Der Bruch des Kachowka-Staudamms erhöht das Risiko für das Kernkraftwerk Saporischschja

Eine Explosion am 6. Juni 2023 zerstörte den Kachowka-Staudamm am Fluss Dnjepr in der Ostukraine. Der Bruch senkte den Wasserstand in einem Stausee flussaufwärts des Kernkraftwerks Saporischschja in der Stadt Enerhodar. Das Reservoir liefert Wasser, das zum Kühlen der abgeschalteten Reaktoren des Kraftwerks erforderlich ist, sowie abgebrannte Brennelemente, bei denen es sich um Uran handelt, das durch die Spaltungsreaktion, die Kernkraftwerke antreibt, weitgehend, aber nicht vollständig abgereichert wurde.

Die Internationale Atomenergiebehörde, die Inspektoren vor Ort hat, um die Auswirkungen des Krieges auf das Atomkraftwerk zu überwachen, gab eine Erklärung heraus, in der es hieß, dass keine unmittelbare Gefahr bestehe. Dennoch erhöht die Zerstörung des Staudamms das Risiko einer Katastrophe im Kraftwerk, ein Risiko, das durch die anhaltenden Kämpfe in der Region bereits erhöht wird.

Das Gespräch bat Najmedin Meshkati, Professor und Experte für nukleare Sicherheit an der University of Southern California, zu erklären, was der sinkende Wasserspiegel für die Sicherheit des Kernkraftwerks und die anhaltenden Risiken für die abgebrannten Brennelemente des Kraftwerks bedeutet.

Warum gefährden sinkende Wasserstände das Kraftwerk?

Die unmittelbare Situation wird sehr prekär. Der Damm liegt stromabwärts des Kraftwerks, so dass die Überschwemmung das Kraftwerk nicht gefährdet. Allerdings bezieht die Anlage für ihr Kühlsystem Wasser aus einem großen Stausee am Fluss. Dieser Stausee entleert sich, weil der stromabwärts gelegene Damm beschädigt wurde.

Die Anlage benötigt nicht so viel Wasser wie sonst, da ihre sechs Reaktoren im Kaltmodus sind. Die Anlage benötigt jedoch immer noch Wasser für drei Zwecke: um die Restwärme der abgeschalteten Reaktoren zu reduzieren, um die abgebrannten Brennelemente zu kühlen und um die Notdieselgeneratoren zu kühlen, falls die Anlage außerhalb des Standorts Strom verliert.

Die Betreiber der Anlage pumpten Wasser aus dem Reservoir in ein Kühlbecken, weshalb die Anlage nach Angaben der IAEA für mehrere Monate über ausreichend Wasser verfügte. Aber das ist der letzte Ausweg, weshalb die Behörde auch betonte, dass es wichtig sei, dass das Kühlbecken intakt bleibe. Wenn die Anlage das Kühlbecken verliert, besteht die einzige Hoffnung darin, etwas zu versuchen, wie sie es im Kernkraftwerk Fukushima nach dem Erdbeben und dem Tsunami in Japan im Jahr 2011 getan haben. Sie brachten riesige Wasserpumpen mit, um Salzwasser aus dem Pazifischen Ozean in den Pazifischen Ozean zu pumpen Reaktoren, um sie abzukühlen. Möglicherweise müssen die Anlagenbetreiber versuchen, Wasser aus dem Dnjepr zu pumpen.

Die beiden Lebensadern eines jeden Kernkraftwerks, ob in Betrieb oder stillgelegt, sind Wasser und Strom. Die neu gestartete ukrainische Gegenoffensive gefährdet diese beiden Lebensadern weiter. Seit der russischen Besetzung hat das Kraftwerk stark gelitten und sieben Mal die externe Stromversorgung verloren. Meine unmittelbare Sorge ist, dass die Anlage auf Notstromaggregate angewiesen sein muss, wenn die letzte Stromleitung, die die Kühlpumpen antreibt, ausfällt. Es gibt 20 Generatoren mit einer Vor-Ort-Speicherung von nur 10 bis 15 Tagen Treibstoffvorrat. Eine weitere große Herausforderung besteht darin, während der Gegenoffensive Treibstoff zu beschaffen.

Was bedeutet es, einen Kernreaktor kalt abzuschalten?

Die Spaltungsreaktion, die in einem Kernkraftwerk Wärme erzeugt, wird dadurch erzeugt, dass mehrere Uranbrennstäbe in unmittelbarer Nähe angeordnet werden. Beim Abschalten eines Kernreaktors werden Steuerstäbe zwischen die Brennstäbe eingesetzt, um die Spaltungsreaktion zu stoppen.

Der Reaktor befindet sich dann im Abkühlmodus, da die Temperatur sinkt. Nach Angaben der US-amerikanischen Nuclear Regulatory Commission befindet sich der Reaktor im Kaltabschaltzustand, sobald die Temperatur unter 200 Grad Fahrenheit (93 Grad Celsius) liegt und das Reaktorkühlsystem atmosphärischen Druck aufweist.

Wenn der Reaktor in Betrieb ist, muss er gekühlt werden, um die Wärme aufzunehmen und zu verhindern, dass die Brennstäbe zusammenschmelzen, was eine katastrophale Kettenreaktion auslösen würde. Wenn sich ein Reaktor im Kaltabschaltzustand befindet, benötigt er nicht mehr die gleiche Zirkulationsstufe.

Das Kernkraftwerk Saporischschja nutzt Druckwasserreaktoren.

Wie verbessert ein Kaltabschaltvorgang die Sicherheit der Anlage?

Durch den Shutdown ist ein großer Teil des Risikos beseitigt worden. Das Kernkraftwerk Saporischschja ist ein Druckwasserreaktor. Diese Reaktoren müssen ständig gekühlt werden, und die Kühlpumpen sind riesige, leistungsstarke Stromfresser.

Unter Kaltabschaltung versteht man den Zustand, in dem Sie die Primärkühlpumpen nicht ständig auf dem gleichen Niveau laufen lassen müssen, um das Kühlwasser im Primärkühlkreislauf umzuwälzen. Zumindest wenn die Anlage außer Betrieb ist, müssen sich die Betreiber keine Sorgen mehr machen, einen in Betrieb befindlichen Reaktor mit launischen Dieselgeneratoren zu kühlen.

Und durch die Abschaltung aller Reaktoren wurden die Anlagenbetreiber angesichts der anhaltenden Unsicherheiten rund um den Standort von einem erheblichen Teil ihrer Arbeit bei der Überwachung der Reaktoren entlastet. Dadurch wurde das Risiko menschlicher Fehler erheblich reduziert.

Die Arbeit der Bediener dürfte jetzt deutlich weniger anspruchsvoll und stressig sein als zuvor. Sie müssen jedoch weiterhin den Status der abgeschalteten Reaktoren und der Lagerbecken für abgebrannte Brennelemente ständig überwachen.

Welche Risiken gehen von den abgebrannten Brennelementen in der Anlage aus?

Die Anlage benötigt weiterhin eine zuverlässige Stromquelle, um die sechs riesigen Becken abgebrannter Brennelemente innerhalb der Sicherheitsbehälter zu kühlen und Restwärme aus den abgeschalteten Reaktoren abzuführen. Die Kühlpumpen für die Becken für abgebrannte Brennelemente benötigen viel weniger Strom als die Kühlpumpen im Primär- und Sekundärkreislauf des Reaktors, und das Kühlsystem für abgebrannte Brennelemente könnte einen kurzen Stromausfall tolerieren.

Ein weiterer wichtiger Faktor ist, dass die Lagerregale für abgebrannte Brennelemente in den Lagerbecken für abgebrannte Brennelemente im Kernkraftwerk Saporischschja verdichtet wurden, um die Kapazität zu erhöhen, heißt es in einem Bericht der ukrainischen Regierung an die IAEO aus dem Jahr 2017. Je mehr und je kompakter die abgebrannten Brennstäbe gelagert werden, desto mehr Wärme erzeugen sie und desto mehr Energie wird zu ihrer Kühlung benötigt.

Diese riesigen Betonzylinder lagern abgebrannte Kernbrennstäbe. Das Kernkraftwerk Saporischschja lagert einen Großteil seiner abgebrannten Brennelemente im Freien in Fässern wie diesen.US Nuclear Regulatory Commission

In der Anlage gibt es auch ein Trockenlager für abgebrannte Brennelemente. Bei der trockenen Lagerung abgebrannter Brennelemente werden abgebrannte Brennstäbe in massive Zylinder oder Fässer gepackt, die weder Wasser noch andere Kühlmittel benötigen. Die Behälter sind so konzipiert, dass sie die Brennstäbe mindestens 50 Jahre lang aufbewahren. Allerdings befinden sich die Fässer nicht unter den Eindämmungsstrukturen der Anlage, und obwohl sie so konstruiert sind, dass sie dem Aufprall eines Verkehrsflugzeugs standhalten, ist nicht klar, ob Artilleriebeschuss und Luftangriffe, insbesondere wiederholte Angriffe, die Fässer aufbrechen und Strahlung freisetzen könnten in das Anlagengelände.

Die beste Analogie zu diesem Szenario könnte ein Terroranschlag sein, der laut einer bahnbrechenden Studie des National Research Council ein trockenes Fass durchbrechen und möglicherweise zur Freisetzung radioaktiven Materials aus dem abgebrannten Brennstoff führen könnte. Dies könnte durch die Ausbreitung von Kraftstoffpartikeln oder -fragmenten oder die Ausbreitung radioaktiver Aerosole geschehen. Dies wäre vergleichbar mit der Detonation einer „schmutzigen Bombe“, die je nach Windrichtung und Ausbreitungsradius zu einer radioaktiven Kontamination führen könnte. Dies wiederum könnte zu ernsthaften Problemen beim Zugang und bei der Arbeit in der Anlage führen.

Nächste Schritte von IAEA und UN

Rafael Mariano Grossi, der Chef der IAEO, informierte den UN-Sicherheitsrat am 30. Mai 2023 über die Lage im Werk Saporischschja. Er forderte Russland und die Ukraine auf, sicherzustellen, dass der Konflikt das Kraftwerk nicht gefährdet. Grossi war mehrfach im Sicherheitsrat. Eine Woche vor dem Dammbruch sagte er, es sei die wichtigste Unterrichtung gewesen, die er dem Rat gegeben habe. Bislang liegt kein Resolutionsentwurf des Sicherheitsrats vor.

Diese Situation entwickelt sich schnell. Und wenn etwas passiert und es zu einer Strahlungsfreisetzung kommt, wird sie sich auf der ganzen Welt ausbreiten.

Dies ist eine aktualisierte Version eines Artikels, der ursprünglich am 13. September 2022 veröffentlicht wurde. Der Artikel wurde aktualisiert und enthält nun Nachrichten über die Zerstörung eines Staudamms flussabwärts des Kernkraftwerks und den Bericht der IAEO an den UN-Sicherheitsrat über die Reduzierung des Risikos Dieser Kampf stellt die Pflanze dar.

Najmedin Meshkati, Professor für Ingenieurwesen und Internationale Beziehungen, University of Southern California

Dieser Artikel wurde von The Conversation unter einer Creative Commons-Lizenz erneut veröffentlicht. Lesen Sie den Originalartikel.