Jakub Maier8.B

2008/2009

KernkraftwerkeSpezialgebiet - Physik

Österreichisches Gymnasium Prag o.p.s

Inhalt

Einleitung....................................................................................................................................... 3Das Kernkraftwerk.........................................................................................................................5Kernbrennstoff – Brennstoffzyklus – Lagerung............................................................................6 Die Reaktortypen...........................................................................................................................8Übertragung der Wärme - Sicherheit - Teile des Kraftwerks........................................................9INES Tabelle................................................................................................................................. 11Unfälle in Kernkraftwerken.........................................................................................................12Quellen....................................................................................................................................................................................... 14

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Einleitung

Die erste nachgewiesene Erwähnung, dass die Masse aus isolierten Teilchen bestehen könnte, kommt aus dem 5. Jh. vor Christus von dem griechischen Philosophen Leukipp aus Milet. Diese Idee wurde von seinem Schüler Demokrit entwickelt, der als der erste für diese Teilchen den Terminus Atom (griechisch= unteilbar) verwendet hat.

Anfangs des neunzehnten Jahrhunderts ist dieser Begriff wieder durch den englischen Physiker John Dalton (1766-1884) in Verwendung gekommen. Er hat die einfache Vorstellung der alten Griechen wissenschaftlich gestützt. Nach ihm war das Atom die grundlegende und nicht weiter teilbare Baueinheit der Masse, die noch an der chemischen Reaktion teilnehmen kann. Dalton´s Atommodell trat Im Jahr 1897 außer Kraft, als John Thomson (1856-1940) erforschte, dass Atome noch weitere Teilchen emittieren können, die negativ geladen und viel kleiner als das Atom sind, und die später Elektronen genannt wurden. Daraus ist hervorgegangen, dass das Atom ein eigenes inneres Gefüge haben muss, und da das Atom alleine elektrisch neutral ist, muss auch die positive Ladung anwesend sein.

Ein Jahr vor Thomson hat der französische Physiker Henri Beckquerel (1852-1908) die Radioaktivität entdeckt und später auch ein Modell des Atoms konstruiert. Er ist darauf gekommen, dass manche schwere Elemente eigenmächtig eine Art von Strahlung aussenden. Er legte einen Stein mit Uranspuren auf eine unbelichtete Fotoplatte, die nach dem Entwickeln allerdings einen stark überbelichteten Streifen aufwies, genau an der Stelle wo die Uranspuren am dichtesten waren.

Weitere radioaktive Elemente fanden Marie und Pierre Curie im Jahr 1898 mit Thorium sowie zwei neue um ein Vielfaches stärker strahlende Elemente, die mittels komplexer chemischer Separation von dem Uran (U) isoliert wurden und als die Quelle der radioaktiven Strahlung festgestellt wurden. Sie wurden Radium (Ra) und Polonium (Po) benannt.

Im Jahr 1900 untersuchte der Berliner Physiker Max Planck die Schwarzkörperstrahlung. Bei der Begründung seiner Formel führte er die so genannten Quanten ein und wurde somit zum Begründer der Quantenphysik, die das Verhalten der Materie im atomaren und subatomaren Bereich beschreibt. Dem neuseeländischen Atomphysiker Ernest Rutherford (1871-1937) ist es 1906 gelungen zu entdecken, dass Atome nicht massiv, sondern aus Kern und Hülle zusammengesetzte Systeme sind. Aus dem Experiment leitet er bis 1911 die Größe eines Atoms, also der Atomhülle, und die Größe des Atomkerns ab. Ferner konnte er ermitteln, dass der Atomkern die positive Ladung, die Atomhülle eine entsprechende negative Ladung trägt; so entdeckte er das Proton.

Aus dem rutherfordschem Atommodell entwickelte der dänische Physiker Niels Bohr ein planetenartiges Atommodell. Danach bewegen sich die Elektronen auf bestimmten Bahnen um den Kern, wie Planeten die Sonne umkreisen. Die Bahnen werden auch als Schalen bezeichnet. Das Besondere daran war, dass die Abstände der Elektronen nur bestimmte Werte annehmen können, während nach der klassischen Physik beliebige Abstände möglich sein müssten. Jede Schale besitzt eine maximale Kapazität für Elektronen. Atome streben Bohr zufolge an, dass alle Bahnen komplett besetzt sind. Damit haben sich sowohl viele chemische Reaktionen erklären lassen als auch die Spektrallinien des Wasserstoffs. Da sich das Modell für komplexere Atome als unzureichend erwies, wurde es 1916 von Bohr und dem deutschen Physiker Arnold Sommerfeld

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insofern verbessert, als man nun für bestimmte Elektronen exzentrische, elliptische Bahnen annahm. Das Bohr-sommerfeldsche Atommodell erklärt viele chemische und physikalische Eigenschaften von Atomen.

Am Ende der 30er Jahren (1939) hatten die deutschen Wissenschaftler unter Laborbedingungen erfolgreich künstliche Isotope durch Neutonstrahlung erzeugt. Das Uran dabei, entgegen der bisherigen Erfahrungen, zerfiel in zwei wesentlich leichtere Kerne. Diese Reaktion wurde Kernspaltung genannt. Es wurde auch der energetische Gewinn dieser Reaktion berechnet: aus 1m3 wird Energie frei, die die Masse von 109 Tonnen Wasser in die Höhe von 27km umpumpt.

Im Jahr 1939 haben die Mitglieder der physikalischen Konferenz auf der Columbia Universität von dieser Erscheinung erfahren und wollten probieren ob die Neutronen noch weitere Kerne spalten könnten und dadurch eine Kettenreaktion auslösen. Nach zwei Monaten war überprüft, dass aus jeder Spaltung 2 bis 3 schnelle Neutronen entstehen. Als Moderator wurde schweres Wasser verwendet (später auch Graphit).

Der erste Testreaktor wurde im Stadion Stagg Field in Chicago aufgebaut und hatte die Kapazität von 50 000 kg Uran. Als Moderator wurde reines Graphit verwendet und als das Spaltstoff das Uran U235. Am 2.12.1942 kam die Stunde. In Anwesenheit von George Weil und weiteren Wissenschaftler wurden 4 Kadmiumstäbe eingesteckt und herausgezogen bis es endlich zur Spaltreaktion kam.

Im Jahr 1951 wurde in USA der Erste Kernreaktor in Betrieb gesetzt, der aber vor allem zur Plutoniumherstellung, nicht von Energie, diente. Das erste zivile Kernkraftwerk der Welt wurde 1954 im russischen Obninsk erfolgreich in Betrieb genommen, es hatte eine elektrische Leistung von 5 MW, nach einigen Jahren wurde es aber abgeschaltet und diente nur noch zu Forschungszwecken.

Heutzutage ist der größte Kernenergiegigant Frankreich, obwohl es nicht das größte Kraftwerk besitzt. Dieses steht in Japan und hat eine Leistung von etwa 9000MW.

Thomsonsches Atommodell

Rutherfordsches Atommodell

Bohrsches Atommodell(e- - Schallen)

Stagg Field

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Das Kernkraftwerk

Die Kernkraftwerke teilt man nachdem wie die Wärme aus dem Reaktor abgeleitet wird in 3 Gruppen ein:

1. Mit 1 Kreislauf: der Dampf aus dem Reaktor wird direkt in die Turbinen abgeleitet2. Mit 2 Kreisläufen: die entstandene Wärme wird durch Wärmeträger, die im primären

Kreislauf enthalten sind, in Wärmetauscher abgeleitet. Dort entsteht der Dampf, der dann durch den sekundären Kreislauf zur Turbine geleitet wird.

3. Mit 3 Kreisläufen : Solche Kraftwerke haben sehr schnelle Reaktoren, deshalb ist aus Sicherheitsgründen zwischen den primären und den sekundären Kreislauf noch ein weiterer eingeführt.

Die Mehrheit der heutigen Kernkraftwerke sind die mit 2 Kreisläufen. Das vereinfachte Schema:

Im Reaktor verläuft die sogenannte Spaltungsreaktion. Es ist eine Wechselwirkung des Kernes und eines Neutrons. Bei dieser Interaktion wird der Kern deformiert und nach Überwindung der abstoßenden elektrischen Kernkräfte zwischen den Teilchen springen die Atomkerne auseinander und gewinnen riesige kinetische Energie. Anschließend stoßen sie mit

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weiteren Atomen des Elements (U, Pu, usw.) zusammen, denen sie die Elektronen „abnehmen“ und es bilden sich neue Elektronenhüllen. Die kinetische Energie wird in Wärme umgewandelt, die in dem Kraftwerk verwertet wird. Das ist die Basis der Kettenreaktion.In den Kernkraftwerken wird als Kraftstoff Uran verwendet, Bei der Kettenreaktion dieses Elements werden meistens 2-3 Neutronen frei.

Die können entweder an andere Atomkerne stoßen und damit eine weitere Spaltung auslösen oder sie können durch den Moderator verlangsamt werden, ihre kinetische Energie wird in die Wärme umgewandelt und die Elektronen werden von einem anderen freien Atomkern aufgenommen, wo sie die Elektronenhülle bilden. Bei der dritten Möglichkeit werden die Neutronen absorbiert und die im Reaktor verlaufende Kettenreaktion wird, im Unterschied zur Atombombe, regulierbar und steuerbar.Zur Reaktorsteuerung dienen die Steuerstäbe. Die sind während des Betriebs im aktiven Raum eingesteckt und werden vor allem aus Bor und Kadmium hergestellt, weil diese Elemente sehr gut die Neutronen absorbieren.

Je nachdem, wie viele Elektronen die kinet. Energie in die Wärme umwandeln und wieviel eine weitere Spaltung auslösen, teilt man die Reaktionen auf:

1. Unterkritische Reaktion: der Atomkern zerfällt, jedes Neutron wird absorbiert (natürlicher Zerfall). Leistung des Reaktors sinkt und die Reaktion bleibt stehen.

2. Kritische Reaktion: Ein Neutron wird nicht aufgeschnappt, spaltet weitere Atomkerne. Regelmäßige Spaltung konstante Leistung

3. Überkritische Reaktion: 2 Neutronen werden nicht aufgeschnappt. Leistung wird größer.4. Superkritische Reaktion: Ungesteuerte Kettenreaktion (Atombombe).

Kernbrennstoff – Brennstoffzyklus – Lagerung

Bevor der Kernbrennstoff in das Kraftwerk kommt und anschließend ausgebrannt bearbeitet wird, muss es zu dem sgn. Brennstoffzyklus kommen. Der ist bei den Kernkraftwerken ziemlich kompliziert, weil das Uran nicht unmittelbar als Kernbrennstoff verwendet werden kann. Es muss noch durch eine Reihe von industriellen Prozessen gehen, trotzdem sind die Kernkraftwerke viel weniger Kernbrennstoffbedürftig. 1 kg umgeformten Urans gleicht der Energie aus 100 Tonnen Kohle.

Dieser Zyklus beginnt mit der Gewinnung des Uranerzes. 1 Tonne des Bodens enthält etwa 3g des reinen Urans. Das Uranerz wird zerquetscht und reagiert mit Schwefelsäure, wobei eine Lösung entsteht. Nach ihrer Ausflockung entsteht das Oxid U3O8, das etwa 75% Uran enthält. Es wird dann zu reinem Metall verarbeitet, das aber überwiegend das Isotop 238U enthält, das nicht zur Spaltung verwendet werden kann – spaltbar ist nur das Isotop 235U, das durch Diffusion für die Verbrennung zu diesem Kernbrennstoff addiert wird. Damit erhöht sich die Konzentration von 235U und es kann als Kernbrennstoff verwendet werden (In manchen Kraftwerken wird auch nicht angereichertes Uran verbrannt und gespaltet. Als Moderator wird schweres Wasser-D2O verwendet. Beispiel: slowakisches Kernkraftwerk Bohunice. Reaktortyp = ein Prototyp KS 150. Im Jahr 1977 kam es zu einem Umfall.)

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Das angereichte Uran wird in luftdichte Brennstoffstäbe eingeschlossen, die den sgn. Brennelementkasten bilden. Sie werden eng nebeneinander gestellt und bilden den Aktivraum des Reaktors. Für Erhöhung des Wirkungsgrads wird der Aktivraum oft mit einem Reflektor ummantelt. Dieses Material reflektiert die Neutronen und wirft sie zurück in die Reaktion.

Jedes Kraftwerk erzeugt verbrannten Kernbrennstoff, der aus 95% 238U, 1% 235U, 3% Spaltprodukte und ca. 1% neu entstandenem Plutonium besteht. Den wirklichen, weiter nicht verwendbaren Abfall, bilden nur die restlichen 3%.

Es hängt vom Reaktortyp ab, wie oft der Kernbrennstoff gewechselt wird und welcher Anteil des alten Kernbrennstoffes mit dem neuen ersetzt wird. Der ausgebrannte Kernbrennstoff wird unter der Wasseroberfläche aus dem Aktivraum herausgenommen und im Wasserbecken gelagert, das in der Nähe des Reaktors liegt, weil aus dem ausgebrannten Kernbrennstoff dank dem natürlichen Zerfall noch einige Jahre Wärme frei wird.

Dann wird der Kernbrennstoff ins Zwischenlager transportiert, von dem es 2 Arten gibt:- Trockenes Lager: weniger verbreitet, Kernbrennstoff in Stahlbetoncontainern, ziemlich

teuer- Nasses Lager: poolartig, Kernbrennstoff in Kaltes Wasser getaucht – Ableitung der

Wärme, Erniedrigung der Aktivität. Das Wasser muss rein und kalt sein flüssige rad. Stoffe.

Als den Nachfolger des Zwischenlagers plant man die Tiefdeponien einzuführen. Ihr Prinzip ist einfach. Der ausgebrannte Kernbrennstoff wird tief untertags gelagert, wo er ca. 1000 Jahre stehen gelassen wird. Während dieser Zeit sinkt die Aktivität des ausgebrannten Urans auf den normalen Wert.

Schwieriger ist es aber den passenden Platz zu finden. Eine Tiefdeponie darf sich nicht im Gebiet häufiger Überschwemmungen, Erdbeben usw. befinden. Es ist auch ein Grund, warum es mittlerweile nur eine solche Deponie gibt (Asse II, 700m tief, Niedersachsen). Vier weitere sind im Bau.

Außer der Lagerung des Kernbrennstoffes gibt es noch die Möglichkeit ihn umzusetzen.

97% können weiter benutzt werden. Den Brennelementkästen werden ihre Schutzhüllen entfernt und das Uran in Salpetersäure (HNO3) aufgelöst. Anschließend werden die Isotope 235U und 238U durch Zentrifugen getrennt. 235U kann direkt als Kernbrennstoff verwendet werden, beim 238U muss wieder der Anreicherungsvorgang verlaufen. 1% des entstandenen Plutoniums wird als Kernbrennstoff für die schnellen Reaktoren eingesetzt und 3% der Spaltprodukte werden in Glas gegossen.

Der Brennstoffzyklus endet mit dem Wiedertransportieren des Kernbrennstoffes in das Kraftwerk. Meistens sind aber die Zwischenlager und die Umsetzungsanlagen in der Nähe des Kraftwerks gebaut.

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Die ReaktortypenWie schon gesagt wurde – im Aktivraum

des Reaktors wird meistens 235U gespaltet. 238U kann nur dann gespaltet werden, wenn die Neutronen größere Energie als 1 MeV (Megaelektronvolt) haben. Das Elektronvolt entspricht der kinetischen Energie, die ein durch Spannung eines Volts beschleunigtes Elektron gewinnt. (1 eV = 1,602 176 53 × 10−19 J).Die Spaltung von 235U verläuft dank der Thermoneutronen. Ihre Energie beträgt ca. 0,025 eV, bei der Reaktion werden aber Elektronen mit Energie von ca. 2 MeV frei. Diese Energie muss also verlangsamt werden. Das wird durch den Moderator erreicht. (Wasser, schweres Wasser, Graphit, …)

Die Moderatoren und die Art der Wärmeableitung ist auch eines der Kriterien, nach dem die Reaktoren unterschieden werden:

1. Druckwasserreaktor (PWR): Es ist der am meisten verbreitete Typ des Reaktors. Als

Kernbrennstoff dient angereichertes Uran, davon muss aber nach 15 Monaten

ausgetauscht werden. Als Kühlungsmittel und Moderator wird Wasser verwendet. Das fließt unter hohem Druck im Primärkreislauf. Im Dampfgenerator erwärmt das Wasser aus dem Sekundärkreislauf, das verdampft und die Turbine treibt. Der Wirkungsgrad solchen Kraftwerks ist ca. 33%. Bild: siehe oben.

2. Siedewasserreaktor (BWR): Als Kernbrennstoff wird mäßig angereichertes Uran verwendet. Während des Austauschens, das nach jeweils 6 Monaten verläuft, muss der Reaktor voll abgestellt werden. Die Kraftwerke, die mit diesem Reaktor betrieben werden sind Einkreisläufig und als Moderator und Kühlungsmittel dient wieder Wasser. Es wird direkt in der Druckkammer erwärmt und der Dampf wird direkt in die Turbine geleitet. Der Wirkungsgrad ist wieder 33%.

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3. Magnox-Reaktor: (engl. Magnesium Alloy Graphite Moderated Gas Cooled Uranium Oxide Reactor) Es wird natürliches Uranoxid verbrannt. Der Kernbrennstoff wird während des Reaktorbetriebs ausgetauscht. Als Moderator werden Graphitblöcke verwendet und als Kühlungsmittel wird CO2 genutzt. Das Kohlendioxid erwärmt sich und im Dampfgenerator gibt es die Wärme dem Wasser aus dem Sekundärkreislauf ab. Der Wirkungsgrad ist 33%.

4. Hochtemperaturreaktor (HTGR): Gehört zu den zuverlässigsten Reaktoren und als Kernbrennstoff wird hochangereichertes Uran in der Form von Kügelchen verwendet. Die werden während des Betriebs in den Reaktor geschüttet und nach dem Durchzug durch den Aktivraum werden sie wieder herausgenommen. Als Moderator dienen wieder die Graphitblöcke, als Kühlungsmedium dient Helium. Dieses Element überträgt gut die Wärme und gibt sie wieder dem Wasser im Sekundärkreislauf ab.Wirkungsgrad – 39%

5. Druckschwerwasserreaktor (PHWR): Als Kernbrennstoff dient natürliches, nicht angereichtes Uran. Das schwere Wasser wird als Moderator und auch Kühlungsmedium verwendet, es wird auch in den Dampfgenerator zugeleitet, wo es das Sekundärkreislaufwasser erwärmt. Wirkungsgrad – 30%

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CANDU-Reaktor (CANada Deuterium Uranium), Calandria: Moderatorbehälter

Übertragung der Wärme, Sicherheit, Teile des KraftwerksEs ist auch von der Leistung des Reaktors abhängig, nach welcher Art wird die Wärme

aus den Brennelementen ins Wasser des Sekundärkreislauf übertragen wird (bei 2 Kreisläufigen Kraftwerken).

Wenn die Temperatur des Brennstoffes niedriger als die Wassertemperatur ist, verläuft die Wärmeübertragung durch einen Teilchenstrom. Eine weitere Art entsteht, wenn die Temperatur der Brennstoff höher als der Siedepunkt der Flüssigkeit ist. Die Zellen laufen heiß und es kommt zum Oberflächensieden. Die entstandenen Bläschen trennen sich und werden von dem Kühlungsmedium aufgenommen, das von ihnen erwärmt wird, wobei die Bläschen kondensieren.

Zu einer weiteren Art kommt es, wenn die Wassertemperatur den Siedepunkt überschreitet. Die Oberflächensiede wird zur Volumensiede und die Bläschen hören auf zu kondensieren.Meisten kulminiert die Temperatur des Kühlungsmediums am Reaktoroutput um 300 °C. Die Absicherung der Abführung der im Aktivraum entstandenen Wärme ist für den richtigen Lauf des Kraftwerks sehr wichtig. Das Kraftwerk muss fähig sein die Wärme sowohl beim Normalzustand, als auch in der Notlage abzuführen. Die Wärmeleistung darf nur so groß sein, dass es nicht zum Schmelzen der Brennstoffzellen kommt. Das ist wichtig im Fall des Kühlungsmediumverlustes.

Im Fall, dass es zum Umfall kommt, muss der Reaktor einen Schutz haben. Dieser Teil des Kraftwerks wird in den Sicherheitsbehälter eingeschlossen. Der Sicherheitsbehälter schützt den Reaktor von den Außeneinflüssen und es funktioniert natürlich auch umgekehrt. Deshalb muss dieser Schutz eine ordnungsmäßige Struktur haben, die die Radioaktiven Stoffe und Strahlungen aufhält. Er muss auch z.B. den Stoß eines Flugzeugs aushalten.

Durch den Sicherheitsbehälter ist der ganze Primärkreislauf geschützt. Dieser Kreislauf hat die Aufgabe die Kettenreaktion zu steuern und die entstehende Wärme abzuführen. Mit dem Reaktor sind einige Zirkulationsschleifen verbunden, in denen das erwärmte Kühlungsmedium fließt. Jeder Schleife besteht aus einer Pumpe, die das Wasser antreibt und aus einem Dampfgenerator, der den Austausch des Wassers zwischen Primär- und

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Sekundärkreislauf vermittelt. Diese sind nicht verbunden und das Wasser wird nicht gemischt. Nächster wichtiger Teil des Primärkreislaufes ist der Kompensator des Volumens des Kühlungsmediums. Das Wasser, das den Reaktor abkühlt und die Wärme weiterführen soll, würde nach Erwärmung im Reaktor sieden, was der Kompensator vermeiden soll. Der Kompensator kontrolliert und reguliert ständig den Druck so, dass das Wasser nicht siedet und verdampft. Käme es zur Störung der Kühlungsmeduimzirkulation, würde eine Havariekühlungsanlage in den Betrieb gesetzt, deren Aufgabe ist den Aktivraum zu kühlen und das Zerschmelzen der Brennstoffzellen zu vermeiden. Man muss auch das Kühlungsmedium sauber halten (durch Filtration oder fraktionierte Destillation reinigen).

Im Sekundärkreislauf kommt es in der Turbine zur Umwandlung der Wärme in mechanische Energie und weiter in elektrische Energie. Bei den 3-Kreisläufigen Kraftwerken wird die Wärme aus dem Sekundärkreislauf in den Tertiärkreislauf weitergeleitet. Im Sekundärkreislauf gibt es keine radioaktiven Stoffe mehr. Der Kreislauf beginnt mit der Weiterleitung des Wassers aus dem Dampfgenerator in den Sekundärkreislauf. Das Wasser beginnt zu sieden, geht in die Turbine, die zusammen mit dem Generator einen Turbogenerator bildet. Das Wasser, das durch die Turbine weiterkommt kondensiert in Kondensatoren, wird gereinigt und dann wieder in den Dampfgenerator geführt.

Ein notwendiger Teil des Kraftwerks ist der Kühlungskreislauf. Wenn der Dampf kondensiert, häuft sich die ungenützte thermische Energie. Die Kondensatoren werden durch Wasser abgekühlt. Das erwärmte Wasser wird in den Kühlturm geleitet, wo es durch kalte, strömende Luft abgekühlt wird. Dann fließt es zu den Pumpen herab, die es wieder zu den Kondensatoren pumpen. Dabei verdampft aber einige Menge des Wassers (die Schwaden) und muss ständig nachgefüllt werden.

Der letzte selbstständige Teil des Kraftwerks ist die Generatoranlage, die als Notquelle der Elektrizität beim Betriebsausfall der Hauptquelle dient. Diese Anlage speist aber nur die Systeme, die für den sicheren Betrieb des Kraftwerks notwendig sind.

INES Tabelle

Bei jedem Kraftwerk gibt es die Gefahr von nuklearer Havarie. Die Gefahr ist aber heutzutage ganz minimalisiert. Jede Störung des Kernkraftwerks hat andere Auswirkungen. Deshalb wurde eine Skala des Havariegewichts und ihrer Umweltkonsequenzen geschafft. Die INES Skala ordnet die Ereignisse in sieben Stufen:

INES (The International Nuclear Event Scale) Tabelle- Stufe 7: Katastrophaler Unfall

o Auswirkungen außerhalb der Anlage: Schwerste Freisetzung, Auswirkungen auf Gesundheit und Umwelt in einem weiten Umfeld, Gesundheitliche Spätschäden über große Gebiete, ggf. in mehr als einem Land.

o (Beispiel: Die Havarie des Kernkraftwerks Tschernobyl, Ukraine – damals UdSSR, 1986)

- Stufe 6: Schwerer Unfall o Auswirkungen außerhalb der Anlage: Erhebliche Freisetzung, voller Einsatz der

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Katastrophenschutzmaßnahmeno (Beispiel: Kerntechnische Anlage Majak, Russland – damals UdSSR, 1957)

- Stufe 5: Ernster Unfall o Auswirkungen außerhalb der Anlage: Begrenzte Freisetzung, Einsatz einzelner

Katastrophenschutzmaßnahmeno Auswirkungen innerhalb der Anlage: Schwere Schäden am Reaktorkern / an den

radiologischen Barriereno (Beispiele: Brand des Kernreaktors der Produktionsstätte für Plutonium

Windscale/Sellafield, Großbritannien, 1957; Harrisburg - Unfall im Kernkraftwerk Three Mile Island, USA, 1979)

- Stufe 4: Unfall o Auswirkungen außerhalb der Anlage: Geringe Freisetzung, Strahlenexposition der

Bevölkerung etwa in der Höhe der natürlichen Strahlenexpositiono Auswirkungen innerhalb der Anlage: Schwere Kontaminationen und/oder

Strahlenbelastung des Personals, die zu akuten Gesundheitsschäden führen kann (Größenordnung 1 Sievert)

o (Beispiel: Greifswald/Lubmin, Deutschland – damals DDR, 1975, Kernkraftwerk Bohunice, Slowakei, 1977)

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- Stufe 3: Ernster Störfall/Beinahe-Unfall o Auswirkungen außerhalb der Anlage: Sehr geringe Freisetzung,

Strahlenexposition der Bevölkerung in Höhe eines Bruchteils der natürlichen Strahlenexposition

o Auswirkungen innerhalb der Anlage: Schwere Kontaminationen und/oder akute Gesundheitsschäden beim Personal

o Merkmal hinsichtlich der Beeinträchtigung der Sicherheitsvorkehrungen: Weitgehender Ausfall der gestaffelten Sicherheitsvorkehrungen

o (Beispiel: Freisetzung von Uran und Plutonium in Sellafield, Großbritannien, 2005)

- Stufe 2: Störfall o Auswirkungen innerhalb der Anlage: Erhebliche Kontamination und/oder

unzulässig hohe Strahlenexposition beim Personalo Merkmal hinsichtlich der Beeinträchtigung der Sicherheitsvorkehrungen:

Begrenzter Ausfall der gestaffelten Sicherheitsvorkehrungeno (Beispiele: Unterweser, 1998; zwei Störfälle Kernkraftwerk Philippsburg, 2001;

Kernkraftwerk Forsmark, Schweden, 2006)- Stufe 1: Störung

o Merkmal: Abweichung vom normalen Betrieb der Anlage- Stufe 0: Ereignis unterhalb der Skala

o Merkmal: Keine oder nur sehr geringe sicherheitstechnische Bedeutung.

Kernkraftwerkhavarien

Der größte Unfall in einem Kernkraftwerk (Tschernobyl) geschah am 26. 4. 1986 auf dem Gebiet der heutigen Ukraine, in der Nähe der Stadt Prypjat. Zur Havarie kam es beim zusätzlichen Testen der Turbine auf eine Notfallsituation. Wegen des Tests musste die Leistung auf den minimal erlaubten Wert gestellt werden, die restliche Turbinen und der Notkühlungskreislauf wurden abgestellt. Bei der Erniedrigung der Leistung kam es zu den ersten Komplikationen und durch den Fehler des Operators sank die Leistung auf einen Wert, der 30x kleiner als die unterste Grenze war. Das Testverfahren ging aber weiter. Es wurden weitere Fehler gemacht: Steuerstäbe wurden höher herausgezogen als erlaubt war und die Kreislaufpumpe wurde eingeschaltet.

Die starke Abkühlung führte zu hohem Druckverlust und die Leistung wurde noch kleiner. Der Durchfluss der Kühlungsflüssigkeit sank und ihre Temperatur und der Druck stiegen. Es stieg auch die Menge der Neutronen im Aktivraum, die schon nicht beeinflusst werden konnte, weil die Steckbahnen der Steuerstäbe durch die Hitze deformiert wurden und nicht in den Reaktor eingesteckt werden konnten. Kurz darauf folgten zwei Explosionen und der Reaktor war offen. Es ist gleich eine radioaktive Wolke entstanden, die bis zu den Alpen ging. Bei der Explosion hat die Radiation bis zu

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20 000 R(Röntgen)/Stunde erreicht (Letal: 500R/Stunde).

Die Evakuierung begann erst nach einem Tag und es wurden ca. 135 000 Menschen evakuiert. Bei der Rettungsaktion wurde der Reaktor mit tausenden Tonnen von Sand und Beton bedeckt und es wurden Menschen ohne Schutzanzüge eingesetzt.

Die Meisten des Kraftwerkpersonals und der Eingesetzten starben ca. drei Wochen nach dem Ereignis. Als erste haben schwedische Techniker am Reaktor Forsmark die erhöhten Strahlungswerte am 28.4.1986 entdeckt. Die INES Tabelle klassifiziert diese Havarie mit der höchsten Stufe 7!

Im Three Miles Island Kraftwerk (Pennsylvania, USA) kam es am 28.3.1979 zu einer Havarie, die mit der Stufe 5 der INES Tabelle bezeichnet ist. Durch den Bruch eines Druckventils, welches zur Kühlung diente, ist folglich die Kühlung ausgefallen und radioaktiver Dampf ausgetreten. Das Gefährliche daran war, dass die Reaktoren nicht mehr ausreichend gekühlt wurden und somit die Hälfte der Regelstäbe schmolz. Der Reaktorkern begann zu schmelzen und es kam zu einer riesigen Explosion. Radioaktivität strömte durch die Ventilation aus und kontaminierte das Wasser.

Die Radioaktive Strahlung geht durch das Gewebe, zerstört die Moleküle und zerbricht die Atombindungen. Wegen dieser Wirkung entstehen bei den Betroffenen viel häufiger Tumore und weitere tödliche Syndrome. Alles hängt von dem Maß der Irradiation ab. Es wird in Sv (Sievert) gemessen. Maximale schadlose Dosis ist ca. 350 mSv. Man kann auf zwei Arten Bestrahlt werden: von Außen und von Innen (durch Einatmen der rad. Stoffe, Essen, Getränke, …)

Wegen dieser Drohung wurde die Organisation ICPR (International Commission for the Protection of the Rhine) gegründet, deren Aufgabe ist die Krisensituationen zu lösen, präventive Maßnahmen einzuführen und auch das sicher Umgehen mit den Radioaktiven Stoffen zu besorgen.

Obwohl die Gefahr des Kernkraftwerkunfalls immer noch existiert, sind heute die Kernkraftwerke mehr eine Notwendigkeit. Es gibt zwar alternative Ressourcen, die umweltfreundlicher sind, sie sind aber nicht für Bedarfe heutiger Gesellschaft ausreichend.

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Quellen

Quellen-Internet: - en.wikipedia.de- wikipedia.de- http://astronuklfyzika.cz/Fyzika-NuklMed.htm - http://www.vesmir.cz/clanek.php3?CID=6433 - http://www.kernenergie.de/r2/de/ - http://leifi.physik.uni-muenchen.de/ - http://www.cez.cz/cs/uvod.html - http://wapedia.mobi/de/Kategorie:Reaktortyp

Quellen-Andere:- Martin Macháček – Encyklopedie Fyziky, ISBN 80-204-0237-3, 1996- Ivan Šantavý, Aleš Trojánek – Fyzika, ISBN 80-7196-138-8, 2000- Heinz Gascha, Stefan Pflanz – Großes Buch der Physik, 2003- Die Broschur: Jaderné reaktory, ČEZ

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