Wolfgang Liebert. Universität für Bodenkultur Wien Institut für Sicherheits- und Risikowissenschaften

Transkript

1 Praxisseminar Strahlenschutz Teil 1.1: Einführung Wolfgang Liebert 1 1

2 Das ISR Projekt Nukleare Sicherheit des Akademischen Senates der Universität Wien Institut für Risikoforschung (IRF) der Uni Wien bis 2009 seit 2009 an der Universität für Bodenkultur als ISR etabliert Fokus: Technische, ökologische und soziale (globale) Risiken von Energietechnik traditioneller Schwerpunkt: Nukleartechnik 2

3 Inhalt Organisatorisches Vorstellung Aufbau & Termine Prüfungsmodalitäten Praktische Hinweise Inhalte des Seminars Motivation + Lernziele Kerntechnikentwicklung bis zur Bombe Weitere Entwicklung nach der Bombe Sicherheitsprobleme und Folgerisiken und Österreich? 3

4 Aufbau 5 Theorieeinheiten à 3 Stunden Zwischentest 3 Praxiseinheiten à ca. 8 Stunden Letzte Praxiseinheit ist Exkursion Abschlussprüfung (praktisch) 4

5 Termine Theorie jeweils donnerstags von 09:00-12: Praxis Start jeweils bei Baracke 3, 09:00-18: (inkl. Zwischentest) Exkursion (Verschiebung evtl. möglich) Abschlussprüfung (voraussichtlich 13. Juni 2013, 09:00 Uhr) 5

6 Prüfungsmodalitäten Anwesenheitspflicht Mitarbeit Zwischentest schriftlich (MC + offen, 30 min) Abschlusstest praktisch (3 Stationen zu Themen, jeweils 15 min) 6

7 Praktische Hinweise Kleidung: Sportkleidung für 1. u. 3. Praxiseinheit Verwendet werden schwache Quellen: unter Freigrenze Unterlagen: Folien online, kein Skriptum 7

8 Seminarinhalt: Theorie 1.1 Einführung, Organisation 1.2 Strahlenschutzgrundlagen 2.1 Ionisierende Strahlung Einführung 2.2 Ionisierende Strahlung Vertiefung 3.1 Biologische Wirkung ionisierender Strahlung 3.2 Nicht-ionisierende Strahlung 4 Messtechnik 5 Schutz und Dekontamination 8

9 Seminarinhalt: Praxis 1.1 Messtechnik und Selbstschutz 1.2 Schutz und Dekontamination 2.1 Nicht-Ionisierende Strahlung 2.2 Gammamessstelle 3 Exkursion 9

11 Motivation Katastrophenpotential von Kernwaffen und Kernreaktoren real Nach Tschernobyl und Fukushima große Verunsicherung Publizierte Messwerte oft unverständlich (oder unvollständig) Messmethoden sollten nachvollziehbar sein Reichweite und Auswirkung von Strahlungsarten Möglichkeiten von Selbstschutz Was kann man selbst messen bzw. wer kann mehr? 11

12 (Lern-)Ziele Grundlegendes physikalisches und biologisches Verständnis für verschiedene Strahlungsarten und deren Wirkung Vermessen von Strahlungsquellen Messwerte interpretieren können Prinzipien der Probenahme und Vermessung beherrschen Effektiver Selbstschutz und dessen Grenzen 12

14 Induzierte Kernspaltung in Uran-235 Entdeckung 1938 Quelle: 14

15 Induzierte Kernspaltung in Uran-235 (Natururan: nur 0,7 % Uran-235 aber 99 % Uran-238) Reaktionsgleichung: U235 + n Kr + Ba + 3n MeV Produktion von Neutronen & viel Energie + verschied viele verschiedene (radioaktive) Spaltprodukte 15

16 Vorahnungen Wenn man bedenkt, dass das Radium in den Händen von Verbrechern sehr gefährlich werden könnte, drängt sich einem die Frage auf, ob es für die Menschheit von Vorteil ist, die Geheimnisse der Natur kennen zu lernen, und ob sie reif dafür ist, sich ihrer zu bedienen, oder ob diese Erkenntnisse ihr nicht vielleicht eher zum Schaden gereichen Pierre Curie ( ), Physiknobelpreis

17 Vorahnungen Wenn man bedenkt, dass das Radium in den Händen von Verbrechern sehr gefährlich werden könnte, drängt sich einem die Frage auf, ob es für die Menschheit von Vorteil ist, die Geheimnisse der Natur kennen zu lernen, und ob sie reif dafür ist, sich ihrer zu bedienen, oder ob diese Erkenntnisse ihr nicht vielleicht eher zum Schaden gereichen Pierre Curie ( ), Physiknobelpreis 1903 Wenn ein geeigneter Zünder gefunden würde, ist es denkbar, dass sich durch die Materie eine Welle des atomaren Zerfalls explosiv fortsetzt, die diese alte Erde in Asche verwandeln könnte... Irgendein Gimpel in seinem Laboratorium könnte unversehens die ganze Welt in die Luft sprengen Ernest Rutherford ( ), Chemienobelpreis

18 Warnungen Wir leben sozusagen auf einer Insel von Schießbaumwolle, für die wir Gott sei Dank das anzündende Streichholz noch nicht gefunden haben Walther Nernst ( ), Chemienobelpreis

19 Warnungen Wir leben sozusagen auf einer Insel von Schießbaumwolle, für die wir Gott sei Dank das anzündende Streichholz noch nicht gefunden haben. 1932: Entdeckung des Neutrons (postuliert von Rutherford) 1921 Walther Nernst ( ), Chemienobelpreis 1920 Wir dürfen mit Recht an die Möglichkeit denken, dass die Forscher, die nach Gutdünken Elemente aufbauen und zerschlagen können, auch Kernumwandlungen von explosivem Charakter verwirklichen werden. (...) Sollte man es fertig bringen, dass solche Umwandlungen sich in der Materie fortpflanzen, so wird vermutlich die Befreiung enorm großer nutzbarer Energie stattfinden Frédéric Joliot-Curie ( ), Chemienobelpreis

20 Warnungen...im Oktober 1933 hatte ich den Einfall, dass man eine Kettenreaktion erreichen könne, wenn ein Element zu finden wäre, das zwei Neutronen ausstoßen würde, nachdem es ein Neutron geschluckt hatte. Zuerst dachte ich dabei an Beryllium, dann an andere Elemente, einschließlich Uran, aber aus dem einen oder anderen Grund führte ich das entscheidende Experiment niemals aus. Szilard-Vorschlag (1935), zumindest vorübergehend nicht zu veröffentlichen... Leo Szilard ( ) Frühjahr 1939 Experimenteller Nachweis: Kettenreaktion in Uran möglich! (Enrico Fermi, F. Joliot-Curie, L.Szilard) 20

21 Entwicklungsgeschichte insbesondere militärische Forschung und Entwicklung im Zweiten Weltkrieg und danach 1932 Entdeckung des Neutrons 1938 Entdeckung induzierter Kernspaltung Deutscher Uranverein / US Manhattan Project 21

22 Hiroshima - 6. August % aller Gebäude im Umkreis von 13 Quadratkilometern zerstört ~ Tote (Ende 1945) plus ~ durch Spätfolgen Sprengkraft: entspricht t TNT = 13 kt TNT ( Kilotonnen ) Quelle: 22

23 68 Jahre Atombombenabwurf auf Hiroshima und Nagasaki 23

25 Entwicklungsgeschichte insbesondere militärische Forschung und Entwicklung im Zweiten Weltkrieg und danach 1932 Entdeckung des Neutrons 1938 Entdeckung induzierter Kernspaltung / Deutscher Uranverein / US Manhattan Project Uran-Spaltbombe (und Einsatz über Hiroshima) 1. Plutonium-Spaltbombe (und Einsatz über Nagasaki) sowjetischer Kernwaffentest Booster-Bombe (fusionsverstärkte Spaltbombe) Wasserstoffbombe (thermonukleare Fusion) 1959 bzw Stationierung von Interkontinentalraketen Atomsprengköpfe weltweit ( ) Sprengköpfe in 9 Kernwaffenstaaten 25

26 Nukleartechnikentwicklung seit den 1940er Jahren Urananreicherung: Produktion von Waffenstoff (HEU) Erste Reaktoren: Plutoniumerzeugung Plutonium-Abtrennung / Wiederaufarbeitung: Plutonium für Waffen Uranschürfung : tausend Tonnen für Waffen Erster kommerzieller Reaktor: Calder Hall 1956 gleichzeitig Plutoniumlieferant fürs britische Waffenprogramm 26

27 Nukleartechnikentwicklung seit den 1940er Jahren Seit 1955 friedliches Nuklearzeitalter Urananreicherung: Produktion von Waffenstoff (HEU) Brennstoff für heute > 400 Leistungsreaktoren (Brennelementfertigung) Erste Reaktoren: Plutoniumerzeugung Leistungsreaktoren in 31 Staaten + 30 Länder mit Forschungsreaktoren Plutonium-Abtrennung / Wiederaufarbeitung: Plutonium für Waffen Brennstoffwiederaufarbeitung: 250 t Pu auf Halde nur teilweise Nutzung als MOX-Brennstoff (theoret. brauchbar für Sprengköpfe) Uranschürfung : tausend Tonnen für Waffen Uranbedarf für Reaktoren z.zt t pro Jahr Erster kommerzieller Reaktor: Calder Hall 1956 gleichzeitig Plutoniumlieferant fürs britische Waffenprogramm Zwischenlager für abgebrannten Brennstoff 27

28 Atomzeitalter ist geprägt durch militärisch-zivile Ambivalenz der Nukleartechnologie und der verwendeten Materialien militärische Entwicklungsprogramme oder latente militärische Optionen unter Nutzung der nach 1955 zunehmend verbreiteten zivilen Technologien Tendenz, dass Klub der drei Atommächte (USA, SU, UK) nicht begrenzt bleibt: Frankreich China Israel er Südafrika - 28

29 Kernwaffenarsenale 2011 Sprengköpfe (intakt) Sprengköpfe operational Hiroshima- Äquivalente operational USA Rußland Großbritannien Frankreich China ~240 ~ Israel ~200 ~80? Indien ?? Pakistan ?? Nordkorea (8-12)?? SUMME ~ ~ Hiroshima Quelle: auf Basis von Norris/Kristensen, FAS 29

30 Kernwaffenarsenale 2011 Sprengköpfe (intakt) Sprengköpfe operational Hiroshima- Äquivalente operational Reserve Sprengkraft (gesamt) USA ~ 1,5-2 Gt Rußland X.000 ~ 1,7-3 Gt Großbritannien ~ 75 22,5 Mt Frankreich ja? 42 Mt China ~240 ~ ja? > 250 Mt Israel ~200 ~80??? Indien ???? Pakistan ?? (70-130)? Nordkorea (8-12)?? SUMME ~ ~ Hiroshima Quelle: auf Basis von Norris/Kristensen, FAS 3,5-6Gt (~ Hiroshima) 30

31 Kernreaktoren weltweit Quelle: wikipedia 31

32 Gegenwärtiger Stand der Nuklearenergienutzung ~ 370 GW Nuklearstrom-Kapazität (~440 Leistungsreaktoren in 31 Ländern) überwiegend Leichtwasserreaktoren (LWR) ~ 14 % nuklearen Anteil bei Stromproduktion (insbes Staaten) ~ 5,5 % nuklearer Primärenergieanteil ~ 3 % nuklearer Anteil am Endenergieverbrauch ( nur sehr begrenzter Beitrag zur CO 2 Vermeidung) Gegenwärtig genutzte LWR benötigen Uran als Brennstoff Uran ist eine nicht-erneuerbare Ressource Europa, USA, Japan, etc. abhängig von Importen 32

34 Drei Hauptanforderungen an Sicherheit der Reaktoren 1. Reaktivitätskontrolle (Brennstoffkonfiguration darf nie überkritisch werden) 2. Nachwärmeabfuhr aus den Brennelementen (auch aus den alten im Becken) 3. Einschluss der radioaktiven Stoffe 34

35 Katastrophenpotential Typisches Inventar von etwa 100 t Brennstoff in 1 GW Reaktor Im abgebrannten Brennstoff: 0,8 % Uran-235 (wenn vollständig abgebrannt) 1,2 % Plutonium (230 kg / GWa) 6,2 % Transurane und Spaltprodukte (1,2 t / GWa) 91,8 % Uran-238, (-236,-237) [4,2% Uran-235 im frischen Reaktor-Brennstoff (LWR)] 35

36 Sicherheitsprobleme von Spaltreaktornutzung 1. Wirkung extremer äußere Ereignisse auf Reaktoren (Naturkatastrophen, Kriegseinwirkungen, Terror, Flugzeugabsturz) 2. Pausenlose aktive Kühlung der Brennelemente 3. Extremes Katastrophenpotential größerer Spaltreaktoren - naturgesetzlich unvermeidbare Nachzerfallswärme 4. Sicherung des Atommülls: Nachzerfallswärme, Angriff, Abschluss von der Lebenswelt über extreme Zeiträume 5. Sicherung gegen Gebrauch in Waffenprogrammen (Urananreicherung unverzichtbar, Plutoniumabtrennung verzichtbar) 36

37 Nuklearunfälle Kyschtym (Majak) (1957) Sellafield (1957) Three Mile Island (1979) Tschernobyl (1986) Goiânia-Unfall (1987) Fukushima (2011) 37

38 Kernwaffentests Insgesamt wurden zwischen 1945 und 1996 über 2000 Kernwaffentests registriert, 25% bzw 622 Tests wurden in der Atmosphäre durchgeführt; 200 Bomben der USA 200 Bomben der Sowjetunion 20 Bomben von Großbritannien 50 Bomben von Franzreich 20 Bomben von China 38

39 Kernwaffentests Insgesamt wurden zwischen 1945 und 1996 über 2000 Kernwaffentests registriert, 25% bzw 622 Tests wurden in der Atmosphäre durchgeführt; 200 Bomben der USA 200 Bomben der Sowjetunion 20 Bomben von Großbritannien 50 Bomben von Franzreich 20 Bomben von China 39

40 Kernwaffentests und Tschernobyl im Vergleich Zusätzliche Strahlenbelastung für einen Durchschnittsdeutschen durch Kernwaffentests und Tschernobyl Quelle: 40

42 Österreich - entnuklearisiert Kernkraftwerk Zwentendorf bei Wien SWR mit ca. 700 MW (ca. 1 Mrd. Euro) Referendum (50,47% Nein) wird Ersatzteillager für deutsche SWR Dez Atomsperrgesetz : kein KKW ohne Volksabstimmung Bundesverfassungsgesetz für ein atomfreies Österreich: - Atomwaffenverbot (Bekräftigung des Beitritts zum Nichtverbreitungsvertrag) - keine Atomenergienutzung Quelle: wikipedia 42

43 Reaktoren rund um Österreich 13 innerhalb 100 km Zone + 13 innerhalb 200 km Zone Quelle: Informationskreis Kernenergie, modifiziert auf Stand