…wird mittlerweile, vor allem im asiatischen Raum, der Betrieb inhärent sicherer Reaktoren, speziell von dezentralen Hochtemperaturreaktoren mit reduzierter Leistung, erprobt. Für alle derzeit in Europa betriebenen kommerziellen Kernreaktoren gilt allerdings, dass das Risiko einer Kernschmelze durch zusätzliche Sicherheitsmaßnahmen zwar signifikant verringert, aber nicht prinzipiell ausgeschlossen werden kann.

https://de.wikipedia.org/wiki/Kernschmelze

Ablauf einer Kernschmelze

Druckwasserreaktoren und Siedewasserreaktoren werden bei fehlendem Kühlwasser unterkritisch, das heißt, die atomare Kettenreaktion endet und erzeugt selbst keine Wärme mehr. Die frischen Spaltprodukte zerfallen jedoch weiter; die dabei entstehende so genannte Nachzerfallswärme kann bei Ausfall der Kühlung die Brennstäbe so weit erhitzen, dass ihre Hüllrohre und der darin eingeschlossene Kernbrennstoff schmelzen und am Boden des Reaktorbehälters zusammenlaufen.

In fortgeschrittenem Stadium kann sich dabei das flüssige Material durch den Reaktorbehälter und sämtliche Böden der Anlage hindurchschmelzen und in den Erdboden gelangen. Durch die meist einhergehende Zerstörung der Reaktorhülle durch Dampf- und Wasserstoffexplosionen besteht die Gefahr, dass große Teile des radioaktiven Materials unkontrolliert in die Umgebung gelangen, wo sie mit dem Wind weiter verbreitet werden können. Ebenso droht eine Verstrahlung von Grundwasser.

Wird der Reaktor trotz fehlenden Kühlmittels nicht unterkritisch, kann auch die weiterlaufende Leistungserzeugung durch die Kettenreaktion im Extremfall zur Kernschmelze führen. Dies ist grundsätzlich möglich bei Reaktoren, bei denen unter anderem der Dampfblasenkoeffizient nicht in jedem Betriebszustand negativ ist, etwa bei natriumgekühlten Brutreaktoren.

Folgen

Eine besonders schwerwiegende Variante des Unfallablaufs ist die Hochdruckkernschmelze, die eintritt, wenn es nicht gelingt, in der ersten Zeit den Druck im Reaktor stark abzusenken. Die glühend heiße Schmelze des Reaktorkerns kann dann die Wand des Reaktorbehälters stark schwächen und unter gleichzeitigem, auch explosionsartigem Druckanstieg, zum Beispiel durch eine Knallgasexplosion oder schnelle Verdampfung des Wassers (physikalische Explosion), aus dem Reaktorbehälter entweichen. Der hohe erzeugte Druck im Containment könnte zu Leckagen führen, was radioaktives Material freisetzt. Entsprechende Szenarien wurden 1989 in der „Deutschen Risikostudie Kernkraftwerke Phase B" veröffentlicht und führten zu umfassenden Diskussionen (siehe Artikel Kernkraftwerk). Um solche Risiken zu mindern, wurde nach dem Super-GAU in Tschernobyl in Deutschland das sogenannte Wallmann-Ventil vorgeschrieben, mit dem Gas gefiltert in die Atmosphäre abgelassen werden kann.

Die o. g. Begleiterscheinungen der Kernschmelze, wie Dampf- und Wasserstoffexplosionen, gehen typischerweise mit einer Kernschmelze einher, setzen sie aber nicht notwendigerweise voraus.

Auch wenn es nicht zur Explosion kam, muss der geschmolzene Kern durch provisorische Maßnahmen gekühlt werden, da die regulären Kühleinrichtungen durch die Schmelze unbrauchbar werden und eine weitere Erhitzung ein Durchschmelzen auch des äußeren Schutzbehälters bewirken kann. Diese Kühlung ist ggf. über Monate aufrechtzuerhalten, bis die Spaltprodukte weit genug zerfallen sind, dass die verbleibende Nachzerfallswärme keine Temperaturerhöhung mehr verursacht.

Vermeidung von Kernschmelzen

Wegen der verheerenden potenziellen Folgen einer Kernschmelze wird mittlerweile, vor allem im asiatischen Raum, der Betrieb inhärent sicherer Reaktoren, speziell von dezentralen Hochtemperaturreaktoren mit reduzierter Leistung, erprobt. Für alle derzeit in Europa betriebenen kommerziellen Kernreaktoren gilt allerdings, dass das Risiko einer Kernschmelze durch zusätzliche Sicherheitsmaßnahmen zwar signifikant verringert, aber nicht prinzipiell ausgeschlossen werden kann.

Bei neueren Reaktorkonstruktionen sollen spezielle Vorrichtungen, so genannte Core-Catcher, den Reaktorkern bei einer Kernschmelze auffangen, die Freisetzung des Spaltstoffinventars verhindern und somit die Folgen einer Kernschmelze eindämmen.

Liste weniger bekannter Kernschmelzen

• Am 12. Dezember 1952 im NRX-Reaktor in Ontario, Kanada
• Im Jahr 1955 in Idaho, USA, im Experimental Breeder Reactor I (EBR-I)
• Am 10. Oktober 1957 in Windscale (siehe Windscale-Brand)
• Im Juli 1959 im Santa Susana Field Laboratory, Kalifornien, USA
• Am 3. Januar 1961 beim militärischen Forschungsreaktor SL-1 (Stationary Low-Power Reactor Number One), Idaho Falls, USA
• Am 5. Oktober 1966 im Prototyp des Schnellen Brüters 'Enrico Fermi 1' in Michigan, USA

Daneben erlitten einige russische atomgetriebene U-Boote Kernschmelzen. Bekannt wurde dies von den U-Booten K-278 Komsomolez (1989), K-140 und K-431 (10. August 1985).

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Das Kernkraftwerk Krümmel ist, gemessen an seiner elektrischen Leistung, das weltweit größte Kernkraftwerk mit Siedewasserreaktor.

Leistung [Bearbeiten]

Das Kernkraftwerk Krümmel verfügt über eine elektrische Gesamtleistung (Brutto) von 1402 MW_el, von der es eine elektrische Netto-Leistung von 1346 MW_el in das 380-kV-Höchstspannungsnetz einspeist. Diese elektrische Leistung kann das Kernkraftwerk für ca. 11 Monate eines Kalenderjahres konstant zur Verfügung stellen, wenn es störungs- und unfallfrei läuft. Die Nachladung von Brennelementen sowie durchzuführende Instandhaltungsarbeiten erfordern einen planbaren, jährlichen Stillstand von ca. 1 Monat.

Legt man den 11 Betriebsmonaten einen Zeitraum von 48 Wochen zugrunde, ergibt sich hieraus eine jährliche Betriebsdauer von etwa 8000 Stunden. Die Multiplikation der jährlich zu erwartenden Betriebsstunden mit der elektrischen Nettoleistung (1346 MW_el) ergibt eine elektrische Energie von 10.848 GWh.

Leistungsreduzierung aufgrund hoher Elbwassertemperaturen [Bearbeiten]

  

Auslaufbauwerk des KKW Krümmel zur Rückführung des Kühlwassers in die Elbe

Thermische Kraftwerke, wie Kohle- oder Kernkraftwerke, müssen den aus der Turbine austretenden Dampf kondensieren. Die bei der Kondensation des Dampfes freiwerdende Wärme muss an die Umgebung des Kraftwerks abgeführt werden.

Die Abgabe der Kondensationswärme an die Umgebung geschieht bei thermischen Kraftwerken entweder über einen Kühlturm oder durch direkte Kühlung des Turbinenkondensators mittels Flusswasser. Bei Kraftwerken mit Kühlturmkühlung wird das Wasser, welches den Kondensator kühlt, in einem Kühlturm entgegen der aufsteigenden Luft verrieselt. Durch den Prozess der teilweisen Verdunstung des Kühlwassers wird diesem Wärme entzogen, welche durch die in der gesättigten Luft enthaltene latente Wärme abgeführt wird. Das Wasser wird kontinuierlich einem angrenzenden Gewässer entnommen; angewärmtes Wasser wird am Fuß des Kühlturms gesammelt und etwas flussabwärts dem Fluss zugeführt. Bei direkter Fluss- oder auch Seewasserkühlung wird das Kühlwasser dem Gewässer entnommen und durch den Turbinenkondensator gepumpt. Diesen kühlt es; dabei erwärmt es sich. Mit höherer Temperatur wird das Wasser etwas flussabwärts dem Fluss zugeführt.

Thermische Kraftwerke in der Bundesrepublik Deutschland benötigen eine wasserrechtliche Genehmigung zur Entnahme wie auch zur Aufheizung von Flusswasser. Das Kernkraftwerk Krümmel darf das von der Elbe entnommene Flusswasser maximal um 10 K erwärmen. Zusätzlich unterliegt die Wasserentnahme der Einschränkung, dass die höchste zulässige Mischtemperatur des wiedereingeleiteten Wassers ca. 100 m unterhalb des Einleitbauwerks nicht höher als 30 °C sein darf. Bei hohen Flusswassertemperaturen um 27 °C, wie sie beispielsweise während des Sommers 2006 erreicht wurden, reicht die Aufheizspanne von 3 K nicht aus, um den bei Nennleistung aus der Turbine austretenden Dampf vollständig zu kondensieren. Hierdurch bedingt muss das Kernkraftwerk Krümmel bei erhöhten Elbwassertemperaturen die Leistung so weit absenken, dass die Mischtemperatur den Wert von 30 °C nicht überschreitet.^[8] Diese wetterbedingte Minderleistung der durchlaufgekühlten Kraftwerke wird durch die im Osten von Deutschland installierten kühlturmgekühlten Braunkohlekraftwerke ausgeglichen.

Reaktor [Bearbeiten]

Das Kernkraftwerk Krümmel besitzt einen Siedewasserreaktor zur Erzeugung thermischer Energie. Siedewasserreaktoren und Druckwasserreaktoren gehören zur Familie der Leichtwasserreaktoren. Das Kernkraftwerk Krümmel ist der jüngste Siedewasserreaktor der Baulinie 69, die von der AEG und deren Nachfolgerin Kraftwerk Union in den siebziger Jahren in Deutschland errichtet wurden.

Die lichte Höhe des Reaktordruckgefäßes beträgt 22,38 m, der Innendurchmesser 6,78 m, die Wandstärke 17,1 cm und das Leergewicht 790 Tonnen. Der Sicherheitsbehälter hat einen Innendurchmesser von 29,6 m