Einleitung
Unser Referat möchte über die Funktion und den Zweck von Atomkraftwerken ebenso aufklären, wie die Probleme beleuchten, die bei der Nutzung von Atomkraft auftreten können. Besonders in unseren Zeiten, in denen eine Abhängigkeit von Atomkraft nicht von der Hand zu weisen ist, ist es wichtig sich über Nutzen und Risiken klar zu werden. Nicht die politischen Sachverhalte, sondern die Technik soll bei diesem Referat im Vordergrund stehen, jedoch haben technische Veränderungen und Probleme auch immer Auswirkungen in politischer Richtung.
Wie funktioniert ein Atomkraftwerk?
Durch Kernspaltung wird im Atomkraftwerk Wasser aufgeheizt. Es kann mehrere hundert Grad heiß werden. Das Wasser verdampft und treibt dadurch eine Turbine an, die durch die Umdrehungen im Generator Strom erzeugen.
Die Stromgewinnung gliedert sich in zwei Teile: Der nukleare Teil umfasst die Kernspaltung, der konventionelle Teil die Stromgewinnung.
Deutschlandweit sind nur zwei Atomkraftwerksarten in Verwendung: Der Siedewasserreaktor und der Druckwasserreaktor.
Wir wollen am Beispiel eines Druckwasserreaktors erklären wie Atomkraftwerke im Allgemeinen funktionieren und dann im Anschluss die Funktionsweise des Kraftwerks in Tschernobyl kurz darstellen:
Wie funktioniert ein Druckwasserreaktor
Druckwasserreaktoren verfügen über drei Wasserkreisläufe. Der erste umspült den Reaktor und gibt seine Wärme an den zweiten Wasserkreislauf ab. Der zweite wird verwendet um damit eine Turbine anzutreiben, denn durch die Wärme des ersten Kreislaufs verdampft das Wasser und treibt mit dem Wasserdampf eine Turbine an. Der dritte Kreislauf kühlt das Wasser, sodass das Wasser aus dem zweiten Kreislauf wieder von Wasserdampf zu Wasser wird und erneut verdampfen kann.
Somit hat jede Funktion seinen eigenen Kreislauf: Einen zum Erhitzen, einen zur Energiegewinnung und den letzten zum Kühlen.
Die Vorteile des Druckwasserreaktor
liegen auf der Hand. Zum einen bleibt das Wasser permanent im Reaktorgebäude, sodass es auch vom Maschinenraum getrennt ist. Denn das Wasser, welches den Reaktor umspült, ist verstrahlt, sodass spezielle Maßnahmen des Strahlenschutzes für den Maschinenraum ergriffen werden müssten. Dies entfällt beim Druckwasserreaktor. Die Turbinen kommen hier überhaupt nicht mit radioaktivem Wasser in Kontakt.
Die Nachteile des Druckwasserreaktor
Der Reaktor muss einen sehr viel höheren Druck aushalten, als ein Siedewasserreaktor. Darum müssen andere bauliche Maßnahmen ergriffen werden. Ein Wand vom Reaktor muss mindestens einen halben Meter dick sein, hinzu kommt, dass die Teile sehr schwer sein müssen, um eine hohe Stabilität zu gewährleisten. So kommen leicht 500 Tonnen zusammen.
Zudem kann ein Druckwasserreaktor sich nicht selbst regulieren. Ein Siedewasserreaktor hat eine Selbstregulierungsfunkiton bezüglich der Dampfentwicklung. Dies hat ein Druckwasserreaktor nicht. Zum Regeln hat diese Reaktorform Regelstäbe und dem Wasser wird zur Regulation Borsäure zugesetzt.
Bor absorbiert Neutronen, so dass sich durch Veränderung der Borsäurekonzentration der Reaktor regeln lässt.
Über das Atomkraftwerk in Tschernobil
Bei dem Kraftwerk handelt es sich um einen RBMK Reaktior.
Die Akürzung RBMK steht für Reaktor Bolschoj Moschnostij Kanalnij, was soviel wie "Reaktor großer Leistung mit Kanälen" bedeutet. Meist findet man diese Meiler an Meeren oder Seen, weil sie enorm viel Kühlwasser für ihre zwei Kühlkreisläufe brauchen. Hier lagern die Brennstäbe jeweils in einzelnen Druckhüllen, nicht in einem gemeinsamen Druckbehälter. In jedem Kanal wird Dampf erzeugt, dieser treibt eine Turbine an, die wiederum den Strom erzeugt.
Im Reaktor befindet sich ein Graphitblock, der die bei der Kernspaltung frei werdenden Neuronen abbremst, sodass sie weitere Reaktionen bilden können, indem sie weitere Kerne spalten. Um die Kettenreaktionen zu steuern werden immens viele Regelstäbe gebraucht. Werden diese eingefahren finden keine Reaktionen mehr statt. Die Kettenreaktion wird gestoppt, die Neuronen werden absorbiert.
Reaktoren dieser Art findet man nur im osteuropäischem Raum und sie gelten als die unsichersten und gefährlichsten Reaktoren der Welt.
Der RBMK-Reaktor ist stark überaktiv ausgelegt (er hat einen positiven "Void-Koeffizienten"), das heisst, dass die Kettenreaktionen sich beschleunigen, wenn Kühlwasser verloren geht. Westliche Kernkraftwerke müssen einen negativen Void-Koeffizienten aufweisen, was bedeutet, dass die Kettenreaktion automatisch zum Erliegen kommt, wenn Kühlwasser verloren geht.
Jedoch haben diese Reaktortypen auch Vorteile, die bewirkt haben, dass sie noch in Gebrauch genommen werden. So sind sie durch die andere Dichte im Reaktor wesentlich unempfindlicher was Stromausfälle anbelangt.
Auch die Wartung erweist sich als einfacher. Da die Brennstäbe einzeln in den Brennstoffkammern gelagert sind kann man diese auch während des Betriebes einfach austauschen. In westlichen Kernreaktoren muss dann der gesamte Reaktor vom Netz genommen werden.
Zudem kann aus den Brennstäben des RBMK Reaktors Plutonium gewonnen werden. Dieses ist für die Waffenherstellung wichtig und somit für ein Land wie damals die UDSSR auch von einer großen politischen Bedeutung.
Nachteilig ist die fehlende Betonhülle, die verhindern könnte, dass radioaktives Material im Falle einer Explosion austreten könne. In den meisten Atomkraftwerken sind Unfallschutznmaßnahmen nicht vorhanden oder wenn Maßnahmen angedacht sind, so sind diese nicht besonders effektiv.
Doch dieser Reaktortyp hat noch weitere Sicherheitsmängel. So beginnt der Graphitblock leicht zu brennen, wenn er mit der Luft in Berührung kommt. Auch die Brennstäbe bergen Risiken, so lassen sich diese meist zu langsam steuern. Meist ist auch ein mangelnder Brandschutz eine Gefahrenquelle. Es gibt auch nur begrenzte Möglichkeiten im Falle eines Unfalls den Graphitblock vor dem Wasserdampf zu schützen.
Durch den positiven Void Koeffizienten geraten die Reaktorreaktionen schnell außer Kontrolle.
Der Unfall
Die Katastrophe von Tschernobyl ereignete sich am 26. April 1986 in Block 4 des Kernkraftwerks Tschernobyl nahe der ukrainischen Stadt Prypjat und gilt als bislang schwerste nukleare Havarie. Auf der INES-Skala wurde sie als bisher einziges Ereignis mit dem Höchstwert 7 (katastrophaler Unfall) eingestuft.
Der Unfall ereignete sich, weil ein stellvertretenden Chefingenieur, Anatoli Stepanowitsch Djatlow beweisen wollte, dass bei Abschaltung des Reaktors bei gleichzeitigem Totalausfall des Stromnetzes die Versorgung mit Strom möglich ist.
Es sollte mit dem Versuch ein totaler Stromausfall simuliert werden. Bei diesem Versuchablauf kam es zu einer zu niedrigen Nutzung. Es sollte überprüft werden, ob die Turbinen auch dann noch genug Strom liefern würden, wenn der Reaktor komplett ausgeschaltet wurde. Auch die Systeme, die bei Havarie den Kernreaktor absichern sollen wurden zu Versuchszwecken abgeschaltet. Durch einen Bedienungsfehler des unerfahrenen Reaktoroperators Leonid Toptunow fiel kurz vor Beginn des Experiments die Reaktorleistung stark ab, der Abfall war das Resultat eines Bedienungsfehlers. Dies war nicht im Sinne der Versuchleiter, so versuchten die Operatoren dies wieder zu regulieren. Die Angestellten des Atomkraftwerks entfernten nun Regelstäbe, die benötigt werden, um die Reaktionen im Reaktor zu steuern.
Der Reaktor wurde nun im Versuchsverlauf von zu viel Wasser umspült, weil die Operatoren zu viele Kühlpumpen zu schalteten. Dieses Wasser konnte der Reaktor nicht mehr verdampfen.
Akimow, der Schichtleiter, und Toptunow wollten den Test abbrechen, doch Djatlow trieb sie weiter an. Dabei sprach er die historischen Worte: "Noch ein, zwei Minuten, und alles ist vorbei! Etwas beweglicher, meine Herren!" Im Folgenden wurde der Versuch begonnen.
Der Reaktor kühlte nun nicht mehr ab, da immer mehr Kühlwasser zulief. Das Wasser erreichte nicht mehr ausreichend Temperatur um zu verdampfen, sondern siedete. So wurde die Reaktorleistung immer höher, durch die fehlende Kühlung des Reaktors. An dieser Stelle hätte unter normalen Umständen die Sicherung durch den Havarieschutz gegriffen. Dieser war jedoch zu Versuchszwecken deaktivert. Die Mannschaft aktivierte den Havarieschutz nun per Hand, als sie den Anstieg entdeckten. Sofort wurden über 200 Brennstäbe, die sich nicht in der aktiven Zone befunden hatten eingefahren.
Doch genau an diesem Punkt entblößte der RBMK-Reaktor seinen gravierendsten Konstruktionsfehler: Die Einfahrgeschwindigkeit der Bremsstäbe ist viel zu niedrig, deutlich langsamer als in westlichen Kernkraftwerken. Außerdem befinden sich an der unteren Spitze der Bremsstäbe Graphitköpfe, welche die Kettenreaktion nur noch beschleunigen. Das Einfahren der Bremsstäbe soll die Kettenreaktion aber stoppen. Dies ist ein Sicherheitsmechanismus, den jedes Kraftwerk hat. Doch bewirkte der Konstruktionsfehler genau das Gegenteil von dem Gewünschten. Durch die Graphitköpfe stieg die Leistung nocheinmal unkontrolliert sprunghaft an, der Todesstoß für den Reaktor.
Durch die atomare Reaktion verformten sich zudem noch die Bremsstäbe, so dass nur noch die reaktionsbeschleunigenden Graphitköpfe im Reaktor waren. Eine Steuerung der Stäbe war durch ihre Verformung inzwischen unmöglich geworden, sie ließen sich weder vor noch zurückfahren.
Die Ursache für das Unglück war nicht nur eine Fehlkonstruktion des Reaktors, sondern auch Wartungs- bzw. Bedienungsfehler des Personals.
In der aktiven Zone traten nun vermehrt chemische Reaktionen auf. Das Zirkonium, das die Brennstoffkammern umhülte reagierte mit dem Wasserdampf. Hierdurch war es inzwischen unmöglich geworden eine Reaktion bzw. Explosion zu verhindern. Durch die Verbindung von Wasserstoff und Sauerstoff entstand Knallgas.
Durch die Entstehung von Knallgas kam es schließlich zu einer Explosion, im Zuge derer der gesamte Reaktor zerbarst. Das radioaktive Material wurde weit hinaus in die Umgebung geschleudert und verursachte große Strahlenschäden in der Bevölkerung und der Umgebung. Entzündetes und glühendes Material wurde durch die Wucht der Explosion in die Umgebung, zum Beispiel auf den 3. Block des Atomkraftwerks befördert. Nur das beherzte Eingreifen der Feuerwehr, sowie der anderen Helfer verhinderte eine schlimmere Katastrophe.
Die Folgen der Katastrophe
Schluss
Kein Unglück hat die Welt mehr verändert, als das Reaktorunglück von Tschernobil. Die Euphorie, die die Energiegewinnung aus radioaktiven Material mit sich gebracht hatte kam schlagartig zum Erliegen und es wurden ganz neue Bedenken und Ängste wach. Nichts hat mehr Verunsicherung in die Bevölkerung gebracht, als die Gewissheit, dass auch diese Technologie ihre Schwachstellen hat. Die Folgen einer atomaren Bedrohung wurden der Bevölkerung nicht zu Letzt auch durch die Folgeschäden des Unglücks bewusst.
Der Unfall und die damit verbundenen Folgen für die ansässige Bevölkerung und die Menschen in Europa wären zu verhindern gewesen, wenn man von Seiten der Politik bereits vor dem Bau der Atomkraftwerke auf Sicherheitsmechanismen geachtet hätte. Man hätte mit höheren Investitionen und besserer Planung erreichen können, dass die Sicherheit und Gesundheit von Tausenden berücksichtigt wurden.
Quellen:
Wikipeadia..de
http://www.kernfragen.de/kernfragen/technik/04-Reaktortypen/4-04-Der-Druckwasserreaktor.php#id2541382
