Am 26. April 1986 kam es in Block 4 des Kernkraftwerks Tschernobyl in der Ukraine zum bislang grössten Unfall in der Geschichte der Kernenergie. Ursache waren gravierende Mängel in der Bauweise des sowjetischen Reaktortyps RBMK und eklatante Defizite in der Sicherheitskultur. Durch grobfahrlässige Fehler der Bedienungsmannschaft geriet ein Reaktor bei Tests zur Notstromversorgung ausser Kontrolle und explodierte.
Ein offener Graphitbrand trieb tagelang grosse Mengen radioaktiver Stoffe durch das zerstörte Dach der Reaktorhalle in hohe Luftschichten, wo der Wind sie bis nach West- und Nordeuropa verfrachtete. Die Verantwortlichen informierten nur zögerlich, wodurch das Betriebspersonal und die Bevölkerung unnötig hohen Strahlungsdosen ausgesetzt waren. Über 400’000 Einsatzkräfte aus der Betriebsmannschaft, der Feuerwehr und der Armee waren für die Bewältigung des Unfalls im Einsatz, viele davon unter schlechten Strahlenschutzbedingungen.
Das wissenschaftliche Komitee für Auswirkungen radioaktiver Strahlung der UNO (UNSCEAR) nennt 31 unmittelbare zivile Todesopfer, die bei den Löscharbeiten starben. Mehrere Tausend Kinder erkrankten an Schilddrüsenkrebs, wovon 15 starben. Schwer einschätzbar ist, wie viele Opfer daneben in der Armee zu beklagen sind. Fachleute schätzen für die kommenden Jahrzehnte mehrere Tausend weitere Todesfälle, die mit dem Unfall in Tschernobyl zusammenhängen dürften.
Dazu kommen grosse psychische und soziale Belastungen, denen die betroffene Bevölkerung im Nachgang der Katastrophe ausgesetzt war. Rund 135’000 Menschen mussten umgesiedelt werden.
Folgen weltweit
Trotz den grossen technischen Unterschieden zwischen zivilen westlichen Reaktoren und jenem in Tschernobyl konnte die Kernenergiebranche einige Erkenntnisse aus dem Unfall nutzen. Sie flossen in überarbeitete Empfehlungen der Internationalen Strahlenschutzkommission und der IAEO ein und verbesserten Prinzipien, Vorgehen und Massnahmen im Umgang mit Radioaktivität.
Lesen Sie auch: Leitfaden: Nymphensittich Verhalten und Haltung
Die Kernkraftwerkbetreiber gründeten die WANO, eine weltweite Organisation, der alle kommerziellen Kraftwerkbetreiber angeschlossen sind. Sie dient dem internationalen Austausch von Erfahrung im Betrieb von Kernkraftwerken und hat zum Ziel, höchste Betriebssicherheit und -zuverlässigkeit zu erreichen. Tschernobyl zeigte die Bedeutung menschlichen Verhaltens als Risikofaktor.
Die Forschung intensivierte bereits in der Folge die nach dem Unfall auf Three Mile Island gestarteten Programme zur Verhaltenspsychologie im Bereich Mensch und Maschine. Die Forschungsresultate tragen seither dazu bei, die Verlässlichkeit von Operateuren sowie das Zusammenspiel von Betriebsmannschaften zu stärken.
In der technischen Weiterentwicklung von Kernreaktoren wurde fortan mehr Augenmerk auf inhärent sichere Reaktoren und passive Sicherheitssysteme gesetzt. Viele Neuentwicklungen flossen in moderne Reaktoren ein, die zurzeit gebaut werden oder bereits in Betrieb sind.
Fahrlässiger Verstoss gegen Sicherheitsvorschriften
Dem Unfall von Tschernobyl liegen grosse organisatorische Mängel in Kombination mit sicherheitstechnischen Mängeln zugrunde. Der Unfall ereignete sich bei Tests zum Anlagenverhalten bei einem Stromausfall. Verschiedene Umstände führten dazu, dass der Reaktor einen instabilen Betriebsbereich erreichte: Notkühlsysteme wurden abgeschaltet, automatische Signale für die Notabschaltung unwirksam gemacht oder überbrückt.
Konstruktionsfehler im Regelstabsystem führten schliesslich dazu, dass beim Einfahren der Regelstäbe die Leistung des Reaktors auf nahezu das 100-Fache der Nennleistung stieg - viel zu schnell und zu massiv für die teilweise ausser Kraft gesetzte automatische Schnellabschaltung. Der Brennstoff erhitzte sich stark. Das Kühlwasser verdampfte schlagartig. Der Reaktordeckel konnte dem enormen Druck nicht standhalten.
Lesen Sie auch: Zebrastreifen: Fussgänger und Fahrzeugführer
Zwei Explosionen mit Materialauswurf ereigneten sich, und die Anlage wurde stark beschädigt. Die konstruktionsbedingt grossen Mengen an Graphit im Reaktor gerieten in Brand. Mit der starken Hitze gelangte Radioaktivität in grosse Höhen und verteilte sich über weite Teile Europas.
Die Einsatzkräfte konnten durch Wassereinspeisung, Abwurf verschiedener Materialien wie Borsalz aus Militärhubschraubern und Einblasen von Stickstoff die Freisetzung der radioaktiven Schadstoffe allmählich verringern. Dazu waren grosse Anstrengungen nötig. Denn anders als in westlichen Reaktoren konnte im graphitmoderierten Tschernobyl-Reaktor die Kettenreaktion auch ohne Wasser weitergehen.
Die Debatte um die Kernenergie
Die Debatte um die Zukunft der Kernenergie ist in die Schweiz zurückgekehrt. Nach Angaben der Internationalen Energieagentur (IEA) erlebt die Kernenergie weltweit ein Comeback. Gemeinsam mit dem Ingenieur Aaron Datesman veröffentlichte Brugge vor Kurzem das Buch «Dirty Secrets of Nuclear Power in an Era of Climate Change». Die gesamte nukleare Kette - vom Abbau über die Anreicherung bis zum Reaktorbetrieb - setzt Arbeiter und die lokale Bevölkerung langfristigen radioaktiven Risiken aus.
Steigende Wassertemperaturen, sinkende Flusspegel, Überschwemmungen, Waldbrände und Stürme könnten die Reaktorsicherheit in Zukunft gefährden. Viele Reaktoren wurden zu einer Zeit gebaut, als die heutigen Klimaprognosen noch keine Rolle spielten. Die Verfügbarkeit von Kühlwasser wird zu einem kritischen Faktor. In Zukunft werden wir vor der Frage stehen: Nutzen wir das Wasser zur Kühlung von Reaktoren - oder für die Landwirtschaft?
In der Debatte um die Zukunft der Kernenergie in der Schweiz sollte der Fokus nicht nur auf den CO2-Emissionen und der Technologie liegen, sagt Rhona Flin. Die Professorin ist der Ansicht, dass selbst in Ländern, die aus der Kernenergie aussteigen, die Frage des Fachpersonals nicht vernachlässigt werden darf. Neue Technologien wie künstliche Intelligenz oder Robotik böten sowohl neue Chancen als auch Risiken.
Lesen Sie auch: Analyse: Schulden und Inflation
Die sicherheitsrelevanten Gebäude der Schweizer Atomkraftwerke sind laut einer Prüfung des eidgenössischen Nuklearsicherheitsinspektorats bei einem Hochwasserereignis nicht gefährdet. Dies gelte auch für das zentrale Zwischenlager auf dem Areal des Kraftwerks Beznau.
Radioaktive Abfälle und ihre Eigenschaften
Einleitend sei vermerkt, dass sich hier ein gewaltiges Feld öffnet, was das Wissen, aber auch die Kenntnislücken angeht, wie sich diese Abfallgemische über die langen Lagerzeiten hinweg tatsächlich verhalten werden. Bei den physikalischen Eigenschaften möchten wir in erster Linie zwei sicherheitsbestimmende Merkmale erläutern.
Sie hängen direkt mit der physikalischen „Antwort“ auf den Zusammenprall eines Atomkerns mit weiteren Bausteinen von Materie zusammen und ermöglichen die Spaltung von Atomkernen oder deren Umwandlung in teilweise spaltbare Folgeprodukte. Beim Spaltprozess werden riesige Mengen an Energie freigesetzt, und zwar in Form von Wärme. Zugleich werden weitere Teilchen herausgeschleudert, die als „Strahlung“ bezeichnet werden. Je nach Teilchen wird von sogenannter Alpha-, Beta-, Gamma- oder Neutronenstrahlung gesprochen.
Das in den Brennelementen in Uranoxidpastillen enthaltene Gemisch von Uranium 235 und Uranium 238 reagiert bei Beschuss in der oben beschriebenen Art. Uranium 235 kann sich spalten. Uranium 238 kann sich nicht spalten, kann sich aber umwandeln in spaltbare Elemente. Auf diese Weise entstehen in den bestrahlten Brennelementen im Reaktor weitere Gemische aus unterschiedlichen strahlenden Elementen.
Die kleineren und häufig stark radioaktiven Elemente werden Spaltprodukte genannt. Die via Uranium 238 umgewandelten radioaktiven Elemente werden als Transurane bezeichnet. Damit haben wir die Basis für die Betrachtung des radioaktiven Inventars in den Abfällen gelegt.
Spaltprodukte sind in der Regel sehr viel kurzlebiger als Transurane. Die Bruchstücke, die z.B. beim Spaltprozess des Uraniums 235 entstehen, sind mehrheitlich kurz- oder sehr kurzlebig und wandeln sich vielfach über weitere radioaktive kurzlebige Spaltprodukte in stabile nicht radioaktive Elemente um.
Dabei entsteht sehr viel Zerfallswärme, die ihrerseits im Reaktor zur Erhitzung von Wasser und über Turbinen zur Stromerzeugung genutzt wird, danach aber dazu führt, dass die abgebrannten Brennelemente während Jahren und Jahrzehnten in nassen Lagerbecken (Nasslager) abgekühlt werden müssen und in speziellen luftgekühlten Behältern (Castoren) an der Luft zwischenlagern, bis an eine Einlagerung in ein Gestein gedacht werden kann.
Bei der Atomspaltung entstehen auch Spaltprodukte mit „mittleren“ und solche mit „langen“ Halbwertszeiten. In der „mittleren“ Gruppe sind zwei Elemente bestimmend: Caesium 137 und Strontium 90 (und das Tochterprodukt Yttrium 90), die vor allem biologisch in Muskelgewebe oder Knochen eingebaut werden können. Beide Elemente haben Halbwertszeiten von rund 30 Jahren: nach 300 Jahren sind also noch ein Promille, nach 600 Jahren ein Millionstel und nach rund 100 Jahren weniger als ein Milliardstel des originalen Ausgangsnuklids vorhanden.
Daneben gibt es aber 7 langlebige Spaltprodukte, etwa Technetium oder Masurium 99 (Halbwertszeit 211’000 Jahre) und Iod 129 (Halbwertszeit 15.7 Millionen Jahre). Technetium 99, das einer Zerfallskette um Yttrium 99 entstammt, kann sich in Meeresschalentieren anreichern, gilt aber chemisch als nicht besonders toxisch. Dagegen ist das Iod 129 durch seine Schilddrüsen-Affinität - trotz schwacher Radioaktivität - ein kritisches Nuklid, das vor allem via Wiederaufarbeitungsanlagen an die Umwelt gelangt. Es spielt aber auch bei Reaktorunfällen eine wichtige Rolle.
Figur 1 veranschaulicht den Zerfallsverlauf der Spaltprodukte anhand des sogenannten Toxizitätsindexes von hochaktivem verfestigtem Abfall aus der Wiederaufarbeitung von Brennelementen von Druckwasserreaktoren mit einem Abbrand von 33’000 MWd/t (Megawatt-Tag/Tonne). Der Toxizitätsindex wird als Verhältnis zwischen Wassermenge und Abfallvolumen definiert, das erforderlich ist, um radioaktive Stoffe so zu verdünnen, dass die Strahlenschutzstandards erfüllt werden können.
Es ist also eine empirische Grösse, die entsprechend den Erkenntnissen der Radiotoxikologie angepasst wird oder werden muss. Was Figur 1 sehr schön zeigt ist, dass die Spaltprodukte in den ersten rund 1’000 Jahren um einen Faktor von gegen 1 Million abnehmen. Danach dominieren die langlebigen Spaltprodukte über die weiteren Jahrmillionen und mehr.
Auch bei den Transuranen sind ähnliche Zerfallskurven zu beobachten, die Aufschluss über die in der Zeit relevante Abnahme der Giftigkeit geben (Figur 2). Angesichts der langen Halbwertszeiten vieler Transurane verlangsamt sich die Abnahme der Giftigkeit und liegt nach Ablauf von 1 Million Jahre um einen Faktor 1’000 tiefer. Allerdings ist hier die Abtrennung der Plutonium- und Uraniumisotopen aus der Wiederaufarbeitung bereits berücksichtigt. Die Abnahmen sind unter Beachtung dieser Isotope -insbesondere bei Mischoxidabfällen - deutlich langsamer.
Diese Figur erklärt dennoch recht gut, weshalb in vielen internationalen Konzepten eine Lager- oder Isolationszeit von 1 Million Jahren veranschlagt wurde, denn nach dieser Zeitmarke geht die Radioaktivität kaum mehr zurück. Nach einer Million Jahre ist der Abfall weiterhin radioaktiv, nur wird die Abnahme dann extrem langsam und wird von einzelnen Isotopen (Uranium, Iod usw.) dominiert. Sie sinkt dann kaum mehr ab.
Wir halten also fest: in den ersten maximal 1’000 Jahren sind die Spaltprodukte die dominierenden Radionuklide. Danach werden sie von den Transuranen abgelöst, insbesondere bei den nicht-wiederaufbereiteten hochradioaktiven Abfällen (abgebrannte Brennelemente). Nach einer Million Jahre nimmt die Radioaktivität kaum mehr, bzw. nur noch sehr langsam ab.
Für die Endlagerung hat diese Erkenntnis indes grosse Bedeutung, insbesondere auch wegen der Wärmeleistung, die in erster Linie mit dem Zerfall der Spaltprodukte zusammenhängt.
Der Wärmezerfall ist eine zweite, absolut entscheidende Charakteristik der Abfälle. Sie wird in erster Linie durch die kurzlebigen Spaltprodukte dominiert. Die Wärmeleistung folgt also prinzipiell dem Zerfall der Spaltprodukte.
Figur 4 zeigt den Temperaturverlauf eines Behälters mit hochradioaktiven Abfällen. Sie zeigt, dass der Wärmeaustrag in den ersten 100 Jahren extrem hoch ist und verdeutlich darum, weshalb die Abfälle zwischengelagert werden müssen. Bei wiederaufbereiteten Abfällen ist diese Wärmeabnahme indes sehr viel rascher als bei abgebrannten Brennelementen.
Dennoch: auch hier zeigt sich, dass die ersten paar hundert Jahre des Lagerprozesses von Abfallwärme aus Behältern und Gebinden mit konzentrierten hochradioaktiven Abfällen dominiert werden. Anders gesagt ist diese Wärmequelle von einschneidender Bedeutung für die Einlagerung solcher Behälter in den Tiefuntergrund.
Zum Abschluss dieses Beitrags weisen wir auf eine dritte wesentliche Eigenschaft der Abfälle hin: die Strahlung, die mit dem Zerfall radioaktiver Stoffe einhergeht. Figur 5 zeigt die Entwicklung der Strahlung gemessen in Curie pro Watt thermische Leistung (Ci/Wth). Bei den Aktivitäten zeigt sich wiederum ein ähnliches Bild: die ersten paar hundert Jahre sind die „strahlungsintesivsten“ Zeiträume, danach gehen die Aktivitäten deutlich zurück.
Was zeigt dies: in erster Linie ist diese Feststellung bedeutsam für den Umgang mit hochradioaktiven Behältern, dem sogenannten „handling“. In den ersten paar hundert Jahren ist die Direktstrahlung der Behälter so stark, dass nur unter speziell gesicherten Verhältnissen gearbeitet werden kann.
Es braucht Abschirmungen und Robotik, was „heisse Zellen“ bei der Rekonditionierung und Verpackung erforderlich macht und das Eindringen solcher Abfälle in ein Endlager bzw. mögliche Operationen für Bergung und Rückbau von hochradioaktiven Abfällen massiv erschwert.
Gemäss den theoretischen und in der Praxis verifizierten Modellen verhalten sich Atome beim Beschuss mit Neutronen auf zwei unterschiedliche Weisen: Gewisse Atome mit ungerader Massenzahl sind spaltbar (siehe Figur 3). Gewisse dieser Atome - sie gehören der Reihe der Transurane an - können bei einem Beschuss ein Neutron in den Atomkern aufnehmen und sich umwandeln.
Der Kugelknäuel mit grauen und roten Kugeln fängt dann eine oder mehrere weitere graue Kugeln ein und gibt diese nicht mehr (oder nur noch teilweise) frei. Der Kugelhaufen schnappt sich also zusätzliche Kugeln und wandelt sich um. Er verändert also seine innere Anordnung und Bauweise. Auf diese Weise entstehen neue Elemente, die teilweise wieder spaltbar sind.
Dies ist etwa der Fall von Uranium 238, welches bei Neutronenbeschuss ein Neutron aufnehmen kann und sich in Neptunium 239 umwandelt. Dieses transformiert sich bei einer Halbwertszeit von 2.355 Tagen und unter Abgabe von radioaktiver Strahlung in das allseits bekannte Plutonium 239, das wiederum zerfällt.
Internationale Abkommen zur nuklearen Sicherheit
Die Schweiz hat eine Reihe von internationalen Abkommen unterzeichnet, die dazu dienen, die Sicherheit von Kernanlagen und die friedliche Nutzung der Kernenergie zu gewährleisten. Zahlreiche weitere Abkommen regeln Verhalten und Haftpflicht bei einem Atomunfall, die internationalen Forschungszusammenarbeiten und weitere Belange von internationaler Bedeutung.
IAEA und WANO
Die Schweiz gehört zu den Mitunterzeichnerstaaten, die 1957 die Internationale Atomenergie-Organisation (IAEO) gegründet haben. Damit unterstellte unser Land alle seine Kernanlagen der permanenten Kontrolle der IAEO. Sie ist seither das Zentrum der weltweiten Zusammenarbeit und Kontrolle im zivilen nuklearen Bereich. Die IAEO führt in allen Mitgliedsstaaten, also auch in den Schweizer Kernkraftwerken sowie im Zwilag, regelmässig Kontrollen durch.
Wichtige Teile von Atomanlagen werden zudem von der IAEO laufend mit Kameras überwacht. Damit kein Brennstoff unerlaubt entnommen und zweckentfremdet werden kann, werden zudem die Reaktoren nach der jährlichen Revision und dem Brennstoffwechsel an drei Schlüsselstellen von der IAEO versiegelt. Auch auf diesem internationalen Weg wird sichergestellt, dass sämtliche Handlungen in Übereinstimmung mit dem Gesetz erfolgen.
Um Unfälle wie in Tschernobyl zu vermeiden wurde 1989 die WANO (World Association of Nuclear Operators) gegründet. Sämtliche Kernkraftwerksbetreiber weltweit sind Mitglied der WANO. Diese weltweite Verbindung der Kernkraftwerkoperateure hat sich zum Ziel gesetzt, die eigene Sicherheitskultur permanent zu hinterfragen, zu verbessern und sich dazu an den Besten der Branche zu messen.
Das geschieht unter anderem über regelmässige Peer Reviews, denen sich auch die Schweizer Kernkraftwerke unterziehen. Internationale Experten beurteilen dabei Themen wie Management, Organisation, Ausbildung, Strahlenschutz, Chemie, Ingenieurwesen, Betriebserfahrung und Brandschutz. Sie identifizieren Schwachpunkte ebenso wie vorbildliche Praktiken. Die über die WANO gepflegte internationale Zusammenarbeit und der Erfahrungsaustausch innerhalb der Kernenergiebranche helfen jedem einzelnen Kernkraftwerk, seine eigene Sicherheitskultur weiter anzuheben.
Abkommen über die Nichtverbreitung von Kernwaffen
Als IAEO-Mitglied unterzeichnete die Schweiz 1969 den Vertrag über die Nichtverbreitung von Kernwaffen, auch Non-Proliferations-Vertrag oder Atomwaffensperrvertrag genannt. Er hat zum Ziel, die Verbreitung von nuklearer Technologie zu militärischen und terroristischen Zwecken zu verhindern und atomwaffenfreien Staaten Zugang zu Kernmaterial und -technologie für zivile Zwecke zu verschaffen, sofern diese Staaten sich verpflichten, keine Kernwaffen zu kaufen oder zu entwickeln.
Die Atommächte, die offiziell im Besitz von Atomwaffen sind, verpflichten sich zur Abrüstung und zu einem Verbot von Kernwaffentests. Sicherheitsvorschriften, sogenannte Safeguards, regeln zudem den Transfer von Spaltmaterial zwischen Atomwaffenstaaten und atomwaffenfreien Staaten. Der Non-Proliferations-Vertrag wurde bisher von 191 Staaten unterzeichnet. Angesichts des internationalen Terrorismus ist dieser Vertrag von grosser Bedeutung. So kann der Sicherheitsrat der Vereinten Nationen (UNO) Sanktionen verhängen gegen Staaten, die gegen den Vertrag verstossen.
Zusatzprotokoll zum Atomwaffensperrvertrag
Mit dem auch von der Schweiz unterzeichneten Zusatzprotokoll besteht ein weiteres Regelwerk, das die Vorschriften und Kontrollen der IAEO nochmals verschärft. Die Art und Menge der Anlagen wurde beträchtlich erweitert, beispielsweise auf Zulieferer der Kerntechnik (wie Pumpen- und Messtechnikhersteller), auf die Kernforschung und auf Uranminen.
Zudem erhielt die IAEO das Recht, während Inspektionen auf deklarierten wie auch nicht deklarierten Anlagen und in der weiteren Umgebung Proben aus der Umwelt zu entnehmen. Dieses Zusatzprotokoll ist in 129 Staaten in Kraft.
Übereinkommen über die nukleare Sicherheit
1994 hat die Schweiz das Übereinkommen über die nukleare Sicherheit unterzeichnet. Ziel des Vertrages ist es, den weltweit hohen Stand der nuklearen Sicherheit beizubehalten und durch die intensivere internationale Zusammenarbeit weiter zu verbessern.
Übereinkommen bei Atom-Unfällen
Als Folge des Unfalls in Tschernobyl in der früheren UdSSR hat die Schweiz 1986 zwei Übereinkommen unterzeichnet. Damit wird sichergestellt, dass - anders als beim Unfall von Tschernobyl - die Nachbarstaaten frühzeitig informiert werden. Das zweite Übereinkommen betrifft die Hilfeleistung bei nuklearen Unfällen und strahlungsbedingten Notfällen.
Zusätzlich zu den hier aufgeführten Übereinkommen hat die Schweiz jeweils bilateral mit den Nachbarn Frankreich und Italien entsprechende Abkommen unterzeichnet. Eine Vereinbarung mit Deutschland ist bereits 1978 unterzeichnet worden.
tags: #Verhalten #bei #Traktorunfällen