Kein Supergau in Fukushima mehr möglich

Nach meiner letzten Hochrechnung ist ein Supergau in Fukushima physikalisch jetzt nicht mehr möglich.

Ich könnte mich verrechnet haben und prüfe weiter.

Anhand der gestern von N24 gesendeten Zahl von 227  Tonnen abgebrannte Brennstäbe im Abklingbecken schätze ich hier die heute nach 9 Tagen maximal mögliche Temperatur der Kernschmelze ab.

 

Ich vergleiche diese Zahl mit den 156 Tonnen Brennstoff- Jahresverbrauch im bauähnlichem

http://de.wikipedia.org/wiki/Kernkraftwerk_Kr%C3%BCmmel

Dessen 1402 MWel erfordern etwa die 4000 MW-th in untenstehender Tabelle.

Heute, 9 Tage nach dem Unfall kann ich mangels bessere Zahlen nur ungefähr mit untenstehenden 0,2 % von 4000 MW x 227/156 = ca. 6000 MW-th, also 12 MW Nachzerfallswärme am heutigen Sonntag rechnen,

Ich errechne maximal mögliche 1437 Grad Celsius.

Bei dieser Temperatur bildet sich keine Wasserstoff mehr.

Uran hat einen Schmelpunkt von 1133 Grad

http://de.wikipedia.org/wiki/Uran

Möglicherweise reicht die Nachzerfallswärme 9 Tage nach dem Unfall nicht mehr um Stahl zu schmelzen.

Beispiele für Nachzerfallswärme nach langer Betriebsdauer

http://de.wikipedia.org/wiki/Nachzerfallsw%C3%A4rme

Nach 11-monatigem Betrieb (typischer Brennelementzyklus) nahe der Nennleistung ergeben sich aus der obigen Formel folgende Werte:

Zeit nach Abschaltung Nachzerfallswärme in % in MW bei 4000 MW
therm. Leistung vor Abschaltung Zeit für die Erwärmung von
2500 m³ Wasser von 15 °C auf 100 °C

10 Sekunden 3,72% 149 100 min
1 Minute 2,54% 102 146 min
1 Stunde 1,01% 40 6 h
1 Tag 0,44% 18 14 h
3 Tage 0,31% 13 20 h
1 Woche 0,23% ………… 9 MW………. 26 h
1 Monat 0,13% 5 49 h
3 Monate 0,07% 3 89 h

Heute nach 9 Tagen etwas weniger als 9 MW / 26 h evt bis 20 MW/10 h wegen mir unklarer Anfangsleistung

2500 m^3 sieden dann nach zehn Stunden und brauchen zum Verdampfen etwa 60 Stunden

http://de.wikipedia.org/wiki/Verdampfungsw%C3%A4rme

Erschwerend könnte sein, wenn das Becken Risse hat und im ersten Stock ist.

Entwarnend könnte sein, dass nach meiner soeben durchgeführten verbesserungsbedürftigen Abschätzung heute, 9 Tage nach dem Unfall, die Kernschmelze auf 1710 Kelvin  = 1437 Celsius abgekühlt sein könnte.

http://de.wikipedia.org/wiki/Stefan-Boltzmann-Gesetz

227 Tonnen Uran haben bei Dichte 19

etwa 12 m^3 Volumen

und 25 m^3 minimale Oberfläche bei Kugelform der Kernschmelze

T^4  = 12 MW / ( 5,67 x 10^- 8 ) x 25 m^2

Daraus folgt T = 1710 Kelvin = 1437 Celsius

Vermutlich liegt die Zahl noch niedriger.

Für das Emissionvermögen der Kernschmelze nehme ich 0,9 an.

http://de.wikipedia.org/wiki/Emissionsgrad

Das würde T zwar noch etwa um den Faktor ( 1 minus vierte Wurzel aus 0,9) erhöhen, also etwa um 36 Grad.

Abkühlend wirkt jedoch weit stärker

– Die Kühlung  durch Konvektion der umgebenden Luft

– Die Kühlung durch Löschwasser, falls es den Glutbrei erreicht

– Die in Wahrheit geringere Dichte als 19 g/cm^3

– Die in Realität grössere Oberfläche als bei der hier angenommenen Kugelform.

Bei doppelter Oberfläche ergeben sich etwa 1200 Celsius.

 

Die Nachzerfallswärme könnte jedoch grösser sein als meine 12 MW hier.

 

 

Über schotti

* geb. 1949 in Berlin * 1967-1971 Physikstudium an der Humboldt-Universität Berlin * 1975 Diplom in München * 1976 wissenschaftlicher Mitarbeiter am MPI für Astrophysik in Garching * 1977-1978 Redakteur beim Elektronik Journal München * 1979-1988 Aufbau eines Bauhandwerkbetriebes in München * 1989-1990 Songwriter/Sänger in San Diego (USA) * 1991-heute eigenfinanzierte Forschungsarbeit in Berlin

7 Kommentare zu Kein Supergau in Fukushima mehr möglich

  1. Martin Scheele sagt:

    Lieber Schotte,
    finde Deine Seite wirklich gut. Die ‚Gau‘-Rechnung habe ich noch nicht nachvollzogen. Verlangt doch ziemliche Einarbeitung. Fand ja toll, dass Konstantin dich gestern getroffen hat. Er war begeistert.
    Sei lieb gegrüßt
    Dein alter Martin

  2. schotti sagt:

    „Nicht auf das Alter, auf die Leistung kommt es an“

    zitiere ich aus der ANTIGONE-Übersetzung meines Vaters (mehr über ihn siehe hier im SHOP)

  3. schotti sagt:

    per EMail an einen Leser:

    Der von mir bisher nicht berücksichtigte „Rückstrahlungseffekt“ im Fukushimareaktor dürfte nur einige Grad betragen.

    1. Ich habe in meinem geheizten Zimmer hier heute ca. 22 Grad, aussen ca. 12 Grad.

    Ich habe alte Kasten-Doppelfenster.

    Ich teste zunächst per Handauflegen das SCHATTIGE Doppelfenster.

    Die Innenseite der äusseren Scheibe ist kalt.
    Die Innenseite der inneren Scheibe auch, aber etwas wärmer, jedoch deutlich fühlbar kälter als 22 Grad.

    Die Innenseite der Innenscheibe in der prallen Sonne ist deutlich wärmer.

    DAS BRINGT MICH AUF FOLGENDE SPONTANE UNAUSGEGORENE IDEE:
    WENN DAS GLAS NOCH BESSER DAS SICHTBARE SONNENLICHT ABSORBIEREN WÜRDE GÄBE ES KAUM WÄRMELEITUNG
    DA ES KEINEN ODER GERINGEREN TEMPERATURGRADIENTEN MEHR GIBT….?!?

    ZU FUKUSHIMA:

    Bei der Reaktorwand ist es ähnlich.

    Ich stelle mir vor – etwa realistisch – die Kernschmelze habe Kugelform zB 10 m^3

    Der Stahlbehälter habe zB 16fache Oberfläche wie diese Kugel.

    Dann strahlt er die 12 MW auch ab, aber wegen T^4 nur mit 700 K statt den 1400 K der Kernschmelze.

    Die Innenwand des Reaktors ist aufgrund der guten Wärmeleitfähigkeit des Stahl auch „kalt“, wie bei meiner Scheibe, also 700 + x Grad.

    x wird grosser, wenn die Reaktorwand aus Schamottestein, wie bei meinem Kachelofen, wäre.

    Doch auch in meinem Kachelofen verbrennt die Kohle bei ca. 1100 Grad….

    Oder bei 1150 Grad ?

  4. schotti sagt:

    http://www.focus.de/panorama/welt/tsunami-in-japan/atomruine-hinweise-auf-kernspaltung-in-fukushima_aid_680351.html

    „…Die Sorge über eine mögliche unkontrollierte Kernspaltung war durch das vermutete Auftreten der Gase Xenon 133 und Xenon 135 entstanden, Nebenprodukte einer atomaren Reaktion. Beide Substanzen haben eine kurze Halbwertzeit, so dass eine mögliche Kernspaltung kürzlich erfolgt sein müsste.“

    Ich vermute, die Lage ist ähnlich wie beim http://de.wikipedia.org/wiki/Naturreaktor_Oklo

    Ich stelle mir vor, irgendwo bei dieser „kleinen Uran-Lagerstätte“ Fukushima dringt Wasser ein.

    ZB zehn Tonnen H2O treffen auf 100 Tonnen 5 % angereichertes Uran, so wie es damals, vor 2 Milliarden Jahren auch angereichert war.

    Die Kettenreaktion setzt ein, 10 Tonnen H2O verdampfen. Vermutlich sogar langsam.

    Um ein Kilo Wasser zu verdampfen bedarf es laut Zahlentafel ca 100 Grad x 4,186 kJ/kg*K + 2260 kJ/kg*K = ca. 0,75 kWh.

  5. schotti sagt:

    Von: „Rainer Schottlaender“
    Gesendet: 02.11.2011 19:12:49
    An: ………………………………………………………………………………..
    Betreff: Nachtrag zum heutigen neuen Fukushima Störfall

    Ich habe noch einmal über die Situation nachgedacht.

    Die unten angenommenen zB 10 Tonnen Wasser können nur dann die irgendwo herumliegenden zB 100 Tonnen zB auf 5 % angereicherten Urans moderieren,
    wenn dieses unter 100 Grad warm ist.

    Bei einer flachen, linsenförmigen Geometrie des Uranklumpens heisst das, dass die Nachzerfallswärme bereits nach den seither vergangenen 7 Monaten so gering ist, dass dieser unter 100 Grad warm ist.

    Ich weiss nicht wie die IAEA diesen Störfall auf der INES-Skala bewertet.

    Ich halte ihn für relativ harmlos, da nach untiger Abschätzung nur grössenordnungsmässig 100 MWh – eher weniger – entstehen können.

    Ich rechne allerdings – wie bei einem Geysir – mit einem periodischen Prozess, solange
    Wasser hinzutreten kann.

    Vielleicht hatte es dort auch zuvor geregnet.

  6. schotti sagt:

    IAEA bestätigt meine Risikoeinschätzung des neuen Fukushima Störfalls

    http://www.iaea.org/newscenter/news/2011/fukushimareport01.html

    On 1 November, TEPCO detected the possible presence of xenon-133 and xenon-135 gases sampled from inside the Primary Containment Vessel (PCV) of Fukushima Daiichi Unit 2. The presence of these short-lived radionuclides indicates that some nuclear fission may have recently occurred. TEPCO reported that no increases in radiation levels have been observed. According to TEPCO „even if a fission reaction is assumed to be on-going, its scale is extremely small and the reactor is in a stable condition as a whole.“

    TEPCO responded to this development by injecting 10 tonnes of boric acid solution (water containing 480 kg of boric acid) into the reactor from 02:48 to 03:47 local time on 2 November. Boric acid solution is used as a countermeasure to nuclear fission for its ability to absorb neutrons.

    Further radionuclide analysis of the gas samples collected from Unit 2 is on-going and will be conducted in collaboration with the Japan Atomic Energy Agency (JAEA).

  7. schotti sagt:

    Betreff: Doch Risiko einer neuen Explosion in Fukushima ?

    http://www.n-tv.de/panorama/Explosion-in-Fukushima-moeglich-article4696486.html

    Habe ich mich verrechnet ?

    Ist das eine der üblichen sich gut verkaufenden Katastrophenmeldungen ?

    Nach meiner untenstehenden Hochrechnung rechne ich grössenordnungsmässig
    mit maximal 100 MWh Energiefreisetzung.

    Die bei Eindringen von angenommenen 10 qbm zB Regenwasser in die „Uranlagerstätte“ Fukushima entstehen könnten/würden.

    Falls das die Ursache ist. Und mein Modell richtig ist.

    http://de.wikipedia.org/wiki/Trinitrotoluol

    1 kg TNT setzt 4,6 MJ = 1,3 kWh frei … 100 MWh entsprächen demnach etwa der Wirkung von 70 Tonnen TNT.

    Zwar keine Atombombe (Hiroshima hatte 15.000 t TNT) aber schon heftig
    ….mit einem 200stel der Hiroshima-Emission.

    Allerdings kann es sein, dass – Richtigkeit meines untenstehenden Vergleichs mit dem natürlichen Atomreaktor OKLO vorausgesetzt –

    dass bereits nach „Ein Kubikmeter Wasser trifft einen Kubikmeter auf unter 100 Grad abgekühlte Kernschmelze“ die Kettenreaktion einsetzt.

    Das klingt einigermassen realistisch. Ich weiss es aber nicht sicher.

    Ich verbessere hiermit – hoffentlich – meine gestrige Hochrechnung
    auf zu maximal erwartende ein bis zehn Tonnen TNT-Äquivalent.

    Eine solche Explosion würde das Reaktorgebäude pulverisieren und
    direkt zu einem tausendstel der Hiroshima-Emissionen führen.

    Allerdings könnte das Risiko bestehen,
    dass die vielen hundert Tonnen abgebrannter Brennstäbe
    in den Abklingbecken eine solche Explosion nicht überstehen.

    Was passiert wenn 100 Meter hier von meinem Schreibtisch entfernt eine 1-Tonnen-Bombe explodiert ?

    Übersteht das der 150-Liter-Heisswasserbehälter in meinem Keller ?

    Ist mein Modell richtig ?

    Welche Erfahrungen und Rechnungen zu dieser Situation habt Ihr ?

    Es kann auch sein, dass die Sache harmloser ist.

    http://de.wikipedia.org/wiki/Naturreaktor_Oklo

    Hier steht, dass der Reaktor nur mit 100 kW arbeitete, also eine Automotorleistung.

    Wenn 100 kW einige Millisekunden lang verpuffen oder sagen wir mal 10 Sekunden lang köcheln, dann sind letzteres nur 1000 kWs = 1 MWs = 0,27 kWh Energie.

    Sozusagen ein Auspuffknall…

    http://www.iaea.org/newscenter/news/2011/fukushimareport01.html :

    Questions on the information provided in this report may be directed to info@iaea.org.

    The IAEA has received new information regarding the detection of xenon-133 and xenon-135 gases on 1 November inside the Primary Containment Vessel (PCV) of Fukushima Daiichi Unit 2.

    Based on further analysis, Japanese authorities have concluded that the xenon concentrations are not due to a criticality event but rather from the spontaneous fission of curium-242 and 244. (Spontaneous fission is a form of radioactive decay that does not involve chain reactions and is characteristic of very heavy isotopes. Spontaneous fission occurs in low levels in all nuclear reactors.)

    This conclusion is based on three key factors outlined and discussed in the report:

    The inventory of Cu-242 and Cu-244 was calculated as was the concentration of Xe-135, resulting from the spontaneous fission of Cu-242 and Cu-244. If nuclear fission of the reactor’s uranium fuel were occurring, at the lowest possible level, the levels of xenon detected would be several orders of magnitude higher than those measured. Current levels of xenon are consistent with those that would be generated by spontaneous fission of Cu-242 and Cu-244;

    If the core had been experiencing a criticality event, the injection of boron water should have stopped the criticality and terminated the generation of xenon. However, the xenon levels were not influenced by injection of boron water into the core; and

    If the core was undergoing a criticality event the temperature and pressure readings would be expected to rise as the event would increase heat production within the core. However, the temperature and pressure levels have not undergone any significant increases either before or after xenon were detected, indicating that no criticality event is occurring.

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