Ursache des dreifachen Reaktoren-Unglücks in Fukushima

 

Die Kolumne von Hans-Jochen Luhmann

Im März 2011 sind am Kraftwerksstandort Fukushima I drei von sechs Nuklearreaktoren durchgegangen, es ist zu Kernschmelzen gekommen und radioaktive Substanzen gelangten in die Biosphäre. Auslöser war das präzedenzlos starke Tohoku-Erdbeben, das auch noch eine Reihe von Tsunamis auslöste. Die trafen erstmals etwa eine knappe Stunde nach dem zerstörerischen Erdbeben auf die Ostküste der japanischen Hauptinsel Honschu.

Sowohl das Erdbeben allein als auch die Tsunamiwellen für sich überschritten die jeweiligen Auslegungswerte des Kernkraftwerks Fukushima I. Fragt man also nach „der“ Ursache des Unglücks dort, dann wäre wohl jedermann mit der Antwort zufrieden: Das Zusammentreffen von massivem Erdbeben und massivem Tsunami war „der“ Grund.

In Deutschland vertraten Teile der technischen Fachcommunity, mit Unterstützung aus der Schweiz, alsbald ein deutlich davon abweichendes Narrativ. Zu meiner Verblüffung betonten Experten, dass nicht das Bündel aus Erdbeben und Tsunami Ursache des desaströsen Ablaufs in Japan gewesen sei, sondern lediglich der Tsunami allein ‑ also ausgerechnet jener Teil, der bei uns nicht auftreten kann. Beispielhaft greife ich die präzise Argumentation eines Vertreters aus dem technischen Fachverband für die Strom- und Wärmeerzeugung (VGB PowerTech) heraus. Bei ihm hieß es, hier zitiert in einer Fassung, die zwei Jahre später formuliert wurde:

„Inzwischen steht die Ursache für das Fukushima-Unglück fest: Auslöser war nicht das Erdbeben, die Sicherheitstechnik der Anlagen oder Fehler der Betriebsmannschaft, sondern einzig die mangelhafte Auslegung gegen hohe, zu erwartende Tsunamis.“

In der Sache funktioniert das Argument wie folgt: Wenn es in Fukushima I keinen auslegungsüberschreitenden Tsunami gegeben hätte, dann hätten die Notstrom- und sonstigen Einrichtungen funktioniert und es wäre zu einem Herunterfahren der schnellabgeschalteten Reaktoren wie nach Handbuch gekommen, trotz vollständiger Unterbrechung der externen Stromversorgung.

Das Motiv für seine Engführung verdeutlicht der Autor in dem folgenden, auf Politisches zielenden, Schluss daraus:

„Insbesondere ist damit klar, dass es sich nicht, wie in der Begründung für das deutsche Atomausstiegsgesetz angegeben, um ein „Restrisikoereignis“, also ein sehr seltenes, höchstens einmal in 10 000 bzw. 100 000 Reaktorbetriebsjahren (Überflutungen bzw. Erdbeben) stattfindendes, und daher durch die Anlagenauslegung nicht abzudeckendes Ereignis gehandelt hat.“

Inhaltlich geht es um die Legitimität der Begründung, welche die Bundesregierung für den partiellen Atomkraft-Ausstieg im Frühjahr 2011 heranzog. In manchen Kreisen bestand wohl noch Hoffnung, an der aus dem Hut gezauberten Reaktion der damals herrschenden Koalition aus CDU/CSU und FDP etwas ändern zu können – mit dem Nachweis eines gedanklichen Irrtums in der Begründung. Das erwies sich zwar als Illusion, doch bei der ausstehenden rechtlichen Klärung der geltend gemachten Schadensersatzansprüche kann die Stichhaltigkeit der Begründung für das Abschalten etlicher Reaktoren in Deutschland in Zukunft schon noch eine Rolle spielen. Auf die Tagesordnung wird das Thema wieder kommen, wenn das Bundesverfassungsgericht, wohl in 2017, über die diversen anhängig gemachten Klagen entscheiden wird.

Das „Argument“, Ursache des Desasters in Fukushima I sei „einzig die mangelhafte Auslegung gegen hohe, zu erwartende Tsunamis“, ruft bei einem informierten Zeitgenossen nicht nur aus methodischen Gründen Skepsis hervor. Dafür gibt es einen weiteren Anlass.

Die Ursache des Reaktorunglücks in Fukushima Dai-ichi

Zwölf Kilometer südlich von Fukushima I liegt der Kraftwerksstandort Fukushima II. Am Standort Fukushima I standen 4,5 Gigawatt elektrische Nettoleistung aus sechs Reaktoren zur Verfügung, am später errichteten Standort Fukushima II mit 4,4 GWel etwa dieselbe Leistung aus vier Reaktoren. Durch Wartungsarbeiten bedingt war am Unglückstag die in Betrieb befindliche Leistung und somit das Nachwärmepotential in Fukushima II deutlich größer als in Fukushima I (4,4 GWel versus 2 GWel).

Ihrer Nähe wegen sind beide Kraftwerke recht gut vergleichbar. Sie wurden am 11. März 2011 von in etwa denselben Naturkräften getroffen, und doch war der Ausgang so diametral verschieden. Will man „den“ Grund des unterschiedlichen Ausgangs ernstlich klären, so hat man ein vergleichendes Untersuchungsdesign zu wählen. Eine Untersuchung solch erhellenden Designs hat das Öko-Institut kürzlich vorgelegt. Auftraggeber war die Gesellschaft für Reaktorsicherheit (GRS), im Auftrag des zuständigen Ministeriums.

Zunächst zur „Vergleichbarkeit“, zu der Behauptung, beide Kraftwerke wurden von „in etwa denselben Naturkräften getroffen.“ Da bestehen natürlich doch Differenzen. Dazu im Einzelnen:

(i) Erdbeben: Am Standort Fukushima II lagen die gemessenen Erdbebenbeschleunigungen (PGA ) bei maximal 3,05 m/s2, das sind etwa 65 Prozent der Auslegungswerte. Am Standort Fukushima I hingegen sind Erdbebenbeschleunigungen von maximal 5,50 m/s2 gemessen worden, das sind 125 Prozent der Auslegungswerte. Ob die Überschreitung der Auslegungswerte am Standort Fukushima I zu Schäden an sicherheitsrelevanten Teilen geführt hat, ist im Nachhinein kaum mehr festzustellen – wegen der Überlagerung mit den nachfolgenden Ereignissen, dem Tsunami und dann den Kernschmelzen.

(ii) Höhe des Tsunami-Auflaufs: Die maximale Höhe des gut zweistündigen Tsunami-Auflaufs am Standort Fukushima II ist mit 9,1 m geringer gewesen als am Standort Fukushima I mit 13,1 m. Das ist in beiden Fällen weit oberhalb des (gemeinsamen) Auslegungswertes von 5,2 m. Das Anlagengelände am Standort Fukushima II liegt etwa 2 m höher als am Standort Fukushima I. Daraus resultierte in Fukushima II eine erheblich geringere Überflutung des Anlagengeländes als in Fukushima I. Entsprechend waren die Zerstörungen durch den Tsunami unterschiedlich schwerwiegend. Gleich aber war, dass durch den Tsunami an beiden Standorten Anlagen zerstört wurden, die sich unterhalb des Kraftwerkgeländes befanden und den Zugang zur ultimativen Senke für die Abwärme der schnellabgeschalteten Reaktoren boten, das Meer.

Wir wissen, dass im Fall einer Schnellabschaltung die Verfügbarkeit von Elektrizität den kritischen Pfad darstellt. Im Fall einer Schnellabschaltung entstehen in einem Kernkraftwerk erhebliche Mengen an Nachzerfallswärme, die nun nicht mehr auf Turbinen geleitet werden können, sondern sonstwie „entsorgt“ werden müssen. Sie müssen

(a) schleunigst heraus aus dem Reaktordruckgefäß – dafür stehen nur wenige Stunden zur Verfügung – und
(b) auch heraus aus dem Reaktor, am besten in die ultimative Wärmesenke, im Fall Fukushima ins Meer – dafür stehen Tage zur Verfügung.

Die Produktion von Nachzerfallswärme eines Kernreaktors geht nach der Schnellabschaltung über die Zeit exponentiell zurück. In den Fukushima-Kraftwerken hat die Zeitspanne zwischen dem Erdbeben und dem später auflaufenden Tsunami auf die Menge der noch abzuführenden Wärme daher einen wesentlichen Einfluss. Wären die Schäden, die die externe Stromversorgung unterbrachen, in Fukushima I allein Tsunami-bedingt gewesen, dann wäre die mit improvisierten Hilfsmitteln abzuführende Wärmemenge deutlich geringer gewesen. Und damit wären die „Gnadenfristen“, die den Bedienmannschaften zur Verfügung standen, deutlich höher gewesen. Die externe Stromversorgung wurde in Fukushima I jedoch bereits durch das Erdbeben vollständig unverfügbar. Damit war die reguläre Abfuhr der Nachzerfallswärme von Anfang an unmöglich.

Die „Hauptwärmesenke“ ist der Kondensator im Maschinenhaus. Er benötigt die externe Stromversorgung, sein Betrieb überfordert das Notstromsystem. Fällt nun die externe Versorgung aus, so wird die Nachzerfallsleistung in die Kondensationskammer abgeführt und von dort über die Nachkühlsysteme ins Meer. Diese Einrichtungen sind notstromversorgt.

Da in Fukushima I die externe Stromversorgung bereits durch das Erdbeben zusammengebrochen war, fiel dort von Anfang an auch die Hauptwärmesenke aus. Das beim Erdbeben schnellabgeschaltete Kraftwerk produzierte so Nachzerfallswärme, die nirgendwohin abgeführt werden konnte. In Fukushima II hingegen war die externe Stromversorgung nicht gestört. Wenn in Fukushima I der Notstromfall erst durch den Tsunami ausgelöst worden wäre, hätte eine längere Karenzzeit bestanden und wäre folglich der Ablauf möglicherweise ein deutlich anderer gewesen.

Durch den Ausfall der Notstromversorgung bis hin zu den Batterien an den Mess-, Überwachungs- und Steuerungssystemen waren in Fukushima I die für die weitere Ergebnisbeherrschung relevanten Einrichtungen nicht durchgängig mit elektrischer Energie versorgt, am Anfang waren sie es gar nicht. So kam es in dieser für Eingriffe knapp bemessenen Zeit im Block 1 frühzeitig zu einer über viele Stunden nicht erkannten Nichtverfügbarkeit des Notkondensationssystems. Die Folge war, dass die Niederdruck-Einspeisung zur Kühlung nicht funktionsfähig gehalten wurde (an den Blöcken 2 und 3 war das später, aus anderen Gründen, ebenso). Das brachte die frühe Kernschmelze in diesem Block, und das wiederum zeitigte eine Pandora von Folgen, welche die Handhabung am gesamten Standort Fukushima I äußerst schwierig und aufwändig machte. Die Notwendigkeit des Druckablassens, die Kernschmelzen in den Blöcken 2 und 3 sowie die Wasserstoff-Explosion im Gebäude von Block 4 waren letztlich Konsequenzen dieser durch das frühe Durchgehen von Block 1 herbeigeführten Situation.

 

 

Vgl. dazu die folgende Meldung vom 6.6.14 (Interfax Ukraine):
<<Interior Minister Arsen Avakov has said. „I have decided that a hundred percent of combat and patrol units of the Interior Ministry will take part in the antiterrorism operation. This is not only a necessity but also a test of their proficiency, spirit and patriotism. The tempering of units with real threats and challenges is a factor of the creation of a new police force which will be trusted by the public,“ … Avakov reported that 21 officers of the Chernihiv special-purpose patrol battalion comprising volunteers refused to go on a patrol mission in Luhansk region. „The battalion was assigned a patrolling mission in Luhansk region the day before yesterday. Eighty-six men departed to the designated sector to do a man’s job and to accomplish a combat mission in the regime of antiterrorism patrols. Twenty-one persons refused to go and submitted their resignations… They were dismissed immediately,„>>