Kernschmelze

Als Kernschmelze bezeichnet man einen Vorgang in einem Kernreaktor, bei dem sich die Brennstäbe im Reaktorkern unkontrolliert erhitzen und verschmelzen. Eine Kernschmelze kann auftreten, wenn Reaktorkühlung und Sicherungssysteme ausfallen. Bei einer Kernschmelze handelt es sich um einen ernstzunehmenden Unfall, bei dem radioaktives Material unkontrolliert aus dem Reaktor in die Umgebung gelangen kann.

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Ablauf einer Kernschmelze

Druckwasserreaktoren und Siedewasserreaktoren werden über Regelstäbe gesteuert, die den Neutronenfluss zwischen den Brennelementen (zu Gruppen zusammengefasste Brennstäbe) regeln. Bei Ausfall der Kühlung, der Brennstabsteuerung oder durch andere Unfallursachen kann die Nachzerfallswärme die Brennelemente so erhitzen, dass sie sich verbiegen. Wenn dieser Zustand lange genug anhält, kann der Kernbrennstoff schmelzen und am Boden des Reaktorbehälters zusammenlaufen.

Im Endstadium könnte der geschmolzene Kern sich schlimmstenfalls durch den Reaktorbehälter und sämtliche Gebäudehüllen fressen, das Grundwasser erreichen und somit große Mengen radioaktive Stoffe freisetzen. Noch gefährlicher für die Bevölkerung ist natürlich eine oberirdische Freisetzung durch ein überirdisches Gebäudeleck.

Folgen

Die anderen Folgen der Kernschmelze, wie Dampf- und Wasserstoffexplosionen, gehen typischerweise mit einer Kernschmelze einher, setzen sie aber nicht voraus.

Eine besonders schwerwiegende Variante des Unfallablaufs ist die Hochdruckkernschmelze, wenn es nicht gelingt, in der ersten Zeit den Druck im Reaktor stark abzusenken. Es wäre dann möglich, dass die glühend heisse Schmelze des Reaktorkerns die Wand des Reaktorbehälters stark schwächt und unter gleichzeitigem, auch explosionsartigem Druckanstieg (z.B. durch eine Knallgasexplosion oder schnelle Verdampfung) aus dem Reaktorbehälter entweicht. Der hohe erzeugte Druck im Containment könnte zu Leckagen führen, was radioaktives Material freisetzt.

Vermeidung von Kernschmelzen

Bei neueren Reaktorkonstruktionen sollen spezielle Vorrichtungen (Core Catcher) den Reaktorkern bei einer Kernschmelze auffangen und die Freisetzung des Spaltstoffinventars verhindern.

Aufgrund der verheerenden potenziellen Folgen einer Kernschmelze wird mittlerweile, vor allem im asiatischen Raum, erfolgreich der Betrieb inhärent sicherer Reaktoren, speziell von dezentralen PBMR mit reduzierter Leistung, erprobt. Für sämtliche derzeit in Europa betriebenen kommerziellen Kernreaktoren allerdings gilt, dass die Gefahr einer Kernschmelze durch zusätzliche Sicherheitsmaßnahmen (z. B. negativer Dampfblasenkoeffizient) zwar signifikant verringert, aber nicht prinzipiell ausgeschlossen werden kann.

Bekannte Kernschmelz-Unfälle

Am 26. April 1986 ereignete sich im Block 4 (graphit-moderierter Druckröhrenreaktor) des Kraftwerks von Tschernobyl ein katastrophaler Reaktorunfall. Nach einer Knallgas(Wasserstoff-/Sauerstoff)-Explosion innerhalb des Reaktorkerns und nachfolgendem Brand des Graphits wurde eine große Menge radioaktiver Stoffe freigesetzt. Diese Katastrophe ist als der zweitschwerste nukleare Zwischenfall der Geschichte bekannt.

Auch Reaktoren "westlicher" Bauweise waren schon von Kernschmelzunfällen betroffen. Am 28. März 1979 fiel im 880-MWe-Kernkraftwerk auf Three Mile Island bei Harrisburg (Pennsylvania) im nichtnuklearen Teil eine Pumpe aus. Da das Versagen des Notkühlsystems nicht rechtzeitig bemerkt wurde, war einige Stunden später der Reaktor nicht mehr steuerbar. Eine Explosion konnte durch Ablassen des freigesetzten radioaktiven Dampfes in die Umgebung verhindert werden. Untersuchungen des Reaktorkerns, die unfallbedingt erst drei Jahre nach dem Unfall möglich waren, zeigten eine Kernschmelze, die allerdings noch vor dem Durchschmelzen des Reaktordruckbehälters zum Stehen gekommen war.

In der Schweiz kam es 1969 bei einem kleinen experimentellen Reaktor nahe Lucens (8 MWe) zu einem schwerwiegenden Unfall. Ein durch Korrosion bedingter Ausfall der Kühlung führte zur Kernschmelze und zum Brennelementebrand mit anschließender Freisetzung aus dem Reaktortank. Die Radioaktivität blieb im Wesentlichen auf die Kaverne und das umliegende Stollensystem beschränkt. Die Aufräumarbeiten im versiegelten Stollen dauerten bis 1973 bzw. 2003, wo noch die Abfallbehälter vom Standort entfernt wurden.

1977 schmolzen im slowakischen Kernkraftwerk Bohunice A-1 (150 MWe) wegen Fehlern beim Beladen einige Brennelemente. Die Reaktorhalle wurde verstrahlt. Der Reaktor ist heute nicht mehr in Betrieb, er ist nicht zu verwechseln mit den jetzt dort betriebenen WWER-Kernkraftwerken. Ein fast gleicher Vorfall ereignete sich 1980 im französischen Meiler Saint Laurent A-1 (450 MWe). Auch dieses stillgelegte Werk ist nicht zu verwechseln mit den heute dort betriebenen Druckwasserreaktoren.

Siehe auch

• Sicherheit von Kernkraftwerken
• Liste von Unfällen in kerntechnischen Anlagen