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Tsunami-Folgen: Kernschmelze in Fukushima

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Atomunfall in Fukushima Plutonium-Gefahr im Krisenreaktor

Die Situation im Atomkraftwerk Fukushima wird immer bedrohlicher. Der Druck in Reaktor 3 steigt, die Regierung warnt vor einer weiteren Explosion. Ausgerechnet in diesem Meiler wird seit einigen Monaten neben Uran auch Plutonium verwendet - was die Risiken zusätzlich erhöht.

Tokio - Es war eine Premiere für die Tokyo Electric Power Company: Im Herbst vergangenen Jahres fütterte das Unternehmen erstmals einen ihrer Atomreaktoren nicht nur mit Uran, sondern auch mit Plutonium. Am 26. Oktober 2010 teilte das Unternehmen offiziell mit, dass im Reaktor 3 des Kraftwerks Fukushima 1 sogenannte Mischoxid-Brennelemente zum Einsatz kommen. Es ist ausgerechnet jener Reaktor, dem nach Angaben der japanischen Regierung jetzt eine Kernschmelze und eine Wasserstoffexplosion droht ( die aktuelle Lage im Liveticker) - so wie es sie schon an Reaktor 1 gegeben hat.

Experten äußerten sich im Gespräch mit SPIEGEL ONLINE beunruhigt über diese Entwicklung - und das aus mehreren Gründen. Zum einen ist Plutonium für den menschlichen Organismus wesentlich gefährlicher als Uran. Zum anderen erhöht der Stoff im Fall einer Kernschmelze das Gefahrenpotential zusätzlich.

Brennelemente aus Mischoxid, kurz Mox, bestehen aus mehreren Uran- und Plutoniumoxiden. Uran-Atomreaktoren produzieren als Nebenprodukt zwangsläufig Plutonium, das in Wiederaufbereitungsanlagen abgetrennt wird - allerdings sammelt es sich nur langsam während der gesamten Lebensdauer der Brennelemente an. In Mox-Brennelementen kann das Plutonium wieder in Atommeilern zur Stromproduktion verwendet werden und führt zu einer höheren Energieausbeute.

Die Radiotoxizität von Plutonium ist allerdings enorm: Schon die Einnahme einer Menge im zweistelligen Milligramm-Bereich gilt als tödlich, während die letale Dosis bei Uran zwischen einem Gramm und fünf Gramm liegt - je nachdem, wie es in den Körper gelangt. Noch gefährlicher ist allerdings die radioaktive Strahlung von Plutonium. Wird der Stoff eingeatmet, genügt vermutlich schon eine Menge von wenigen Mikrogramm, um Krebs auszulösen. Die Alphastrahlung des Plutoniums kann zwar nicht die Haut durchdringen, im Innern des Körpers aber schwere Strahlenschäden verursachen - insbesondere an den Knochen und in der Leber.

Wie viel Plutonium steckt in den Brennstäben?

Eine größere Freisetzung von Plutonium in die Umwelt wäre deshalb "äußerst bedenklich", sagt Joachim Knebel, Reaktorexperte am Karlsruher Institut für Technologie (KIT). Genau das aber könnte im AKW Fukushima 1 passieren, wie ein Sprecher der japanischen Regierung am Sonntag einräumte: Wie bereits am Reaktor 1, sei im Reaktor 3 die Kühlfunktion ausgefallen. "Es kann sein, dass es eine geringe Kernschmelze gab", sagte Yukio Edano. In Reaktorblock 1 sei das nach Ansicht der Atomsicherheitsbehörde wahrscheinlich schon geschehen.

Unklar ist, wie viel Plutonium derzeit noch in den Brennelementen von Reaktor 3 steckt. Neue Mox-Brennstäbe enthalten üblicherweise drei bis sechs Prozent Plutonium. Der Anteil sinkt jedoch mit der Dauer der Benutzung.

"Befindet sich noch relativ viel Plutonium in den Brennelementen, erhöht das die Gefahr, dass plötzlich wieder eine Kettenreaktion eintritt", erklärt Wolfgang Renneberg, ehemaliger Chef der Atomaufsicht in Deutschland. Das sei auch dann noch der Fall, wenn ein Kernreaktor bereits abgeschaltet ist und gekühlt wird. Denn durch die Nachzerfallswärme ist es im Druckbehälter des Reaktors nach wie vor extrem heiß. Normalerweise halten die in den Reaktorkern eingefahrenen Steuerstäbe die restlichen umherfliegenden Neutronen ein und halten so die Kettenreaktion im Zaum.

Japan: Lage der Kernkraftwerke

Japan: Lage der Kernkraftwerke

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Ist der Kern geschmolzen, lassen sich die Kontrollstäbe allerdings nicht mehr bewegen. "Wenn die Neutronen neue Reaktionspartner finden, kann die Kettenreaktion plötzlich wieder aufflammen", sagt Renneberg. "Dadurch könnten Leistung und Temperatur explosionsartig zunehmen und eine Sicherheitsbarriere im Reaktor sprengen." Die Gefahr einer solchen Rekritikalität sei in Gegenwart von Plutonium höher als bei reinen Uranbrennstäben, zumal Mox-Brennstäbe langsamer abkühlen. Zwar haben die japanischen Ingenieure den Reaktor mit Meerwasser und Borsäure geflutet. Letztere absorbiert ebenfalls Neutronen. Allerdings ist unklar, ob die kühlende Flüssigkeit angesichts des Ausfalls aller Pumpen in den Reaktordruckbehälter ein- und wieder ausgeführt werden kann.

Ist der Plutonium-Anteil in den Brennstäben durch längere Benutzung bereits stark gesunken, ist die Gefahr der Rekritikalität zwar weniger hoch. Allerdings drohen in diesem Fall andere Probleme: "Es befinden sich dann größere Mengen von hochradioaktiven Spaltprodukten in den Hüllrohren, die bei einem Unfall freigesetzt werden könnten", sagt Knebel.

Rätselraten über Ausmaß der Kernschmelze

Richard Donderer, Mitglied der vom Bundesumweltministerium berufenen Reaktorsicherheitskommission, sieht dagegen keine extreme Gefahrensteigerung durch die Mox-Brennstäbe. "Grob geschätzt würde ich von einem zehnprozentigen Unterschied in allen relevanten Faktoren ausgehen", sagte Donderer - etwa bei der Nachzerfallswärme oder bei den Spaltprodukten. Im Fall einer Explosion von Reaktor 3 sieht auch Donderer durch den höheren Plutonium-Anteil ein "deutlich größeres Schadenspotential".

Durch Salzwasserzufuhr seien die Brennstäbe inzwischen wieder im Wasser, erklärte Regierungssprecher Edano. Es könne allerdings sein, dass sich Wasserstoffgas unter dem Dach angesammelt habe. Am Sonntag stieg der Druck im Reaktor 3 unkontrolliert, weil ein Ventil ausfiel. Edano versuchte dennoch zu beruhigen: Selbst wenn es - wie beim Block Nummer 1 - zur Explosion komme, könne der Reaktor dem widerstehen. Es gebe keine Notwendigkeit für neue Evakuierungen.

Dass es überhaupt zu einer Ansammlung von Wasserstoff kommen konnte, führt Knebel auf ein Versagen der Hüllrohre der Brennelemente zurück: Deren Material, sogenanntes Zirkalloy, oxidiert mit Wasserdampf, wenn die Brennelemente nicht mehr wie sonst komplett von Wasser umgeben sind. Bei der Oxidation wird der der Sauerstoff von den Wassermolekülen abgespalten - übrig bleibt Wasserstoff.

Um den gefährlich ansteigenden Druck im Innern des Druckbehälters zu senken, mussten die japanischen Ingenieure Dampf aus dem System ablassen. "Enthält er zu viel Wasserstoff, ist eine Detonation möglich", so Knebel. Die meisten Experten vermuten, dass genau das im Reaktor 1 des Kraftwerks geschehen ist. Dass auch aus Reaktor 3 Dampf abgelassen wurde, "lässt darauf schließen, dass dort auch bereits eine Kernschmelze stattgefunden hat", meint Knebel. "Allerdings ist unklar, wie stark die Brennelemente geschmolzen sind."