Klaus Schreckenbach TU München

Transkript

1 TECHNISCHE UNIVERSITÄT MÜNCHEN Fukushima I was sich bei dem katastrophalen Reaktorunfall in Japan ereignete Klaus Schreckenbach TU München ÄKBV

2 Erdbeben und Tsunami, Japan 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 Opfer: Vermisste: (Offizielle Zahlen vom ) dapd

3 Kernenergie in Japan hier: im Bereich um das Erdbeben (elektrisch) Ca. 30% des Stroms aus Kernenergie 54 Reaktoren Zentrum des Erdbebens NISA

4 2 to 3 m inundation height on side of unit 1 building Fukushima I (Daiichi) Fukushima II (Daini) , 55 min nach dem Erdbeben: Das Gelände der Fukushima Reaktoren wird überflutet, da der Tsunami-Schutz nicht hoch genug war Höhenniveaus Fukushima I (Daiichi)

5 Fukushima I vor dem Tsunami nachher IAEA

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7 Prinzip eines Siedewasser Reaktors (SWR)

8 Fukushima I Siedewasserreaktoren Typ Mark I, GE Brennelement lagerbecken Service Raum Reaktordruck behälter Äußeres Containment aus Beton Sicherheitsbehälter Kondensations kammer Quelle: Areva

9 Zustand der Fukushima I Reaktoren vor dem Erdbeben: Reaktorblock 1,2,3 in Betrieb mit thermischer Leistung 1300 bzw 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

10 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 = 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)!

11 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 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 Wasserstoff Radioaktive Substanzen Source: AREVA

12 Chronologie der Ereignisse in den ersten Tagen Fr., 11. März Sa., 12. März 14:46 Uhr: Erdbeben ca. 1 Std. später Tsunami 18:00 Uhr: Kühlung in Block 1 ausgefallen 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 Zeit 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

13 derzeitig angestrebte Kühlung (bisher nur zum Teil gelungen): Fluten des Reaktordruckbehälters und des Sicherheitsbehälters Source: AREVA

14 Ziel: normale Kühlsysteme wieder anschließen! Kaltfahren

15 Emission von Radioaktivität in die Umgebung 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 137 Cs (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 137 Cs 2 km Richtung WSW 120kBq/kg 137 Cs

16 Unterschiedliche Skalen für die Dosisleistung!

17 INES-Skala ( International Nuclear Event Scale ) Fukushima: in Kat 7 wegen erheblicher Emission von radioaktiven Stoffen Tschernobyl, 1986 Fukushima 2011 Three Mile Island, 1979 Forsmark, 2006

18 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!

19 Noch zwei Folien zum Nachdenken über die Diskussion zur Kernenergie und unseren Stromkonsum

20 Entwicklung des Stromverbrauchs in Deutschland Stromverbrauch pro Einwohner: 15% Zunahme seit 1993! Stromverbrauch pro BIP (blaue Kurve) bez. pro Einwohner (rote Kurve) in Deutschland seit 1990

21 Wie Bayern im Wandel der Jahre seinen Strom erzeugte: Bei gleichbleibendem Stromverbrauch von 1960 würde Wasserkraft heute den gesamten Strombedarf von Bayern abdecken!

22 Vielen Dank für Ihre Aufmerksamkeit

23 Weiterführende Links: (von diesen und anderen Quellen wurden auch die gezeigten Bilder und Darstellung entnommen) (Gesellschaft für Anlagen- und Reaktorsicherheit) (Betreiber TEPCO der Fukushima-Anlage) (Nuclear and Industrial Safety Agency) (Internationale Atomenergiebehörde) (Japanische Atomindustrie) (Bundesamt für Strahlenschutz) (Verband der Großkessel Besitzer, Essen )