Folge die Systeme, die den Brennstoff kühlen.

Insgesamt haben Kernkraftwerke eine sehr komplexe Sicherheitstechnik, die damit entsprechend anfällig für Störungen und Fehler ist. Und so können sich auch jederzeit schwere Unfälle ereignen. Wenn aber große Mengen radioaktiver Stoffe in die Umgebung entweichen, werden weite Landstriche betroffen.
Nach den heute in Deutschland gültigen Strahlenschutzregelungen kann es notwendig werden, Flächen von zehntausend Quadratkilometern und mehr zu evakuieren. Ähnlich große Flächen können auch langfristig unbewohnbar bleiben. Evakuierungen und Umsiedlungen können auch in einigen hundert Kilometer Entfernung von einem Unfallreaktor noch erforderlich werden. Betroffen sein kann damit jede Großstadt und jede Region in Deutschland.

Schwere Unfälle hätten somit katastrophale gesundheitliche, soziale, ökologische und wirtschaftliche Folgen (vgl. Rubrik Kosten). Auch wenn eine Evakuierung oder Umsiedlung sowie die sachgerechte Entsorgung von zu stark kontaminierten Lebensmitteln funktionieren würde, könnten immer noch mehr als 100.000 zusätzliche Todesfälle durch Krebs alleine in Deutschland die Folge sein. Die möglichen ökonomischen Schäden schwerer Unfälle in einem dicht besiedelten und industrialisierten Land wie Deutschland haben Experten vor einigen Jahren auf mehrere tausend Milliarden Euro geschätzt.

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