Ex-Strahlenschutzbeauftragter: Mit deutschen Kernreaktoren „hätte es ‚Tschernobyl‘ nicht geben können“

Den Ausstieg aus der Kernkraft hat Deutschland bereits im Jahr 2002 eingeleitet. Damals hat die rot-grüne Regierungskoalition unter Bundeskanzler Gerhard Schröder (SPD) das Atomgesetz geändert, das die schrittweise Abschaltung der Kernreaktoren forderte. Im April 2023 gingen schließlich die letzten drei Meiler vom Netz.

Als Grund nannte die Regierung immer wieder Sicherheitsrisiken der Kernkraft sowie das Problem der Endlagerung des Atommülls. Gleichzeitig setzen zahlreiche andere Industrienationen in Europa und weltweit weiterhin auf diese Energiequelle – und wollen diese sogar teilweise stark ausbauen.

Unkalkulierbares Risiko – oder Desinformation?

Wie gefährlich ist nun die Kernkraft wirklich? Fest steht: Eine erhöhte Radioaktivität kann die Umwelt erheblich verseuchen und bei Lebewesen teils tödliche Krankheiten verursachen. Ebenso gab es in der Geschichte der Kernkraft bereits ein paar wenige Kernschmelzen. Als berühmteste sind hier die Reaktorkatastrophen im ukrainischen Tschernobyl und japanischen Fukushima zu nennen.

Mitunter entscheidet das Reaktorkonzept sowie funktionierende Sicherheitsvorkehrungen, ob ein Meiler durchweg problemlos und sicher Strom liefert. Der Physiker und ehemalige Strahlenschutzbeauftragte Dieter Böhme teilte dazu mit:

Die in Deutschland betriebenen Kernkraftwerke waren Siedewasser- und Druckwasserreaktoren. Mit diesen hätte es ein ‚Tschernobyl‘ nicht geben können. Deutschland hatte die sichersten Kernkraftwerke der Welt.“

Ein „Tschernobyl“ wäre laut dem Physiker deswegen hierzulande ausgeschlossen gewesen, da alle deutschen Reaktoren einen negativen Temperaturkoeffizienten hatten. Das bedeutet, „dass die Kettenreaktion von selbst (physikalisch inhärent) heruntergefahren wäre, sobald der Reaktor überhitzt“. Im Gegensatz dazu hätte der Reaktor von Tschernobyl einen positiven Temperaturkoeffizienten gehabt.

Die deutsche Ablehnung der Kernkraft „war nur unter polit-medialer Mitwirkung vieler Menschen möglich, die drei Dinge vereinten“, so Böhme, „1. Die gefühlte Angst vor Strahlung, Super-GAU und geologischem Endlager, 2. fehlendes Wissen über Kernphysik und 3. Desinformation.“

Anzahl an Strahlentoten in Fukushima: 1

Als Beispiel verwies er auf eine Aussage der Grünen-Politikerin Claudia Roth. Sie sagte 2013: „Insgesamt starben bei der Katastrophe in Japan 16.000 Menschen, mehr als 2.700 gelten immer noch als vermisst.“ Daraufhin forderte sie, „so schnell wie möglich“ aus der „Hochrisikotechnologie Atom“ auszusteigen. Alle Todesopfer gehen jedoch nicht auf das Konto der Nuklearkatastrophe. Stattdessen starben die letztlich rund 18.500 Menschen durch das Erdbeben vom 11. März 2011 – mit 9,0 auf der Richterskala eines der stärksten registrierten Erdbeben weltweit – und den darauffolgenden Tsunami.

Die Kernschmelzen in drei Reaktoren ereigneten sich unter anderem wegen gravierender Sicherheitsmängel an der Anlage, die lange vorher bekannt waren. Ausschlaggebend für die folgenden Ereignisse war der mangelnde Schutz vor Flutwellen, sodass die Generatoren der Notstromversorgung überflutet wurden und in der Folge ausfielen.

Im Jahr 2018 haben die japanischen Behörden den bis heute einzigen Todesfall durch die Strahlenkatastrophe von Fukushima offiziell bestätigt. Formeln, um nachfolgende Todesfälle abzuschätzen, sind in Fachkreisen höchst umstritten. Schäden durch Verstrah­lung in der japanischen Bevölkerung sind statistisch nicht nachweisbar.

Die Strahlenbiologin Anna Friedl hat Deutschland beim UN-Strahlenschutzkomitee UNSCEAR vertreten. Sie merkte an: „Es ist eine Katastrophe, aber es ist keine Strahlenkatastrophe.“ Das Reaktorunglück von Fukushima hätte im Vergleich zu dem von Tschernobyl deutlich weniger ra­dioaktive Stoffe freigesetzt. Zudem sind diese überwiegend im Meer statt auf Land niedergegangen.

Da es in Deutschland keine Tsunamis gibt, hätte es mit deutschen Reaktoren auch kein „zweites Fukushima“ geben können.

Verschiedene Kernreaktoren

Beim tieferen Einstieg in diese Materie empfiehlt sich zunächst ein Blick auf die unterschiedlichen Kategorien von Kernreaktoren. Diese sind das Herz eines jeden Kernkraftwerks und funktionieren –  zumindest auf den ersten Blick – nach demselben Prinzip: Bei der Kernspaltung eines radioaktiven Elements entsteht große Hitze. Damit wird in der Regel Wasser verdampft. Der Wasserdampf treibt Dampfturbinen an, die wiederum Generatoren zur Gewinnung von elektrischem Strom in Bewegung setzen.

Das weltweit verbreitetste Reaktorkonzept ist das der Leichtwasserreaktoren. Es findet Anwendung in 303 der 422 weltweiten Kernreaktoren. Zu den Leichtwasserreaktoren zählen der Siedewasserreaktor (SWR) und der Druckwasserreaktor (DWR). Diese beiden Reaktorkonzepte waren in den deutschen KKW im Einsatz.

Siedewasserreaktor

Der Siedewasserreaktor ist relativ simpel aufgebaut. Die Brennelemente basieren in der Regel auf Urandioxid und sind in einem Reaktordruckbehälter positioniert, der größtenteils mit Wasser gefüllt ist und unter Druck steht. Aus dem oberen Bereich des Druckbehälters strömt der auf rund 290 Grad Celsius erhitzte Wasserdampf direkt zu einer Dampfturbine. Damit die Wassermenge im Druckbehälter konstant bleibt, strömt an der Unterseite kaltes Wasser nach.

Die Dampfturbine ist mit einem Generator verbunden. Der aus der Dampfturbine austretende Wasserdampf wird durch Kühlmittel – oftmals Flusswasser – in einem getrennten Kreislauf abgekühlt. Dieses abgekühlte Speisewasser fließt dann wieder zum Reaktordruckbehälter, womit sich der Kreislauf schließt.

Funktionsprinzip eines Siedewasserreaktors. 1 Reaktordruckbehälter, 2 Brennelemente, 3 Steuerstäbe, 4 Umwälzpumpen, 5 Steuerstabantriebe, 6 Frischdampf, 7 Hochdruckteil der Turbine, 8 Niederdruckteil der Turbine, 9 Generator, 10 Kondensator, 11 Speisewasserpumpe, 12 Vorwärmanlage, 13 Speisewasser, 14 Kühlwasser, 15 Kühlwasserpumpe, 16 Betonabschirmung. Foto: Mit freundlicher Genehmigung von Kerntechnik Deutschland e. V.

Druckwasserreaktor

Beim Druckwasserreaktor befinden sich die Brennelemente ebenfalls in einem Reaktordruckgefäß aus Stahl. Mit einem Betonschild abgeschirmt, ist er mit einigen weiteren Anlagenteilen und Sicherheitseinrichtungen in einem Sicherheitsbehälter.

Das Wasser, das die Brennstäbe umfließt, steht unter hohem Druck, sodass es nicht verdampfen kann, obwohl die Temperatur mit bis über 320 °C weit über dem Siedepunkt liegt. Physikalisch spricht man hierbei von überhitztem Wasser. In einem Wärmetauscher wird damit Dampf erzeugt, der wiederum eine Turbine antreibt, die auf einen Generator wirkt. Aufgrund des etwas höheren Wirkungsgrades liegt die Anlagenleistung etwas oberhalb der eines Siedewasserreaktors.

Funktionsprinzip eines Druckwasserreaktors. 1 Reaktordruckbehälter, 2 Uranbrennelemente, 3 Steuerstäbe, 4 Steuerstabantriebe, 5 Druckhalter, 6 Dampferzeuger, 7 Kühlmittelpumpe, 8 Frischdampf, 9 Hochdruckteil der Turbine, 10 Niederdruckteil der Turbine, 11 Generator, 12 Kondensator, 13 Speisewasserpumpe, 14 Vorwärmanlage, 15 Speisewasser, 16 Kühlwasser, 17 Kühlwasserpumpe, 18 Betonabschirmung. Foto: Mit freundlicher Genehmigung von Kerntechnik Deutschland e. V.

Schwerwasserreaktor

Der Schwerwasserreaktor (HWR), auch CANDU-Reaktor genannt, kommt in nur wenigen Ländern zum Einsatz. Dabei ist ein fast druckloser sogenannter Moderatortank mit sogenanntem Schwerem Wasser (D₂O) gefüllt. Das im Molekül gebundene Deuterium ist ein Wasserstoffisotop, sodass es sich hierbei, chemisch betrachtet, weiterhin um Wassermoleküle handelt.

In dem Tank befinden sich außerdem Druckrohre, die die Brennelemente enthalten. Auch hier verdampft das Schwere Wasser aufgrund des hohen Anlagendruckes nicht, sodass der Dampf für die Turbine wiederum in einem Sekundärkreislauf erzeugt wird.

Funktionsprinzip eines Schwerwasserreaktors. 1 Moderatortank, 2 Druckröhren, 3 Uranbrennelemente, 4 Schwerwasser-Moderator, 5 Steuerstäbe, 6 Dampferzeuger, 7 Kühlmittelpumpen, 8 Frischdampf, 9 Hochdruckteil der Turbine, 10 Niederdruckteil der Turbine, 11 Generator, 12 Kondensator, 13 Speisewasserpumpe, 14 Vorwärmanlage, 15 Speisewasser, 16 Kühlwasser, 17 Kühlwasserpumpe, 18 Betonabschirmung. Foto: Kerntechnik Deutschland e. V.

Graphitmoderierter, wassergekühlter Reaktor

Dieses Reaktorkonzept basiert namensgebend auf graphitmoderierte Reaktoren, was bedeutet, dass sich im Reaktorkern eine Vielzahl von Graphitziegeln befindet. Hier ist der in der UdSSR entwickelte graphitmoderierte Druckröhren-Siedewasserreaktor (RBMK), der als Typ RBMK-1000 in Tschernobyl verbaut war.

Hierbei enthält der Reaktor einen Graphitblock mit senkrechten Bohrungen für 1.693 Druckröhren. Jede enthält ein Uran-Brennelement und das umströmende Wasser erhitzt und teilweise verdampft. Das erwärmte Wasser-Dampf-Gemisch strömt zunächst zu einem Dampfabscheider. Der abgetrennte Dampf wird wieder zur Stromerzeugung zu den Turbinen geleitet.

Ein entscheidender Nachteil dieses Konzepts führte unter anderem zum Super-GAU: Bauartbedingt kann es hier zu einem positiven Reaktivitätsfeedback und einer unkontrollierten Leistungssteigerung kommen. Bei steigenden Temperaturen ist dann keine Selbststabilisierung möglich, wie dies bei Druck- und Siedewasserreaktoren der Fall ist.

Eine Weiterentwicklung des RBMK ist der graphitmoderierte gasgekühlte Reaktor (AGR). Dieser in Großbritannien eingesetzte Reaktor wird durch CO₂ gekühlt. Aufgrund einer deutlich höheren Dampftemperatur von knapp 570 Grad Celsius kommt die Anlage auf einen Wirkungsgrad von 41,6 Prozent.

Funktionsprinzip eines RBMK. 1 Uran-Brennelemente, 2 Brennelement-Druckrohr, 3 Graphit-Moderator, 4 Steuerstäbe, 5 Schutzgas (N2/He), 6 Dampf/Wasser, 7 Dampfabscheider, 8 Dampf zur Turbine, 9 Hochdruckteil der Dampfturbine, 10 Niederdruckteil der Dampfturbine, 11 Generator, 12 Kondensator, 13 Kühlwasserpumpe, 14 Kühlwasser, 15 Speisewasserpumpe, 16 Vorwärmanlage, 17 Kondensat (Wasser), 18 Wasserrücklauf, 19 Umwälzpumpe, 20 Wasser-Verteiler, 21 Reaktor-Stahlbehälter, 22 Betonabschirmung, 23 Reaktorgebäude. Foto: Kerntechnik Deutschland e. V.

Hochtemperaturreaktor

Noch höhere Betriebstemperaturen erreichen Hochtemperaturreaktoren (HTR), auch als Kugelhaufenreaktoren bezeichnet. Der Kernreaktor erreicht Temperaturen von 750 bis 900 Grad Celsius. Sein technischer Aufbau – die Brennelemente liegen in Kugelform vor und werden von Helium umströmt – soll in Störfällen eine Kernschmelze ebenso wie das Entweichen von Radioaktivität ausschließen. Die höheren Temperaturen erlauben wie beim AGR einen Wirkungsgrad von rund 41 Prozent.

Funktionsprinzip eines HTR. 1 Reaktorkern (Kugelhaufen), 2 Neutronenreflektor (Graphit), 3 Schild aus Eisen, 4 Dampferzeuger, 5 Kühlgasgebläse, 6 Spannbetonbehälter, 7 Steuerstäbe, 8 Kugelzugaberohr, 9 Kugelabzugrohr
10 Kühlgas (Helium), 11 Dichthaut aus Stahl, 12 Frischdampf, 13 Hochdruckteil der Turbine, 14 Niederdruckteil der Turbine, 15 Generator, 16 Kondensator, 17 Speisewasserpumpe, 18 Vorwärmanlage, 19 Kühlwasserpumpe, 20 Kühlwasser. Foto: Kerntechnik Deutschland e. V.

Brutreaktor

Ein weiteres Reaktorkonzept ist das des Brutreaktors. Neben der Kernspaltung generiert dieser Reaktortyp zusätzliche Energie durch die Umwandlung von einem Teil des Uran 238 in spaltbares Plutonium 239 um. Der Reaktorkern besteht aus zwei Zonen. In der inneren Zone finden die Kernspaltungen statt. Sie enthalten eine Mischung aus Urandioxid (UO₂) und Plutoniumdioxid (PuO₂). In der äußeren Brutzone wird Uran 238 in Plutonium 239 umgewandelt.

Der Brutreaktor wird nicht mit Wasser, sondern flüssigem Natrium gekühlt. Seinen Namen verdankt er dem Umstand, dass er statt mit thermischen Neutronen mit schnellen Neutronen betrieben wird. Weil er bei optimaler Konstruktion zudem mehr Spaltstoff erzeugen kann, als zu Beginn zum Einsatz kam, wird er auch als „Schneller Brüter“ oder „Schneller Brutreaktor“ bezeichnet.

Ein solcher Schneller Brutreaktor ist etwa der BN-800 Reaktor im russischen Bjelojarsk. Die seit 2016 in Betrieb befindliche Anlage läuft aktuell zu 60 Prozent mit abgebrannten MOX-Brennstäben (MOX = Mischoxid aus Uran- und Plutoniumoxid), also mit Atommüll. Dazu teilte Böhme kürzlich mit:

Die Frage geologischer Endlager (für Millionen Jahre) für ‚Atommüll‘ ist technologisch gelöst.“

Funktionsprinzip eines Schnellen Reaktors. 1 Brennelemente (Spaltzone), 2 Brennelemente (Brutzone), 3 Steuerstäbe, 4 Primärnatriumpumpe, 5 Primärnatrium für Primärnatriumkreislauf, 6 Reaktortank, 7 Sicherheitstank, 8 Schutzgasatmosphäre (Argon), 9 Reaktorkuppel, 10 Zwischenwärmetauscher, 11 Dampferzeuger, 12 Sekundärnatriumpumpe, 13 Sekundärnatriumkreislauf, 14 Frischdampf, 15 Hochdruckteil der Turbine, 16 Niederdruckteil der Turbine, 17 Generator, 18 Kondensator, 19 Speisewasserpumpe, 20 Vorwärmanlage, 21 Kühlwasser, 22 Kühlwasserpumpe, 23 Reaktorgebäude. Foto: Kerntechnik Deutschland e. V.

Dual-Fluid-Reaktor

Auch der noch vor der Testphase stehende Dual-Fluid-Reaktor kann neben Thorium und Uran ebenso abgebrannte Brennelemente, also Atommüll, als Brennstoff verwerten. Der Dual-Fluid-Reaktor gehört zu den sogenannten Smart Modular Reactors (SMR), an denen mehrere Firmen und Länder forschen. Entwickelt wurde das Konzept von deutschen Ingenieuren. Das daraus entstandene Unternehmens Dual Fluid Energy sitzt in Kanada und der erste Reaktor soll wiederum in Ruanda entstehen.

Das Reaktorkonzept basiert ähnlich wie andere Reaktortypen auf zwei Flüssigkeiten, wobei jedoch bereits der Kernbrennstoff eine der Flüssigkeiten darstellt. Weil der Brennstoff schon flüssig ist, kann es hier zu keiner Kernschmelze kommen. Zudem hat Dual Fluid Energy mehrere Sicherheitsmechanismen in den Dual-Fluid-Reaktor integriert. Die zweite Flüssigkeit ist flüssiges Blei als Kühlmittel. Das Blei und das Uran berühren sich im Reaktor nicht. Die Stromerzeugung erfolgt wiederum mittels Turbine in einen weiteren unabhängigen geschlossenen Kreislauf.

Das Funktionsprinzip des Dual-Fluid-Reaktors. Foto: Dual Fluid

Thoriumreaktor

Ein weiteres Konzept mit mehreren Flüssigkeiten stellt der Thoriumreaktor oder Flüssigsalzreaktor dar. In der Wüste Gobi in der Mongolei ist ein solcher unter chinesischer Leitung bereits seit Juni 2023 in Betrieb. Diese Versuchsanlage kann zwei Megawatt thermische Energie erzeugen, aber noch keinen elektrischen Strom. Ab 2029 soll dann eine zweite, größere Anlage in Betrieb gehen. Damit soll die thermische Energie auf maximal 60 Megawatt steigen und Dampf für eine 10-MW-Turbine liefern. Das Konzept gilt als einer der großen Hoffnungsträger der Kernenergie.

In einem Thoriumreaktor fließt geschmolzenes, flüssiges Salz mit Thoriumbrennstoff in den Reaktorkern. Es entsteht eine Kettenreaktion, wodurch die Temperatur steigt. Die Wärme überträgt sich in einem separaten Kreislauf auf das geschmolzene Salz ohne Thorium. In einem dritten Kreislauf strömt Salz durch die Turbine zur Stromerzeugung. Auch bei diesem Reaktorkonzept ist eine Kernschmelze ausgeschlossen. Flüssigsalzreaktoren arbeiten zudem mit Umgebungsdruck, sodass eine Dampfexplosion ebenfalls ausgeschlossen ist. Eine Gefahr besteht insofern, dass prinzipiell waffenfähige Spaltprodukte entnommen werden könnten.

Das Funktionsprinzip eines Flüssigsalzreaktors. Foto: US Department of Energy/Nuclear Energy Research Advisory Committee, gemeinfrei