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transcript
Fukushima I was sich bei dem katastrophalen Reaktorunfall in Japan ereignete
Klaus Schreckenbach
TU München
ÄKBV 12.5.2011
TECHNISCHEUNIVERSITÄTMÜNCHEN
Opfer: 14.755 Vermisste: 10.706 (Offizielle Zahlen vom 20.4.2011)
© dapd
• 11. März 2011
• Uhrzeit: 14:46:23 (06:46:23 MEZ)
• Intensität VII (JMA-Skala)
• Magnitude 9,0 (Richterskala)
• Tiefe 32 km
• Epizentrum 130 km von Sendai
Erdbeben und Tsunami, Japan
• Ca. 30% des Stroms aus Kernenergie
• 54 Reaktoren
Kernenergie in Japan hier: im Bereich um das Erdbeben
© NISA
(elektrisch)
Zentrum des Erdbebens
11.3.2011, 55 min nach dem Erdbeben:
Das Gelände der Fukushima Reaktoren wird überflutet, da der Tsunami-Schutz nicht hoch genug war
Fukushima II (Daini) Fukushima I (Daiichi)
2 to 3 m inundation height on side of unit 1 building
Höhenniveaus Fukushima I (Daiichi)
Brennelementlagerbecken
Reaktordruckbehälter
Kondensationskammer
Fukushima I Siedewasserreaktoren
Typ Mark I, GE
Äußeres Containment aus Beton
Quelle: Areva
Sicherheitsbehälter
‚Service Raum‘
Zustand der Fukushima I Reaktoren vor dem Erdbeben:
Reaktorblock 1,2,3 in Betrieb mit thermischer Leistung 1300 bzw. 2300 MW
Reaktorblock 4,5,6 abgeschaltet aber noch benutzte Brennelemente
Zustand der Reaktoren unmittelbar nach dem Erdbeben:
Alle Reaktoren automatisch abgeschaltet (1,2,3 durch Erdbebensensor)
Verlust einer äußeren Stromversorgung der Anlage
Nachkühlung der Reaktorkerne läuft an mit Dieselaggregaten, stabile Situation der Anlage
Zustand nach dem Tsunami
Externe Stromzuführung und interne Dieselaggregate zerstört, Schäden an Kühlleitungen, …
Kurzfristig Kühlung mit selbstlaufender Dampfpumpe und Batteriesteuerung
Langfristig Problem mit der Nachkühlung der Brennelemente
Probleme auch mit Wärmeentwicklung der Brennelemente im Lagerbecken (0.3 …2 MW)
Kühlung durch Zufuhr von Seewasser und dann Süßwasser mit externen Pumpen
Kühlung nach dem Abschalten des Reaktors erforderlich! Radioaktiven Spaltprodukte aus Reaktorbetrieb erzeugen noch Wärme (Nachzerfallswärme): 6% der ursprünglichen Reaktorleistung unmittelbar nach Abschalten: 1% nach 1 h 0.28% nach 5 Tagen 0.15% nach 20 Tagen … Beispiel: Fukushima I, Reaktorblock 2:
thermische Leistung bei Betrieb: 2300 MW (erzeugt 760 MW elektrisch)
Nach 5 Tagen : 2300 MW x 0.0028= 6,7 MW (=> Kühlung mit 19 Liter Wasser-Durchfluss pro Sekunde bei 80°C Erwärmung; oder Verdampfung von 3 Liter Wasser pro Sekunde)
Nach 20 Tagen: 3,5 MW (10 Liter Durchfluss/s; oder 1,6 Liter Verdampfung/s) Auch im Brennelement Lagerbecken mit je 1000 bis 1500 Kubikmeter Wasser muss Wasser nachgefüllt werden (Restwärme der gelagerten BE war 0,3 ..2 MW pro Lagerbecken)!
Die Nachwärme wurde nicht mehr ausreichend abgeführt:
Wasser verdampft
Druck im Reaktordruckbehälter steigt
der Reaktorkern überhitzt sich
Radioaktive Spaltprodukte werden aus den beschädigten BE freigesetzt (beginnt ab ca. 900 °C)
Wasserstoff entsteht ab ca. 1000 °C aus Wasser + Zirkonium der BE Hüllen
Der Überdruck wird über den mit Filtern versehenen Service Raum abgelassen
Explosion des Wasserstoffs im Serviceraum
Emission von Spaltprodukten in die Umgebung
Zuführung und Ablassen von Kühlwasser: radioaktiv kontaminiertes Wasser
Source: AREVA
Wasserstoff Radioaktive Substanzen
Zeit
Fr., 11. März 14:46 Uhr: Erdbeben ca. 1 Std. später Tsunami 18:00 Uhr: Kühlung in Block 1 ausgefallen
Chronologie der Ereignisse in den ersten Tagen
Sa., 12. März 14:30 Uhr: Kontrollierter Druckablass in Block1
15:36 Uhr: Wasserstoffexplosion in Block 1
22:30 Uhr: Block 1 mit Meerwasser gekühlt
So., 13. März 5:30 Uhr: Kühlung in Block 3 ausgefallen, Kernschaden nicht ausgeschlossen
Mo., 14. März 11:00 Uhr: Wasserstoffexplosion in Block 3
13:25 Uhr: Kühlung im Block 2 ausgefallen
20:12 Uhr: Kontrollierter Druckablass in Block 2, Kernschaden nicht ausgeschlossen
derzeitig angestrebte Kühlung (bisher nur zum Teil gelungen):
Fluten des Reaktordruckbehälters und des Sicherheitsbehälters
Source: AREVA
Insbesondere bei der Druckminderung des Sicherheitsbehälters und dem Wasserverlust im Lagerbecken des Reaktors 4 wurden radioaktive Gase und Aerosole freigesetzt (Abschätzung der Japaner: insgesamt ca 10% relativ zu Tschernobyl), welche je nach Wind über das Meer oder Land sich ausbreiteten. Hauptnuklide 131 I (8 Tage Halbwertszeit) und 137Cs (30 Jahre Halbwertszeit) sowie Edelgase.
Abgabe von Wasser, gezielt oder durch Lecks ins Meer
Die japanische Regierung evakuierte die Bevölkerung in einem Umkreis von 20 km
Bodenproben obere 5 cm in diesem evakuierten Bereich: 4 km Abstand von den Reaktoren Richtung WNW 380 kBq/kg 137Cs 2 km Richtung WSW 120kBq/kg 137Cs
Emission von Radioaktivität in die Umgebung
Tschernobyl, 1986
Fukushima 2011 Three Mile Island, 1979
Forsmark, 2006
INES-Skala (‚International Nuclear Event Scale‘) Fukushima: in Kat 7 wegen erheblicher Emission von radioaktiven Stoffen
Zusammenfassung: Der Tsunami nach dem starken Erdbeben in Japan vom 11.März 2011 hat einen katastrophalen Unfall an den Reaktorblöcken Fukushima I bewirkt
Die Reaktoren 1-3 schalteten mit dem Erdbeben automatisch vor dem Tsunami ab (Die Reaktoren 4-6 waren nicht im Leistungsbetrieb).
Der Tsunami nach einer Stunde war mit ca. 14 m war höher als die Schutzwälle und beschädigten die Notstrom- und Kühlwasserversorgung der gesamten Anlage von 6 Reaktoren
Die Nachzerfallswärme der Brennelemente konnte nicht mehr geregelt abgeführt werden und die Kühlung der Brennelemente ist auch jetzt noch nicht im Normalbetrieb
Die Brennelemente überhitzten sich und erlitten ernsten Schaden mit Freisetzung von radioaktiven Stoffen und Wasserstoff (Explosionen); auch Freisetzungen aus BE Lagerbecken.
Die Freisetzung entspricht nach derzeitigen Schätzungen etwa 10% von Tschernobyl; Wind war meistens günstig Richtung Meer.
Evakuierungen wurden rechtzeitig durchgeführt, vorübergehend auch Einschränkungen im Lebensmittelvertrieb. Schädliche Strahlenwirkung für Bevölkerung ist somit begrenzt.
Bedienungspersonal des Reaktors: Nach den japanischen Behörden 4 Todesfälle (nicht durch Strahlenwirkung), 21 Personen mit 100 mSv bis 250 mSv bestrahlt.
Die langfristigen Auswirkungen auf die Umgebung (Bewohnbarkeit) werden erst im Laufe des Jahres voll erfasst werden
Die japanisch Regierung erwirkte vor kurzem die Abschaltung der Reaktoren Hamaoka (200 km SW von Tokio, insgesamt 3.6 GWe) wegen mangelnder Vorsorge gegen Erdbeben(Tsunami)
Weltweite Diskussion um Nutzen und Gefahren der Kernenergie!
Stromverbrauch pro BIP (blaue Kurve) bez. pro Einwohner (rote Kurve) in Deutschland seit 1990
Stromverbrauch pro Einwohner:
15% Zunahme seit 1993!
Entwicklung des Stromverbrauchs in Deutschland
Bei gleichbleibendem Stromverbrauch von 1960 würde Wasserkraft heute den gesamten Strombedarf von Bayern abdecken!
Wie Bayern im Wandel der Jahre seinen Strom erzeugte:
Weiterführende Links: (von diesen und anderen Quellen wurden auch die gezeigten Bilder und Darstellung entnommen)
• www.grs.de (Gesellschaft für Anlagen- und Reaktorsicherheit)
• www.tepco.co.jp/en (Betreiber TEPCO der Fukushima-Anlage)
• www.nisa.meti.go.jp/english (Nuclear and Industrial Safety Agency)
• www.iaea.org (Internationale Atomenergiebehörde)
• www.jaif.or.jp/english (Japanische Atomindustrie)
• www.bfs.de (Bundesamt für Strahlenschutz)
• www.vgb.org (Verband der Großkessel Besitzer, Essen )