Hypothetische Störfälle

Allgemeines

Obwohl bei den in der Bundesrepublik Deutschland gebauten Leichtwasserreaktoren ein gleichzeitiges Versagen aller Notkühlsysteme praktisch ausgeschlossen werden kann, besteht theoretisch dennoch die Möglichkeit für den Eintritt eines solchen Ereignisses (Restrisiko). Hundertprozentige Sicherheit ist bei keinem technischen System zu erreichen.

Auch bei einem Ereignis im Bereich des Restrisikos lässt sich eine Freisetzung größerer Spaltproduktmengen verhindern. Dabei ist von entscheidender Bedeutung, dass die Barrierenfunktion des Sicherheitsbehälters erhalten bleibt, d. h. der Sicherheitsbehälter nicht durch Überdruck zerstört wird.

Ein Druckaufbau im Sicherheitsbehälter über den Auslegungsdruck hinaus

Ein Druckaufbau im Sicherheitsbehälter über den Auslegungsdruck hinaus (bei Siedewasserreaktoren etwa 3,5 bar) wäre theoretisch möglich, wenn die Nachzerfallswärme nicht aus dem Sicherheitsbehälter nach draußen abgeführt werden kann oder wenn die Wassereinspeisung aller Notkühlsysteme versagt.

Im letztgenannten Fall käme es nicht nur zu einem Anstieg des Dampfdruckes, sondern auch zur Entstehung von Wasserstoff aufgrund einer chemischen Reaktion zwischen schmelzendem Hüllrohrmetall und Wasser. Der Druck würde dramatisch verstärkt, wenn es zu einer Verbrennung des Wasserstoffs mit dem Sauerstoff der Atmosphäre käme. Um den Sicherheitsbehälter vor einem Überdruckversagen zu schützen, müssen also eine Verbrennung des entstandenen Wasserstoffs verhindert und die Möglichkeit zu einer Druckentlastung geschaffen werden.

Möglichkeiten hierfür sind eine Stickstofffüllung und eine gefilterte Druckentlastung.

Stickstofffüllung

Wasserstoff kann nur verbrennen, wenn Sauerstoff zugegen ist. Der Sauerstoffgehalt im Sicherheitsbehälter wird deshalb während des normalen Kraftwerkbetriebes von 20 % auf < 5 % verringert. Ein Verbrennungsvorgang, gleich welcher Art, ist dann nicht mehr möglich. Bei Arbeiten im Sicherheitsbehälter beseitigt man den erhöhten Stickstoffanteil wieder, sodass der Behälter gefahrlos betreten werden kann.

Gefilterte Druckentlastung

Durch Absaugen des Dampf-Gas-Gemisches, das bei einem solchen Störfall anfiele, ließe sich der Druck im Sicherheitsbehälter verringern. Das geschieht automatisch beim Überschreiten des Auslegungsdruckes. Der Entlastungs-Gasstrom würde dann über Aerosolfilter geleitet und dadurch von radioaktiven Stoffen weitestgehend gereinigt. Das wird durch eine Gaswäsche und nachgeschaltete Feinstfilter erreicht. Nach der Reinigung kann der Gasstrom über den Abluftkamin kontrolliert an die Umgebung abgegeben werden.

Gleichzeitiger Ausfall aller Notkühlsysteme

Bei gleichzeitigem Ausfall aller Notkühlsysteme käme es nicht nur zu einem Druckanstieg im Sicherheitsbehälter, sondern auch zu einem Temperaturanstieg im Reaktorkern. Nach sehr kurzer Zeit wäre die Schmelztemperatur der Brennelementhüllrohre erreicht (ca. 1 900 °C). Der geschmolzene Reaktorkern befände sich dann im unteren Teil des Reaktordruckbehälters, wo er sich bis auf 2 400 °C aufheizen könnte. Da Stahl bereits bei 1 700 °C schmilzt, würde - wenn keines der ausgefallenen Notkühlsysteme wieder aktiviert werden könnte - der Boden des Reaktordruckbehälters durchschmelzen.

Anschließend könnte es zum Schmelzen des Betons kommen (Schmelztemperatur ca. 1 400 °C). Je mehr Beton aber geschmolzen würde, desto niedriger läge die Temperatur der Schmelze, da sich nun die Nachzerfallswärme auf eine größere Masse mit größerer Oberfläche verteilt. Man geht deshalb davon aus, dass nach etwa 3 Stunden die Temperatur der Schmelze auf 1 500 °C abgesunken wäre. Unter der Annahme, dass auf Dauer keines der vier Notkühlsysteme erneut in Betrieb gesetzt werden könnte und die Schmelze sich selbst überlassen wäre, würde es Monate dauern, bis das 5 m starke Betonfundament zerstört wäre. Wahrscheinlich käme es aber zum Erstarren der Schmelze im Fundament.

Risikostudien

Nach der deutschen Risikostudie können Kernschmelzunfälle nur einmal in 10 000 Reaktorbetriebsjahren vorkommen. Nur bei 1 % dieser Ereignisse (also einmal in 1 Million Reaktorbetriebsjahren) müsste dabei mit Todesfällen gerechnet werden. Das aus Kernschmelzunfällen resultierende Risiko ist also extrem klein. Trotzdem ist man im Rahmen der Sicherheitsforschung bemüht, weitere Kenntnisse über solche hypothetischen Störfälle zu erhalten (Simulationsexperimente) und das Reaktorschutzsystem noch weiter zu verbessern.