Nuklearkatastrophe von Tschernobyl

Am 26. April 1986 ereignete sich in der Stadt Prypjat, Ukraine (damals: Sowjetunion) eine katastrophale Kernschmelze und Explosion im Kernreaktor Tschornobyl Block 4. Der Hergang des Unfalls ist bis heute nicht zweifelsfrei geklärt. Er gilt als die zweitschwerste nukleare Havarie nach der von Majak und war eine der größten Umweltkatastrophen überhaupt.

Bekannt ist diese Katastrophe unter dem russischen Namen der Nachbarstadt Tschernobyl, da Russisch zum Zeitpunkt der Katastrophe Hauptamtssprache war. Der korrekte ukrainische Name der Stadt lautet Tschornobyl. Vereinzelt werden auch die englischen Schreibweisen Chernobyl bzw. Chornobyl verwendet.

Die Katastrophe

Als Ursache allgemein anerkannt ist eine bauartbedingte Eigenheit des Reaktors (ein so genannter RBMK-Reaktor). Ausgelöst wurde die Katastrophe durch schwere Betriebsfehler der Betreiber der Anlage, welche genau die Prozeduren missachteten und die Sicherheitssysteme abschalteten, die den sicheren Betrieb gewährleisten sollten.

Tschornobyl in der Oblast Kiew

Tatsache ist, dass am Reaktor ein Experiment durchgeführt wurde, dessen fehlerhafte Ausführung die Katastrophe einleitete.

Da Kernkraftwerke Strom nicht nur erzeugen, sondern auch verbrauchen (beispielsweise für den Betrieb der Kühlpumpen, Mess- und Anzeigetechnik usw.) und diesen aus dem Netz entnehmen, muss sichergestellt sein, dass bei einem totalen Stromausfall genügend elektrische Leistung zur Verfügung steht, um den Reaktor sicher abzuschalten. In dem anstehenden Test sollte geprüft werden, ob die Leistung der bei der Abschaltung langsam auslaufenden Turbine die Zeit bis zum Anlaufen von Dieselgeneratoren (etwa 40-60 Sekunden) überbrücken kann. Ein früherer Versuch im Block 3 des Kraftwerks war zuvor gescheitert, weil die Spannung zu schnell absank. Nun sollte der Versuch mit einem verbesserten Spannungsregler wiederholt werden. Diesen erneuten Versuch führte man bei einer Routineabschaltung des Reaktors durch.

25.4.1986, 1:00: Als erster Schritt sollte die Leistung des Reaktors von ihrem Nennwert bei 3.200 Megawatt (thermisch) auf 1.000 MW reduziert werden, wie bei einer Regelabschaltung üblich. Um 13:05 wurde auf Anweisung des Lastverteilers in Kiew die Leistung bei 1600 MWth stabilisiert.

23:10: Die Leistung wurde weiter abgesenkt. Nach dem Schichtwechsel um 24:00 stellte die neue Mannschaft um 00:28 bei 500 MWth auf automatische Leistungsregelung um. Durch einen Bedienfehler - der Sollwert für die Gesamtleistungsregelung wurde nicht richtig eingestellt - oder einen technischen Defekt - die Leistungsregelung reagiert nicht - sank die Leistung weiter bis auf nur etwa 30 MW.

Nach jeder Leistungsabsenkung erhöhte sich vorübergehend die Konzentration des Isotops Xenon-135 im Reaktorkern („Xe-Vergiftung“). So auch dieses Mal. Xenon-135 ist ein sehr guter Neutronenabsorber. Durch seine Konzentrationszunahme nahm die Leistungsbereitschaft des Reaktors immer weiter ab. Als die Betriebsmannschaft am 26.4.1986 um 00:32 Uhr die Leistung des Reaktors durch weiteres Ausfahren von Regelstäben wieder anheben wollte, gelang ihr das infolge der mittlerweile aufgebauten Xe-Vergiftung nur bis zu etwa 200 MW oder 7% der Nennleistung.

Obwohl der Betrieb auf diesem Leistungsniveau unzulässig war (laut Vorschrift durfte der Reaktor nicht unterhalb von 20% der Nennleistung betrieben werden) und sich so zu diesem Zeitpunkt außerdem viel weniger Regelstäbe im Kern befanden, als für einen sicheren Betrieb notwendig waren, wurde der Reaktor nicht abgeschaltet, sondern das Signal zum Beginn des Testlaufs gegeben.

26.04.1986, 01:03: Da für den Test die vier Hauptkühlmittelpumpen die Verbraucher darstellten, wurden diese nun auf volle Leistung geschaltet. Trotz der resultierenden Unterkühlung sank die Reaktivität langsam weiter, da durch die geringe Leistung und den damit einhergehenden zu geringen Neutronenfluss die Vergiftung des Reaktors, vor allem mit Xenon-135, weiter anstieg. Weitere Regelstäbe mussten entfernt werden, um die Leistung zu stabilisieren. Dies wäre der letzte Zeitpunkt gewesen, an dem man den Reaktor noch durch eine Notabschaltung hätte retten können.

01:15 Der Reaktor befand sich zu diesem Zeitpunkt in einem äußerst instabilen Zustand, in dem jede kleinste Veränderung eines Parameters schwerwiegende Folgen haben konnte. Um ihn in diesem Zustand zu betreiben, mussten automatische Sicherheitssysteme überbrückt werden und der Operator mehrere Warnanzeigen ignorieren.

01:23 Der eigentliche Test beginnt. Das Haupteinlassventil der Turbine wurde geschlossen und somit dem Generator, dessen Auslaufenergie man messen wollte, die Kraftzufuhr genommen. Dadurch wurde die Wärmeabfuhr aus dem Reaktor unterbrochen, die Temperatur stieg an und Kühlmittel verdampfte.

Im Gegensatz zu westlichen Leichtwasserreaktoren, in denen das Kühlmittel gleichzeitig Moderator ist, haben Reaktoren des RBMK-Typs im unteren Leistungsbereich einen positiven so genannten Dampfblasen- oder Voidkoeffizienten. Das bedeutet, dass mit zunehmendem Verdampfen des Kühlmittels die Reaktivität des Reaktors steigt.

Genau das geschah auch hier. Der dadurch wachsende Neutronenfluss bewirkte einen verstärkten Abbau der im Kern angesammelten Neutronengifte (insbesondere Xe-135). Dadurch stiegen Reaktivität und Reaktorleistung immer schneller an, wodurch wieder größere Mengen Kühlmittel verdampften. Die Situation geriet langsam außer Kontrolle. Um 01:23:35 befahl der Schichtleiter die Notabschaltung des Reaktors.

Dazu wurden alle zuvor aus dem Kern entfernten Steuerstäbe wieder in den Reaktor eingefahren, doch hier zeigte sich ein weiterer Konzeptionsfehler des Reaktortyps: Durch die an den Spitzen der Stäbe angebrachten Graphitblöcke (Graphit war der Hauptmoderator des Reaktors) wurde beim Einfahren eines vollständig herausgezogenen Stabs die Reaktivität kurzzeitig erhöht, bis der Stab tiefer in den Kern eingedrungen war.

Die durch das gleichzeitige Einführen aller Stäbe (über 250) massiv gesteigerte Neutronenausbeute ließ die Reaktivität so weit ansteigen, bis schließlich (um 01:23:44) die prompten Neutronen alleine (also ohne die verzögerten Neutronen) für die Kettenreaktion ausreichten („prompte Kritikalität“) und die Leistung innerhalb von Millisekunden das Hundertfache des Nennwertes überschritt („nukleare Leistungsexkursion“).

Die Hitze verformte die Kanäle der Regelstäbe, sodass diese nie weit genug in den Reaktorkern eindringen konnten, um ihre volle Wirkung zu erzielen, und sie ließ die Brennelemente reißen und mit dem umgebenden Wasser reagieren. Wasserstoff entstand in größeren Mengen und bildete mit dem Sauerstoff der Luft Knallgas, das sich vermutlich entzündete und zu einer zweiten Explosion (nur Sekunden nach der „nuklearen Exkursion“) führte.

Welche Explosion zum Abheben des über 1.000 Tonnen schweren Deckels des Reaktorkerns führte, ist nicht ganz klar. Außerdem zerstörten die Explosionen das (nur als Wetterschutz ausgebildete) Dach des Reaktorgebäudes, sodass der Reaktorkern nun nicht mehr eingeschlossen war und direkte Verbindung zur Atmosphäre hatte. Der glühende Graphit im Reaktorkern fing sofort Feuer. Insgesamt verbrannten während der folgenden 10 Tage 250 Tonnen Graphit, das sind etwa 15% des Gesamtinventars.

Große Mengen an Radioaktivität wurden durch die Explosionen und den anschließenden Brand des Graphit-Moderators in die Umwelt freigesetzt, wobei die hohen Temperaturen des Graphitbrandes für eine Freisetzung in große Höhen sorgten. Insbesondere die leicht flüchtigen Isotope Iod-131 und Cäsium-137 bildeten gefährliche Aerosole, die in einer radioaktiven Wolke teilweise hunderte oder gar tausende Kilometer weit getragen wurden, bevor sie der Regen aus der Atmosphäre auswusch. Radioaktive Metalle mit höherem Siedepunkt wurden hingegen vor allem in Form von Staubpartikeln freigesetzt, die sich in der Nähe des Reaktors niederschlugen.

05:00 Die Feuerwehr hat die Brände gelöscht. Block 3 wird abgeschaltet. 27.04.1986 Die Blöcke 1 und 2 werden um 01:13 respektive 02:13 abgeschaltet. Man beginnt den Reaktor mit Blei, Bor, Dolomit, Sand und Lehm zuzuschütten. Dies verringert die Spaltproduktfreisetzung und deckt den brennenden Graphit im Kern ab.

Am 6. Mai 1986 ist die Spaltproduktfreisetzung weitgehend beendet.

Vergleich zu Reaktoren westlicher Bauart

Einer der wesentlichen Unterschiede zwischen dem in Tschornobyl eingesetzten Reaktortyp RBMK und den meisten Reaktoren westlicher Bauart ist, dass in letzteren das Kühlwasser gleichzeitig als Moderator fungiert. Kommt es bei einem der typischen westlichen Reaktoren zum Verdampfen des Kühlmittels, verringert sich gleichzeitig die Moderatorleistung und damit die Neutronenausbeute, sodass die Reaktivität entsprechend verringert wird. Beim Tschornobyl-Typ hingegen ist die Moderationsleistung des Graphits konstant und ein Verdampfen des Kühlwassers steigert die Reaktivität weiter.

Aus diesem Grund muss vor einer Genehmigung moderner Reaktoren bewiesen sein, dass ihr Dampfblasenkoeffizient immer negativ bleibt.

Inzwischen wurden an den Reaktoren des RBMK-Typs weitere Verbesserungen vorgenommen (höhere Uran-Anreicherung, mehr Kontrollstäbe), die den Dampfblasenkoeffizienten in Bereiche bringen, in denen er auch bei niedrigen Leistungen beherrschbar bleibt. Dadurch wurden jedoch einige der ursprünglichen Designziele des Typs ausgehebelt.

Eine letzte Schwäche in der Konstruktion des Kernkraftwerks in Tschornobyl war, dass es nicht wie die meisten modernen Reaktoren in einen massiven Sicherheitsbehälter (Containment) eingebettet war, auch wenn unklar ist, ob ein solches Containment der Wucht der Explosionen bei diesem Unglück standgehalten hätte. So konnten große Mengen an radioaktiven Stoffen in die Atmosphäre entweichen. Das Graphitfeuer, das sich nach dem Absprengen des Daches entzündete und fast 14 Tage brannte, beförderte weitere Mengen strahlenden Materials in die Luft.

Folgen: Strahlungserkrankungen, Krebs, Fallout und Belastung

203 Menschen wurden sofort ins Krankenhaus eingeliefert, von denen 31 starben. Die meisten davon waren Feuerwehrleute oder Mitarbeiter des Rettungsdienstes und hatten versucht, den Unfall unter Kontrolle zu bringen – ohne sich der Gefahren bewusst zu sein, die die Radioaktivität mit sich bringt. Ebenso wurden Hunderte von Soldaten, darunter viele Wehrpflichtige und freiwillige Helfer, ohne jegliche Schutzausrüstung bzw. Aufklärung über radioaktive Gefahren in die unmittelbare Nähe des Reaktors befehligt. Es wurden hohe Geld- und Sachprämien für den Einsatz direkt am Brandherd versprochen. Dosimeter zur Messung der Strahlung wurden unter Verschluss gehalten bzw. wurden die Messungen verfälscht. Die UNO gibt die Gesamtzahl der durch die Explosion, nachfolgende Unfälle und Verstrahlung insgesamt verstorbenen Personen mit etwa 56 an. Die Umgebung wurde erst nach 3 Tagen evakuiert, 135.000 Menschen wurden umgesiedelt, darunter 45.000 aus der nahe gelegenen Stadt Pripjat.

Ein wesentlicher Teil der in Tschornobyl freigesetzten Radioaktivität, insbesondere die Nuklide Iod-131 und Cäsium-137, blieb als Aerosol lange in der Atmosphäre. Diese radioaktive Wolke zog zunächst in Richtung Nordwesten, also nach Skandinavien, wechselte jedoch auf der Ostsee ihre Richtung nach Südwesten und zog in einem Halbkreis über Polen, Sachsen, Tschechien, Süddeutschland und die Niederlande, wo sie schließlich in die Nordsee mündete.

Vom Regen wurden die radioaktiven Substanzen aus der Luft gewaschen und gleich dem klassischem Fallout einer Atomexplosion in den Boden eingebracht. Dadurch wurden Lebensmittel direkt (beispielsweise Feldfrüchte, Freilandgemüse) oder indirekt (Milch von Kühen durch Feldfutter, Fische, Wild) mit Radioaktivität belastet. In Schweden waren Elche betroffen, in Finnland die in Herden gehaltenen Rentiere.

In Süddeutschland und Österreich beherrschte die Diskussion um „verstrahlte Lebensmittel“ monatelang die Öffentlichkeit. Vor allem frei wachsende Pilze sind in Teilen von Bayern noch heute signifikant belastet und sollten nur in begrenzten Mengen genossen werden. Gewässer und besonders Talsperren waren nur kurzfristig belastet, da die radioaktiven Partikel sehr schnell gebunden wurden und mit einer normalen Geschwindigkeit sedimentierten. Hilfestellungen an die Bauern widersprachen sich teils, Unterpflügen von Feldfrüchten war einer der Ratschläge. Kinderspielplätze wurden zeitweilig gesperrt.

Einige Molkereien in besonders belasteten Gebieten wurden angewiesen, die Molke von der Milch abzutrennen und nicht zu verkaufen, sondern einzulagern, da diese besonders belastet war. Die daraus resultierenden „Molkezüge“ mit Pulver, das keiner haben wollte, beschäftigten die Politik über Jahre hinweg. Schließlich wurde mit Kosten in Millionenhöhe das Cäsium abgeschieden, nach anderen Berichten das Milchpulver trotz zahlreicher Proteste verbrannt.

Weißrussland, wo 70 % des Fallouts niedergingen, gilt als am schwersten betroffen. Das Land war nach dem Unfall 1986 zu rund 22 Prozent mit Cäsium-137 belastet.

Sehr widersprüchlich wird beurteilt, welche gesundheitlichen Folgen von der Verstrahlung herrühren. Zwar erkennen die meisten Experten an, dass sich die Gesundheit der Menschen in der Ukraine verschlechtert hat. Jedoch wird dieses oft auch mit der schlechteren wirtschaftlichen Situation seit dem Zusammenbruch der Sowjetunion zu erklären versucht.

Weitgehend wird angenommen, dass der sprunghafte Anstieg der Schilddrüsenkrebserkrankungen bei Kindern seit 1987 aufgrund seiner Ausmaße nur auf die Katastrophe von Tschornobyl zurückgeführt werden kann. Eine aktuelle Studie hat jedoch lt. Pressemeldung (UPI) unter 52 Kindern mit Schilddrüsenkrebs bei genetischen Untersuchungen keinen Hinweis auf einen Zusammenhang mit der Strahlenexposition gefunden.

Ein aktueller Bericht der IAEA (siehe Weblinks) geht von einer bisher erreichten Zahl der Opfer von etwa 56 und von maximal noch etwa 3940 strahlenbedingten Krebstodesfällen als Langzeitfolgen aus. Die Mehrzahl dieser Todesfälle sei bei den über 200.000 Liquidatoren (Personen, die mit der Eindämmung der Katastrophe zu tun hatten) aufgetreten. Die Gesamtzahl der Schilddrüsenkrebsfälle betrage etwa 4000, von denen aber 99 % eine Überlebenschance hätten und was rein rechnerisch rund 40 (oder mehr) Tote ergäbe. Andere der Strahlung direkt zuzuordnende Krebserkrankungen seien statistisch nicht erkennbar gewesen, heißt es.

Die Zahlen unterscheiden sich stark, teils durch die schwierige Quellenlage bedingt, scheinbar aber auch abhängig von der politischen oder wirtschaftlichen Diktion des jeweiligen Herausgebers. Nach Berichten einer nukleartechnischen Fachzeitschrift von 2003, zitiert im Greenpeace-Bericht, waren rund 860.000 Liquidatoren nach der Katastrophe an den Aufräumarbeiten beteiligt. Nach ukrainischen Statistiken von 2002 und Schätzungen zufolge sind bisher unter den Liquidatoren rund 15.000 - 50.000 Todesfälle zu beklagen, die erhöhte Suizidrate eingeschlossen.

Tschernobyl nach dem Unfall

Am 2. und 3. Mai 1986 wurden etwa 45.000 Einwohner aus den Gebieten in einem Umkreis von 10 km um den Reaktor evakuiert. Weitere 116.000 Einwohner wurden am 4. Mai 1986 aus dem Gebiet 30 km um den Reaktor evakuiert. In den folgenden Jahren wurden weitere 210.000 Einwohner umgesiedelt, so dass die Sperrzone mittlerweile 4.300 km² groß ist. Etwa 1.000 Bewohner sind angesichts der wirtschaftlichen Lage trotz der stark erhöhten Strahlungswerte in die gesperrte Zone zurückgekehrt.

Alle drei noch funktionsfähigen Blöcke wurden nach dem Ende der Aufräumarbeiten wieder hochgefahren. Der zweite Reaktorblock wurde 1991 nach einem Feuer in der Turbinenhalle abgeschaltet. Block 1 folgte am Ende des Jahres 1997, Block 3 im Dezember 2000.

Der havarierte Reaktorblock ist heute durch einen provisorischen, durchlässigen "Sarkophag" gedeckelt. Im Inneren ist weitgehend die Situation vom Zeitpunkt der Katastrophe in heißer Form konserviert. Von rund 190 Tonnen Reaktorkernmasse befinden sich Schätzungen zufolge noch rund 150-180 Tonnen im Gebäude, teils in Form geschmolzener und erstarrter Brennelemente, teils in Form von Staub und Asche, in Form ausgewaschener Flüssigkeiten im Reaktorsumpf und Fundament oder in anderer Form.

Der internationale "Shelter Implementation Plan" hat als Ziel, einen neuen haltbaren Sarkophag zu errichten. Als erste Maßnahme wurden das Dach des ursprünglichen Sarkophags verstärkt und die Belüftungsanlage verbessert. Der neue Sarkophag soll über dem alten errichtet werden. Dadurch soll es möglich sein, den alten Sarkophag zu entfernen, ohne dass weitere Radioaktivität freigesetzt wird.

Siehe auch

Literatur

A. Bayer, A. Kaul, C. Reiners: Zehn Jahre nach Tschernobyl, eine Bilanz, Gustav Fischer Verlag, München, 1996, ISBN 343725198-8
Karl-Heinz Karisch / Joachim Wille (Hg): Der Tschernobyl-Schock. Zehn Jahre nach dem Super-GAU. Fischer Taschenbuch Verlag, Frankfurt am Main 1996, ISBN 3-596-13301-7
V. M. Chernousenko: Chernobyl, Insight from the Inside. Springer-Verlag Berlin Heidelberg New York, 1991, ISBN 354053698-1
H. Dederichs, E. Konoplya, P. Hill, R. Hille: Systemtische Differenzierung kontaminierter und nicht kontaminierter Nutzflächen in der Region Korma., Schriftenreihe Reaktorsicherheit und Strahlenschutz; BMU-2002-613, 2002. Bundesministerium für Umwelt, Naturschutz und Reaktorsicherheit.
Oda Becker, Helmut Hirsch: Tschernobyl: Sanierung des Sarkophags - Wettlauf mit der Zeit, Greenpeace, Hamburg / Hannover, 2004. PDF-Dokument.

Weblinks

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