Nach der Beseitigung von Schutt und Trümmern
hat sich der Betreiber Tepco daran gemacht,
das AKW zurückzubauen. Schwierig!


Tepco-Arbeiten an der Ruine

von GRS Gesellschaft für Anlagen und Reaktorsicherheit gGmbH

Der Rückbau eines Atomkraftwerks (KKW) ist ein langwieriger Prozess. Es kann Jahrzehnte dauern, bis solche Arbeiten abgeschlossen sind und man den Zustand der sogenannten grünen Wiese (AKW ist komplett zurückgebaut und die Fläche ist aus der atomrechtlichen Aufsicht entlassen) erreicht hat. Bei einem havarierten AKW wie Fukushima Daiichi gestaltet sich der Rückbau um ein Vielfaches schwieriger.

Das für den Rückbau verantwortliche Betreiberunternehmen TEPCO steht vor drei zentralen Herausforderungen. Dazu zählt die Problematik des radioaktiv belasteten Wassers, die allerdings weniger die Gebäudekomplexe betrifft und wegen ihrer Sonderrolle in einem gesonderten Text behandelt wird. Die anderen beiden Herausforderungen betreffen die Reaktorgebäude selbst: Einerseits müssen die Brennelemente der Blöcke 1 bis 4 geborgen werden, die zum Zeitpunkt des Unfalls nicht in den Reaktordruckbehältern (RDB), sondern in den Brennelemente-Lagerbecken ruhten. Diese Brennelemente wurden nach Angaben von TEPCO durch das Erdbeben und den Tsunami nicht beschädigt.

Andererseits muss das sogenannte Corium aus den Reaktorgebäuden 1 bis 3 entfernt werden. Corium ist die Mischung aus geschmolzenen Materialien, die bei einer Kernschmelze entsteht. Diese Masse besteht aus Kernbrennstoff und den Hüllrohren der einzelnen Brennstäbe, Steuerstäben, den Werkstoffen der betroffenen Teile des Reaktors sowie ihren chemischen Reaktionsprodukten mit Luft und Wasser. Wird der RDB vom Corium durchbrochen, kommt zu der Masse noch geschmolzener Beton vom Boden des Reaktorgebäudes dazu. Im Gegensatz zu den Brennelementen, die nach wie vor in den Lagerbecken ruhen, ist das Corium in unterschiedlichem Umfang aus den RDB ausgetreten und in die jeweils darunter liegenden Teile der Reaktorgebäude gelangt.

Um mit dem eigentlichen Rückbau beginnen zu können, mussten zuerst die notwenigen Bedingungen geschaffen werden. Das Gelände war völlig verwüstet: Gebäude waren teilweise zerstört, Strommasten abgeknickt und weite Teile des Anlagengeländes um die Reaktorgebäude herum mit Schlamm und Trümmern bedeckt. Durch die Strahlung wurden die Aufräumarbeiten stark behindert; das Gelände konnte nur mit Schutzausrüstung betreten werden, teilweise kamen ferngesteuerte Maschinen zum Einsatz.

Nachdem die Einsatzkräfte die dringendsten Probleme einigermaßen unter Kontrolle gebracht hatten, machte man sich Gedanken, wie mit dem Atomkraftwerk Fukushima Daiichi weiter verfahren werden sollte. Da bei den zerstörten Blöcken 1 bis 4 eine Reparatur und Wiederinbetriebnahme ausgeschlossen war, stimmte TEPCO mit der japanischen Aufsichtsbehörde NISA (seit September 2012 Nuclear Regulation Authority NRA) einen dreiphasigen Rückbauprozess ab. Dieser ist in einer sogenannten Roadmap skizziert und reicht bis in die zweite Hälfte dieses Jahrhunderts hinein.

    Die drei Phasen der Roadmap

Die Reaktorblöcke 5 und 6, die bei dem Erdbeben und dem anschließenden Tsunami nicht zerstört wurden, sind ebenfalls in der Roadmap berücksichtigt. Lange Zeit war unklar, wie mit ihnen verfahren werden sollte. TEPCO entschied sich letztendlich am 31.01.2014 dazu, sie nicht wieder in Betrieb zu nehmen. Seitdem werden sie beispielsweise zur Erprobung von neuen Techniken für die Untersuchung der Blöcke 1 bis 3 genutzt. Ansonsten befinden sie sich in einem "normalen" Rückbauprozess.

    Bergung der Brennelemente aus den Lagerbecken

Block 3 nach den Explosionen und mit Einhausung Block 3 nach den Explosionen und mit Einhausung Phase 1 der Roadmap startete am 16. Dezember 2011, als der damalige japanische Premierminister Yoshihiko Noda erklärte, das Kraftwerk sei wie vorgesehen in einen stabilen Zustand gebracht worden ("cold shutdown"/"Kaltabschaltung"), und endete am 18. November 2013 mit der Bergung von Brennelementen aus dem Lagerbecken von Block 4. TEPCO unternahm bereits kurz nach dem Unfall verschiedene bauliche Maßnahmen, um die Standfestigkeit des Lagerbeckens in Block 4 zu verbessern. Anschließend wurde eine sogenannte Einhausung über Block 4 errichtet. Durch diese Einhausung (eine Stahlgerüstkonstruktion mit Ummantelung) ist es möglich einen Unterdruck aufzubauen, sodass radioaktive Stoffe nicht in die Umwelt austreten können und das Reaktorgebäude vor witterungsbedingten Einwirkungen geschützt wird. Dies gilt auch für vergleichbare Einhausungen, die über den Blöcken 1 und 3 errichtet wurden. Unter diesen Einhausungen wurden bzw. werden auch Kräne und andere Einrichtungen eingebaut, um das Bergen der Brennelemente aus den Lagerbecken sowie später das Bergen des geschmolzenen Kernbrennstoffs zu ermöglichen.

Zuerst mussten allerdings die diversen Konstruktionsmaterialien weggeräumt werden, die bei den Explosionen in die Brennelement-Lagerbecken und auf die Brennelemente gestürzt sind. Dabei handelt es sich um einen äußerst komplizierten Vorgang, da er zum einen über viele hundert Meter ferngesteuert erfolgte und zum anderen unbedingt vermieden werden musste, dass es bei der Bergung dieser Materialien zu Schäden an der Wand der Lagerbecken kommt, weil durch ein entstehendes Leck das Wasser abfließen und damit die Kühlung ausfallen würde.

Zur Vorbereitung der Bergung wurden probeweise zwei "unbestrahlte" Brennelemente entnommen und untersucht Die Bergung selbst ist im Grunde genommen eine Routineoperation. Hierbei werden die Brennelemente mit einer Brennelemente-Entlademaschine aus dem Lagergestell gezogen und unter Wasser in einem separaten Bereich des Lagerbeckens in einen Transportbehälter abgesenkt. Ein Brückenkran hebt den vollständig beladenen Transportbehälter aus dem Wasser. Nach der Dekontamination wird der Transportbehälter in das zentrale Nasslager auf dem Anlagengelände gebracht. Bis Ende Dezember 2014 konnten alle 1.533 Brennelemente aus Block 4 und bis Ende Februar 2021 alle 566 Brennelemente aus Block 3 geborgen werden.

Die Bergung der Brennelemente aus den Blöcken 1 und 2 wird noch vorbereitet: In Block 1 werden seit Januar 2018 Trümmer entfernt, anschließend soll hier eine neue Einhausung errichtet werden. In Block 2 laufen die Vorbereitungen, um eine Brennelement-Entlademaschine zu errichten. Nach jetzigem Planungsstand sollen die letzten Brennelemente auf der Anlage im Laufe des Jahres 2031 geborgen werden.

    Bergung des Coriums

Sind die Arbeiten zur Räumung der Lagerbecken schon fortgeschritten, steht die schwierigste und langwierigste Aufgabe im Rückbauprozess noch bevor: die Entfernung des Coriums aus den Blöcken 1, 2 und 3. Im Gegensatz zu den in den Lagerbecken ruhenden Brennelementen ist es sehr schwierig, Aussagen darüber zu treffen, wo genau sich diese Masse im Reaktorgebäude verteilt hat. Schon früh begann man daher sowohl in Japan als auch international mit Forschungsprojekten, die diese Frage klären sollten. Ein erster Ansatz war der Einsatz spezieller Simulationsprogramme, die den Unfallablauf innerhalb des KKW analysieren und somit Erkenntnisse zu den Zerstörungen an den Reaktoren, den Materialumverlagerungen im Inneren der Reaktoren und zu den Freisetzungen radioaktiver Stoffe liefern. Auch die GRS hat mit eigenen Forschungsarbeiten an verschiedenen internationalen Projekten der Nuclear Energy Agency der OECD mitgewirkt.

Um Aufschluss über die Verteilung des Coriums zu erlangen, wurde außerdem die Myonentomographie eingesetzt. Dabei liefern kosmische Elementarteilchen eine Art Röntgenbild vom Inneren des Reaktors. Solche Forschungsvorhaben konnten zwar keine Detailfragen zu der Situation im Inneren der Blöcke beantworten, sie ermöglichten jedoch erste verwertbare Aufnahmen, mit denen die Materialverteilung grob identifiziert werden konnte. Dies stimmte relativ gut mit den Ergebnissen des von TEPCO genutzten Simulationsprogramms überein.

Die wichtigsten Hilfsmittel waren allerdings Endoskope, ferngesteuerte Roboter und Sonden, die direkte Aufnahmen aus den Reaktorblöcken lieferten. Die ersten Aufnahmen wurden Anfang 2012 mithilfe von Endoskopen gemacht, die über Rohrleitungen in die Sicherheitsbehälter der Blöcke eingeschleust wurden. Durch mitgeführte Sensoren konnten zudem erste Messwerte hinsichtlich Wasserstands, Temperatur und Dosisleistung ermittelt werden. Die Endoskope sind in ihrem Bewegungsradius jedoch stark eingeschränkt und können eher punktuelle Aufnahmen und Daten liefern.

    Spezialroboter für Fukushima entwickelt und angepasst

"Packbots" dienen in der militärischen Einsatzkräften unter anderem dazu, Gebäude, Bunker, Höhlen, Tunnel, Kanalisation oder Ruinen auszuspähen "Packbots" dienen in der militärischen Einsatzkräften unter anderem dazu, Gebäude, Bunker, Höhlen, Tunnel, Kanalisation oder Ruinen auszuspähen Umfangreichere Aufnahmen ermöglichen ferngesteuerte Roboter, die in Gebäudebereiche vordringen können, die für die Einsatzkräfte aufgrund der hohen Strahlung unzugänglich sind teilweise mussten sogar für das in einiger Entfernung sitzende Bedienpersonal noch Abschirmungen gegen die Strahlung errichtet werden. Bei den Erkundungsarbeiten kamen ganz unterschiedliche Robotertypen zum Einsatz, beispielsweise der raupenartige "Crawler", der Militärroboter "Packbot" oder ein ferngesteuertes Boot.

Einige dieser Roboter wurden speziell für den Einsatz in Fukushima entwickelt, andere den Bedingungen angepasst. Auch hier bereitete die hohe Strahlung Probleme, gerade die starke Gammastrahlung kann normale Elektronikbauteile nach und nach zerstören. Das Problem ist von Robotern bekannt, die den Mars erkunden und dort einer ähnlich hohen Gammastrahlung ausgesetzt sind. Die für solche Anwendungsfälle entwickelte Chiptechnologie kommt auch in Fukushima zum Einsatz. Doch auch strahlungsgehärtete Roboter kommen bei den zum Teil enorm hohen Ortsdosisleistungen in den Reaktorgebäuden (bis zu 530 Sievert pro Stunde das ist etwa eine Milliarde Mal stärker als die natürliche Hintergrundstrahlung in Deutschland) an ihre Grenzen.

Mit den unterschiedlichen Robotern lassen sich die Reaktorgebäude visuell inspizieren und so etwas wie Strahlungskarten der jeweiligen Blöcke anlegen. Auch der Wasserstand innerhalb des Torus von Block 2 konnte mithilfe einer Ultraschallmesseinrichtung gemessen werden. Neben dem Sammeln von optischen Eindrücken und Messwerten wurde einer der Roboter auch dazu genutzt, die Beschaffenheit von geschmolzenem Material unterhalb des RDB zu untersuchen. Mit seinen Greifarmen tastete er an mehreren Stellen Material ab, bei dem es sich um Corium handeln könnte.

    Rückbau verzögert sich

Nach den ursprünglichen Planungen der Roadmap sollte der geschmolzene Kernbrennstoff mit ferngelenkten Handhabungseinrichtungen unter Wasser geborgen werden. Die Sicherheitsbehälter sollten vor Beginn der Bergung geflutet werden, um die vom Kernbrennstoff ausgehende Gammastrahlung abzuschirmen.

Aufgrund des jetzigen Wissensstandes muss dieses Konzept neu überdacht werden. Deshalb ist die Bergung des Kernbrennstoffs derzeit Stand von Untersuchungen und hängt von den Inspektionsergebnissen im Inneren der Reaktoren 1 bis 3 ab. Es werden verschiedene Methoden untersucht, die von einer vollständigen Flutung des Sicherheitsbehälters über eine Teilflutung bis hin zum trockenen Sicherheitsbehälter ausgehen. Derzeit tendiert TEPCO zu einer teilweisen Flutung und zu einem seitlichen Zugang am Boden des Sicherheitsbehälters, um das Corium von dessen Boden zu bergen. Eine Bergung von oben mit geflutetem Sicherheitsbehälter wird als schwierig angesehen, da dafür die Leckagen der Sicherheitsbehälter abgedichtet werden müssten und die Erdbebenstandfestigkeit über den langen Zeitraum des Bergeprozesses beeinträchtigt werden könnte. Es wird angenommen, dass noch nicht alle Leckstellen bekannt sind.

Anfang des Jahres 2021 wurden an den Betonriegeln oberhalb der Sicherheitsbehälter der Blöcke 2 und 3 jedoch sehr hohe Strahlungswerte gemessen, die die Pläne vorerst zunichtemachen. Vermutlich haben sich dort größere Mengen an radioaktivem Cäsium-137 abgelagert. Die japanische Aufsichtsbehörde NRA rechnet daher mit signifikanten Verzögerungen. Der Plan, mit der Bergung im Frühjahr dieses Jahres zu beginnen, verzögert sich zusätzlich noch wegen der Corona-Pandemie; so konnte beispielsweise ein in Großbritannien bestellter Robotergreifarm nicht pünktlich geliefert werden.

In jedem Fall wird es noch einige Jahrzehnte dauern, bis der Rückbau des KKW Fukushima Daiichi abgeschlossen werden kann. Für die Bergung des Kernbrennstoffs sieht die Roadmap ca. 20 bis 25 Jahre vor, danach werden weitere Jahre Rückbauarbeiten ins Land ziehen, bis der Zustand der grünen Wiese erreicht ist. Es wird jedoch auch erwogen, die Reaktorgebäude nur oberhalb der Erdoberfläche zu beseitigen und die unterirdischen Gebäudeteile zurückzulassen. Die Stilllegung sollte danach im Jahr 2051 abgeschlossen sein.@

aus: grs.de/aktuelles/10-Jahre-Fukushima-Teil-3-Der-Rueckbau

 

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