Fachhochschule Stuttgart - Hochschule für Technik

Studiengang Bauingenieurwesen___________________________________________

Erklärung gemäß § 27 (1) STPRO 2000

Hiermit erkläre ich, dass ich die vorliegend Diplomarbeit selbstständig verfasst habe.

Außer den genannten Quellen und Hilfsmitteln habe ich keine weiteren Hilfsmittel in Anspruch genommen.

Esslingen, den 15. Januar 2006

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Felix Wilde

R  ÜCKBAU KERNTECHNISCHER ANLAGEN  

Inhaltsverzeichnis

Erkl  ärung - 2 -  

Inhaltsverzeichnis…………………………………………...………………………………-  3 -  

Bild  und Tabellen Verzeichnis: - 6 -  

Abk  ürzungsverzeichnis: - 10 -  

1  Allgemeine Einführung. - 13 -  

1.1  Problemstellung und Zielsetzung - 13 -  

1.2  Aufbau der Arbeit - 14 -  

2  Physikalische und Rechtliche Grundlagen - 16 -  

2.1  Kernenergie. - 16 -  

2.2  Der Begriff Materie - 16 -  

2.3  Aufbau und Eigenschaften des Atoms - 17 -  

2.3.1  Größendefinition. - 17 -  

2.3.2  Radioaktivität und Halbwertszeit - 18 -  

2.3.3  Aktivität oder Dosis - 19 -  

2.3.4  Atomkerne spalten - 19 -  

2.3.5  Vorraussetzungen für eine Kettenreaktion. - 20 -  

2.4  Arten und Aufbau von Kernkraftwerken - 21 -  

2.4.1  Funktionsweisen - 21 -  

2.4.2  Siedewasserreaktor - 22 -  

2.4.3  Druckwasserreaktor - 23 -  

2.4.4  Schneller Brüter - 24 -  

2.4.5  Kugelhaufen-/ Hochtemperaturreaktor. - 25 -  

2.5  Risiken und Abhilfe - 26 -  

2.5.1  Gefahren für Mensch und Umwelt - 26 -  

2.5.2  Sicherheitstechnische Einrichtungen - 27 -  

2.6  Die Veranlassung des Atomausstieges - 30 -  

2.7  Geltende Gesetzesbestimmungen und Vorschriften. - 33 -  

2.7.1  Die Hierarchie der Gesetztes - 33 -  

2.7.2  Atomgesetz (AtG) - 33 -  

2.7.3  Strahlenschutzverordnung (StrlSchV) - 34 -  

2.7.4  Atomrechtliche Verfahrensverordnung (AtVfV) - 35 -  

2.7.5  Untergesetzliche Ebene - 35 -  

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R  ÜCKBAU KERNTECHNISCHER ANLAGEN  

3  Nutzen und Kritik an der Kernenergie. - 36 -  

3.1  Der Kernenergiemarkt. - 36 -  

3.2  Bedeutung für die Energie- und Bauwirtschaft. - 36 -  

3.3  Kerntechnische Anlagen weltweit - 38 -  

3.4  Anzahl Kernkraftanlagen im EU- Ländervergleich - 40 -  

3.5  Kerntechnische Anlagen in Deutschland - 41 -  

3.6  Stilllegung und Stillgelegte Anlagen in Deutschland - 42 -  

3.7  Stilllegungsprognose für die nächsten Jahre in der BRD. - 43 -  

3.8  Stilllegungsprognose für die nächsten Jahre weltweit - 47 -  

4  Phasen der Stilllegung - 51 -  

4.1  Verfahren und Prozesse bei kerntechnischen. Anlagen - 51 -  

4.2  Stilllegungskonzept am Beispiel des KKW Obrigheim - 53 -  

4.3  Rückbauphasen und Prozesse - 54 -  

4.4  Anlagenteile und deren Nutzung. - 55 -  

4.5  Radiologischer Ausgangszustand für die Demontage - 56 -  

4.6  Phasen der Stilllegung - 57 -  

4.7  Abbauphasen - 60 -  

4.7.1  Erster Abbauschritt von 2007 bis 2010 - 60 -  

4.7.2  Zweiter Abbauschritt von 2011 bis 2018 - 63 -  

4.7.3  Dritter Abbauschritt von 2019 bis 2020 - 66 -  

4.8  Störfallbetrachtung - 67 -  

5  Technologien für den Rückbau - 70 -  

5.1  Einsatzvoraussetzung der Verfahren - 70 -  

5.2  Dekontaminationsverfahren zur Reduktion der Aktivität - 70 -  

5.2.1  Strahlungsaufkommen - 70 -  

5.2.2  Chemische Dekontaminationsverfahren - 71 -  

5.2.3  Mechanische Dekontaminationsverfahren - 71 -  

5.3  Zerlegeverfahren. - 72 -  

5.3.1  Unterschiede bei den Zerlegeverfahren. - 72 -  

5.3.2  Thermische Zerlegeverfahren - 72 -  

5.3.3  Mechanische Zerlegeverfahren. - 77 -  

5.4  Vergleich der Zerlegeverfahren. - 83 -  

6  Abfallbehandlung. - 85 -  

6.1  Entsorgung. - 85 -  

6.2  Anfallende Massen. - 85 -  

6.3  Klassifizierungen der Abfälle und Reststoffe. - 87 -  

6.4  Konditionierung der Abfälle - 88 -  

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6.5  Freigabeverfahren der Reststoffe - 91 -  

6.6  Qualitätssicherung beim Abfallverwertungsprozess - 93 -  

6.7  Transporte innerhalb des Brennstoffkreislauf - 94 -  

6.8  Zwischen- und Endlagerungsaussichten - 95 -  

6.9  Verantwortlichkeiten. - 98 -  

6.10  Genehmigungsverfahren. - 98 -  

6.11  Endlagerstätten und deren Erkundung - 99 -  

7  Kosten und Träger der Stilllegung - 105 -  

7.1  Finanzierung der Maßnahmen - 105 -  

7.2  Finanzierung des Bundes - 106 -  

7.3  Finanzierungssystem der EV.U - 107 -  

7.4  Endlagerungskosten - 110 -  

8  Besonderheiten beim Projektmanagement - 111 -  

8.1  Einführung in das Projektmanagement - 111 -  

8.2  Kompetenzbereich und Problematik der Projektleitung - 112 -  

8.3  Einführung in die Methoden und Anforderungen - 113 -  

8.3.1  Prozesse - 113 -  

8.3.2  Zieldefinition - 114 -  

8.3.3  Rückbauplanung/ Prozessplanung - 114 -  

8.3.4  Genehmigungsverfahren. - 117 -  

8.3.5  Ausschreibung und Vergabe. - 119 -  

8.4  Methoden des Projektmanagements - 120 -  

8.4.1  Einführung in Projektmanagementmethoden. - 120 -  

8.4.2  Projektorganisation - 121 -  

8.4.3  Terminmanagement - 123 -  

8.4.4  Kostenmanagement - 126 -  

8.4.5  Berichts- und Kommunikationswesen - 129 -  

8.4.6  Jour Fix/ Meetings. - 131 -  

9  Zusammenfassung - 133 -  

Literaturverzeichnis  - 135 -  

Anhang A  Atomgesetz - 141 -  

Anhang B  Strahlenschutzverordnung - 144 -  

Anhang C  Kreislaufwirtschaft und Abfallgesetz - 150 -  

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Bild und Tabellen Verzeichnis:

Abb. 2.1 Atommodell nach dem dänischen Physiker Nils Bohr 1913. WAS IST WAS Band 3………………… ……….…………..……………-13- Abb.2.2 Kernspaltung und dessen Bestandteile. Quelle E.ON/ Kernkraft GmbH…………………………………………...-20- Abb.2.3 Kettenreaktion einer Kernspaltung. Quelle E.ON/ Kernkraft GmbH. -20- Abb.2.4 Siedewasserreaktor mit Maschinenhaus. Quelle WAS IST WAS Band 3………………..…………………………..-22- Abb.2.5 Druckwasserreaktor mit gesondertem Maschinenhaus. Quelle WAS IST WAS Band 3…………………………………...……….-23- Abb.2.6 Schneller Brüter mit Natriumwärmetauscher. Quelle WAS IST WAS Band 3………………………………..…………..-24- Abb.2.7 Kugelhaufenreaktor mit gesondertem Maschinenhaus. Quelle, WAS IST WAS Band 3…………………….………………..……-25- Abb.2.8 Strahlungsaufnahme des Menschen. Quelle Lehrstuhl für Reaktor-Sicherheit und -technik an der RWTH Aachen……….…..…….....…..-27- Abb.2.9 Prinzipdarstellungen der Sicherheitsbarrieren in AKW`s. Quelle Zukunftswerkstatt Jena………………….………………………..-29- Abb.2.10 Gesetze und Vorschriften im kerntechnischen Bereich, Quelle BMBF…………………………………………………………….....-33- Abb.3.1 Stromversorgung in Deutschland 2003/ 2005. Quelle: Arbeitskreis Abfallmanagement des VGB PowerTech e.V. und Arbeitsgemeinschaft Energiebilanz……………………………...…-37- Tab.3.2 Kernrechnische Anlagen Weltweit. Quelle BMU………………….……-39- Abb.3.3 Kernkraftwerke in Europa Stand 2003. Quelle: http://www.wien.gv.at/wua/atom/images/europa.jpg…………….......…..-40- Abb.3.4 Leistungsreaktoren in Deutschland und deren Stromerzeugung. Quelle: Bundesamt für Strahlenschutz………………………….…….…-41- Tab.3.5 Stillgelegte Anlagen in Deutschland. Quelle BMU………………..……-43- Abb.3.6 Geplante Reststrommengen und Regellaufzeiten. Quelle BMU November 2002……………………………………………..-44- Abb.3.7 Die Kühltürme des abgeschalteten Italienischen AKW Trino Vercellese. Quelle: www.bund-gegen-atomkraft.de.............................-49- Abb.4.1 Stilllegungsvarianten. Quelle E.ON/ Kernkraft GmbH…...…….…..…..-51- Abb.4.2 Schematischer Schnitt durch das Kernkraftwerk Obrigheim. Quelle Magazin von EnBW zum KWO………………………..……...….-55-

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Abb. 4.3; 4.4 Geöffnete und geschlossene Personenschleuse im Kernkraftwerk Obrigheim………………………………………………….-55- Abb.4.5 Unterwasserbeladung eines Castor®- Behälters mit Brennstäben. Quelle VGB PowerTech e.V.………..…………………..-58- Abb.4.6 Zu entfernende Anlagenteile im Überwachungsbereich. Quelle Magazin von EnBW zum KWO…………………………………..-61- Abb.4.7 Zu entfernende, leicht kontaminierte, Anlagenteile. Quelle Magazin von EnBW zum KWO………………...…….…………..-63- Abb.4.8 Zu entfernende, nicht aktivierte, Komponenten. Quelle Magazin von EnBW zum KWO………………...…...……………-64- Abb.4.9 Zu entfernende, aktivierte, Anlagenteile. Quelle Magazin von EnBW zum KWO………………..…………………-65- Abb.4.10 Aufgeschnittener Reaktordruckbehälter. Quelle Kernkraftwerk Neckarwestheim………………….………………-66- Abb.4.11 Reaktordruckbehälter.

Quelle: Webservice der Stadt Wien zum Kernkraftwerk Temelin..…...-66- Abb.4.12 Abbau der restlichen Anlagenteile. Quelle: Magazin von EnBW zum KWO…..………...……..…………….-66- Abb.4.13 Entkerntes Kernkraftwerk Quelle: Magazin von EnBW zum KWO..….-67- Abb.4.14 Simulation eines, Flugzeugabsturzes auf ein Reaktorgebäude. Quelle:01.12.05 www.dynardo.de/website.php?id=

/index/projekte/ flug-zeug.htm..............................................................-69- Abb.5.1 Senk- u. Drahterodierungen.

Quelle: Technische Universität Dresden…...…………………..……….-73- Abb.5.2 Autogenes Brennschneiden. Quelle: www.tecnologix.net...................-74- Abb.5.3 Wasserstrahlgestützten Laserstrahlschneiden. Quelle: Institut für Lasertechnik Ostfriesland…..………………….……-76- Abb.5.4 Arbeiten an Anlagenteilen im Stillgelegten Kontrollbereich des KWO…………………………………………………-77- Abb.5.5 Zerlegen von armiertem Beton.

Quelle: http://www.hafemeister-ing-bau.de..........................................-77- Abb.5.6 Freimessen einzelner Betonsegmente.

Quelle: http://hikwww4.fzk.de/hdb/Bilder/GFreimessen.jpg.................-77- Abb.5.7 Diamant Seilsäge. Quelle: Joerg- Bausanierung…..…..………………-78- Abb.5.8 Diamant Seilsäge. Quelle: IDR-online……………..……………...…….-78- Abb.5.9 Trennschneiden unter Wasser.

Quelle: Tauscharbeiten, Professional Diving Service..…………..……-79-

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RÜCKBAU KERNTECHNISCHER ANLAGEN Abb. 5.10 Systemskizze Wasserabrasivstrahlschneiden. Quelle: Sigla GmbH, Schweiz…..……………………………..…………-80- Abb.5.11 Kernbohrvorrichtung. Quelle: Kernbohrgerät KB-150 der Firma Gölz Hellenthal………………………………………………...……-81- Abb.5.12 Anbringen von Sprengladungen.

Quelle: www.ghs-beverungen.de/kkw-rueckbau..................................-82- Abb.6.1 Verteilung der Massen (Angaben in Mg). Quelle: VGB PowerTech e.V…………………..…………………………-86- Abb.6.2 Aufteilung der anfallenden Massen.

Quelle: Universität Kassel, Fachbereich öffentliches Recht…...…...…-88- Abb.6.3 Behandlungswege für feste und flüssige radioaktive Abfälle. Quelle: VGB PowerTech e.V. ………..……………….……………….…-88- Abb.6.4 Hochdruckverpressung fester radioaktiver Abfälle. Quelle: VGB PowerTech e.V. ...……………………………….…………-89- Abb.6.5 Verpresstes Abfallfass. Quelle: E.ON/ Kernkraft GmbH…...……….…-90- Abb.6.6 Volumenminimierung durch Abfallbehandlung. Quelle: VGB PowerTech e.V.………………………………………….…-91- Tab.6.7 Freigabewerte gemäß der SSK- Empfehlung von 1998…………….…-92- Abb.6.8 Freimessen eines 200 Liter Abfallfasses. Quelle: VGB PowerTech e.V. ...…………………………………….……-92- Abb.6.9 Behandlung radioaktiver Abfälle anhand eines Ablaufplanes. Quelle: VGB PowerTech e.V. ...…………………………………………-94- Tab.6.10 Kennwerte zur Zwischen- und Endlagerung. Quelle: Infomappe Atomtransporte und Ausstieg. Bundesumweltministerium...…-96- Abb.6.11 Schnitt durch ein Trockenlager,

Quelle: Bauunternehmen E. Heitkamp …...……………..…….………..-97- Abb.6.12 Abklingbecken. Quelle: Bund der Energieverbraucher…..……………-97- Abb.6.13 Zuständigkeiten für die Entsorgung radioaktiver Abfälle. Quelle: VGB PowerTech e.V. ……………...……………………………-98- Abb.6.14 Struktur eines Endlagers. Quelle: VGB PowerTech e.V……..………-101- Abb.6.15 Geplante Endlagerstätte in Gorleben. Quelle VGB PowerTech e.V..-102- Abb.6.16 Abladen von Transportfässern im Zwischenlager Morsleben. Quelle: Bundesamt für Strahlenschutz……………………….………..-104-

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RÜCKBAU KERNTECHNISCHER ANLAGEN Tab. 7.1 Versch. Studien zur Ermittlung der Entsorgungskosten von 1984-1995, Quelle Nuclear Energie Agency (NEA), Energiewirtschaftliches Institut (EWI) Organisation for economic co-operration and development (OECD)...........................................-106- Tab.7.2 Fix- Kosten für End- bzw. Zwischenlagerung. Quelle: Hensing 1996…..………………………………………………..-110- Abb.8.1 Konkurrierende Ziele im PM. Quelle: Prof. Dr.-Ing. Friedrich Hensler, WS 04/05, Projektmanagement, FHT Stuttgart, FB/B..……-111- Abb.8.2 Das atomrechtliche Genehmigungsverfahren. Quelle: E.ON/ Kernkraft GmbH………………….………...……………-118- Abb.8.3 Verantwortlichkeitsmatrix/ Matrixprojektorganisation.

Quelle: www.wikipedia.de..................................................................-120- Abb.8.4 Darstellung einer Aufbauorganisation. Quelle: E.ON/ Kernkraft GmbH……………..……………...…………..-122- Abb.8.5 Ziehen des Läufers aus dem Stator.

Quelle: www.ghs-beverungen.de/kkw-rueckbau.htm.........................-127- Abb.8.6 Zerlegung der Kupferabwicklung.

Quelle: www.ghs-beverungen.de/kkw-rueckbau.htm.........................-127- Abb.8.7 Abschirmung von Asbeststäuben.

Quelle: www.ghs-beverungen.de/kkw-rueckbau/kuehltuerme.htm....-128- Abb.8.8 Abbruch Kühltürme des KKW Würgassen.

Quelle: http://www.wuergassen.de....................................................-128-

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RÜCKBAU KERNTECHNISCHER ANLAGEN Abkürzungsverzeichnis:

A Abb. Abbildung a.D. außer Dienst AHO. Ausschuss der Ing. Verbände u. -Kammern für die Honorarordnung e.V. AKEND. Arbeitskreis Auswahlverfahren Endlagerstandorte AKR. Ausbildungskernreaktor am Institut für Energietechnik in Dresden ALARA. As low as reasonably achievable AtG. Atomgesetz AVK. Abfallflussverfolgungs- und Produktkontrollsystem AVR. Arbeitsgemeinschaft Versuchsreaktor GmbH B BER. Forschungsreaktor Berlin BfS. Bundesamt für Strahlenschutz BMF. Bundesministerium für Finanzen BMBF. Bundesministerium für Bildung und Forschung BMU. Bundesministerium für Umwelt, Naturschutz und Reaktorsicherheit BMWi. Bundesministerium für Wirtschaft und Technologie Bq. Becquerel, (Maßeinheit für den Zerfall von Atomkernen) C Castor® Cask for storage and transport of radioactive materials. Behälter für den Transport und die Lagerung radioaktiver Stoffe. Ci. Curie, (alte Maßeinheit für den Zerfall von Atomkernen) D DIN. Deutsches Institut für Normung E EnBW. Energie Baden- Württemberg, Energieversorgungsunternehmen E.On Fusion von Veba und Viag (2000), Energieversorgungsunternehmen EPR. Europäischer Druckwasserreaktor deutsch.- französische Entwicklung ERAM. Endlager für radioaktive Abfälle in Morsleben EVU. Energieversorgungsunternehmen F ff. fort folgende FR 2. Forschungsreaktor im Forschungszentrum Karlsruhe FRF. Forschungsreaktor Frankfurt FRG. Forschungsreaktor Geesthacht

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RÜCKBAU KERNTECHNISCHER ANLAGEN FRJ. Forschungsreaktor Jülich FRM. Forschungsreaktor München FRN. Forschungsreaktor Neuherberg G GefStoffV. Gefahrstoffverordnung GFE. Großforschungseinrichtung GGVS. Gefahrgutverordnung Straße GGVE. Gefahrgutverordnung Eisenbahn GKN. Gemeinschaftskernkraftwerk Neckar GPM. Gesellschaft für Projektmanagement GRW. Grundsätze und Richtlinien für Wettbewerbe GUS. Gemeinschaft unabhängiger Staaten Teile der ehemaligen Sowjetunion H HAWC. High active waste concentrate, hochradioaktiver flüssiger Abfall HDR. Heißdampfreaktor Großwelzheim (bei Kahl), vollständig beseitigt HKG. Hochtemperatur- Kernkraftwerk GmbH HTR. Hochtemperaturreaktor I

IAEO/ IAEA. International Atomic Energie Agency/Internationale Atomenergie Organisation IPMA. International Project Management Association K k.A. keine Angabe Kap. Kapitel KBG. Kernkraftwerks- Betriebsgesellschaft mbH KBR. Kernkraftwerk Brokdorf KGR Kernkraftwerk Greifswald KKW Kernkraftwerk KKN Kernkraftwerk Niederaichbach KRB. Kernkraftwerk Grundremmingen KTA. Kerntechnischer Ausschuss KWO Kernkraftwerk Obrigheim KWW. Kernkraftwerk Würgassen L LWR. Leichtwasserreaktor

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RÜCKBAU KERNTECHNISCHER ANLAGEN M MWe. Elektrische Leistung in Megawatt Mg. Mega-Gramm entspricht einer Tonne MZFR. Mehrzweckforschungsreaktor im Forschungszentrum Karlsruhe. P PM. Projekt Management PMBOK. Project Management Body of Knowledge PMI. Project Management Institute Q Q.M. Qualtitätsmanagement R RSK. Reaktorsicherheitskommission RWE. Rhein Weser Energie, Energieversorgungsunternehmen S SE. Sicherer Einschluss SiGeKo. Sicherheits- und Gesundheitsschutzkoordinator SNR. Schneller Natriumgekühlter Reaktor SSK. Strahlenschutzkommission Sv. Sievert, (effektive Dosis resultiert aus verschiedenen Äquivalentdosen) SWR. Siedewasserreaktor T TBH. Transportbereitstellungshalle THTR. Thorium- Hochtemperatur- Reaktor Prototyp- Kernkraftwerk, betrieben von Hochtemperatur- Kernkraftwerk GmbH TWh. Terrawattstunde = 1 Mrd. Killowattstunden U UNS. Unabhängiges Nachkühl System UVV. Unfallverhütungsvorschrift V VAK. Versuchsatomkraftwerk Kahl VOB. Verdingungsordnung für Bauleistungen VOF. Verdingungsordnung für freiberufliche Leistungen VOL. Verdingungsordnung für Leistungen Vs. Versus (eng. für gegen) W WAK. Wiederaufbereitungsanlage Karlsruhe

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RÜCKBAU KERNTECHNISCHER ANLAGEN

1 Allgemeine Einführung

1.1 Problemstellung und Zielsetzung

Eine Euphoriewelle der Möglichkeiten zur atomaren Energiegewinnung überrannte vor 50 Jahren das Land. Forscher, Betreiber und Befürworter zelebrierten die neue Form der Energiegewinnung. Visionäre sahen bereits Fahrzeuge und Lokomotiven mit Kleinstreaktoren ausgerüstet, die fossilen Brennstoffe ablösen. Im Laufe der Zeit, als die Risiken dieser Energieform weiter erforscht wurden, sank die Akzeptanz. Der Grad zwischen einer zivilen- und einer militärischen Nutzung wurde immer schmaler. Unglücke wie in Tschernobyl (1986) machten diese Visionen zu Nichte. Reaktorkerne zerbarsten, Strahlenwolken zogen um die Welt. Akzeptanzkrisen, Entsorgungsnöte, Kostenexplosionen und vor allem das Sicherheitsrisiko machten die Kernkraft zum Synonym für eine Hochrisikotechnologie im Sinne der Kritiker. Kaum ein anderes Thema spaltete weltweit so sehr die Nationen, wie die Kernkraft. Als Folge dieses unüberwindbaren Ansehensverlustes und der mangelnden Akzeptanz, beschloss die 1998 amtierende Bundesregierung mit der Koalitionsvereinbarung den Atomausstieg. Der von der Bundesregierung angestrebte Ausstieg aus der Atomenergie wurde im Juni 2000 mit den Energieversorgungsunternehmen formuliert und im April 2002 wurde diese Novellierung im Atomgesetz rechtlich abgesichert. Nach dieser Koalitionsvereinbarung müssen in etwas mehr als zwanzig Jahren, nach und nach alle derzeit noch 17 kommerziellen betriebenen Kernkraftwerke mit einer Leistung von 225.000 MWe (31,7 % der Primärenergie 2003), ca. 40 Forschungs- und Kleinst-reaktoren und andere Einrichtungen des Brennstoffkreislaufes, wie Kernbrennstoffver-und -entsorgungseinrichtungen stillgelegt und rückgebaut werden. Hieraus entsteht ein Gesamtkostenaufwand aller Anlagen im Brennstoffkreislauf von mindestens 53 Mrd. Euro. Eine so unpräzise Aussage erfordert eine konkrete Abschätzung des Aufwandes, um daraus eine Kostenoptimierung schon frühzeitig planen und realisieren zu können. Regulär sollten kerntechnische Anlagen am Ende ihrer geplanten Betriebsdauer, die auf 40 bis 60 Volllastjahre ausgelegt wurde, rückgebaut werden. Durch den Atomkonsens wird den Kraftwerksbetreibern aber nur noch ein Leistungsbetrieb von „umgerechnet“ 32 Jahren zugestanden. Die Kraftwerke werden somit vor ihrer eigentlichen und geplanten Außerbetriebnahme und Abschreibungszeit abgeschaltet. In diesem Schritt nimmt Deutschland einen Spitzenplatz ein. Ob dies nun als sinnvoll erachtet werden kann, ist bei steigendem Energiebedarf nicht das Thema

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RÜCKBAU KERNTECHNISCHER ANLAGEN

der Diplomarbeit. Der Rückbau zu konventionellen Kraftwerken unterscheidet sich wesentlich, da die primäre Aufgabe der Gefährdungsminimierung und -verhinderung, durch radioaktive Stoffe, dient. Der Sicherheits- und Strahlenschutz für Mensch und Umwelt muss gewährleistet werden. Daher unterliegt die Stilllegung einem streng behördlichen Genehmigungsverfahren unter Beteiligung der Öffentlichkeit. Im rechtlichen Sinne bedeutet Stilllegung, nach § 7III Atomgesetz (AtG), die dauernde und endgültige Betriebseinstellung einer kerntechnischen Anlage und die Entsorgung der Brennelemente. Der Rückbau beschreibt die Beseitigung der Anlage, mit allen kontaminierten Einheiten, bis hin zu einer vollständigen Renaturierung des Standortes. Diese Arbeit gibt einen kurzen Einblick darüber, wie sich der Atomausstieg aus Sicht der Wirtschaft und Politik in der Bundesrepublik auswirkt. Dazu werden andere Länder zum Vergleich herangezogen, deren Energieversorgung ebenfalls auf Kernkraft basiert. Das eigentliche Augenmerk gilt den Technologien des Rückbaus und den damit verbundenen Verfahren und Gefahren. Beschrieben werden Schritte beim Stilllegungskonzept noch vor der Abschaltung, bis hin zur noch ungewissen zentralen Zwischen- und Endlagerung. Hierbei müssen zahlreiche Gesetzesbestimmungen und Vorschriften nicht nur bezüglich des Strahlenschutzes beachtet werden.

1.2 Aufbau der Arbeit

In Kapitel 2 werden physikalische und rechtliche Grundlagen die für die Stilllegung und den Rückbau relevant sind erläutert. Die einzelnen Arten der Kernkraftwerke sind genauso Gegenstand dieses Kapitels, wie der Ablauf einer Kernspaltung und den daraus resultierenden Gefahren für Mensch und Umwelt. Um diese Gefahren zu minimieren sind die Kontrollbereiche mit ganz bestimmten Sicherheitseinrichtungen versehen. Darauf aufbauend widmet sich das Kapitel 3, beginnend mit dem Energiemarkt und den damit verbundenen Leistungsreaktoren. Anhand von Tabellen, wird ersichtlich welche Reaktoren zurzeit in der Bundesrepublik noch in Betrieb sind und wann diese abgeschaltet werden sollen. Ein genereller Atomausstieg wird nicht von allen Ländern verfolgt, wie deren Meinung über die deutsche Entscheidung ausfällt, ist auch Bestandteil von Kapitel 3. Im Anschluss werden im vierten Kapitel die einzelnen Phasen und Herausforderungen beschrieben, die ein Kernkraftwerk durchschreiten muss. Es beginnt beim Stilllegungskonzept der einzelnen Anlagen und endet bei der Renaturierung der Standorte. Um kerntechnische Anlagen aus der atomrechtlichen Überwachung zu entlassen, gibt es einige sehr komplexe Zusammenhänge, die zu lösen sind. Kapitel 5 gibt einen Überblick über die aktuellen Technologien, die zurzeit auf dem Markt verfügbar sind und wie sie am effektivsten eingesetzt werden können.

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Eine Dekontamination ist genauso erforderlich, wie eine Zerlegung der einzelnen Anlagenteile in ihre Komponenten. Anschließend setzt sich Kapitel 6 intensiv mit der Entsorgung der anfallenden Massen auseinander. Dekontaminierte Massen müssen möglichst gering gehalten werden, um das Abfallaufkommen zu reduzieren. Die aktivierten und zerlegten Teile durchlaufen mehrere Maßnahmen über Konditionierung zur Freigabemessung, bevor sie aus der atomrechtlichen Überwachung entlassen werden, oder einer „Endlagerung“ zugeführt werden können. Kapitel 7 beschreibt die anfallenden Kosten. Energieversorgungsunternehmen gehen bei der Deckung der finanziellen Aufwendungen anders vor als der Bund.

Schließlich folgt die Betrachtung der Stilllegungsarbeiten aus Sicht des Projektmanagements. Welche neuen Aufgaben bringen die einzelnen Planungsschritte und worin liegt Handlungsbedarf um den vorgegebenen Kosten- und Zeitrahmen einzuhalten? Kapitel 8 beschreibt sowohl Schwierigkeiten bei der Vergabe als auch Be sonderheiten bei den Genehmigungsverfahren. Einem Projektmanager stehen für die Bewältigung dieser Aufgaben verschiedene Methoden zur Verfügung, wie er diese effektiv und optimierend einsetzten kann, ist Gegenstand dieses Kapitels. Die anschließende Schlussbetrachtung fasst die Ergebnisse zusammen und gibt einen Ausblick auf die zukünftige Bedeutung dieses zeit- und kostenintensiven Marktes.

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2 Physikalische und Rechtliche Grundlagen

2.1 Kernenergie

Kernenergie ist zum einen eine Form von Primärenergie, die durch eine Kernreaktion, insbesondere bei einer Kernspaltung oder Kernfusion entsteht. Kernenergie wird auch mit Atomenergie, Atomkraft oder Kernkraft bezeichnet. Zum anderen werden mit diesem Begriff auch Technologie und Industrie beschrieben, die den Zweck zur großtechnischen Erzeugung von Sekundärenergie, wie elektrischer Strom, verfolgt. Während sich Kernfusionsreaktoren erst im Forschungsstadium befinden, wird seit den 1950er Jahren, hauptsächlich mittels des Energieträgers Uran, in Kernreaktoren Energie im großen Maßstab erzeugt.

Dieses Kapitel soll für die Thematik der Kernspaltung, deren Zweckmäßigkeit sowie den daraus resultierenden Gefahren sensibilisieren. Denn diese wertvolle Form der Energiegewinnung birgt auch Nachteile für Mensch und Umwelt in sich.

2.2 Der Begriff Materie

Jedes Objekt und jeder Gegenstand besitzt eine Masse, diese definiert sich durch ihr Gewicht und noch viel wichtiger durch ihre Trägheit. Trägheit erklärt man allgemein als Widerstand, den man überwinden muss, wenn man eine Masse bremsen oder beschleunigen will. Folglich hat jedes Objekt oder Gegenstand welcher Masse besitzt, auch eine Materie. Früher glaubte man, Masse könne weder erzeugt noch vernichtet werden. Verbrennt man z.B. ein Stück Kohle, so wiegen im Rahmen der Messgenauigkeit die Verbrennungsprodukte genauso viel wie das Ausgangsmaterial, inklusive dem zur Verbrennung benötigten Sauerstoff.

Kohle ist ein Energieträger, der eine Masse aufweist. Aber es gibt auch masselose Energieträger wie z.B. Lichtwellen. Bis zu Begin dieses Jahrhunderts nahm man an, Energie und Masse seien grundverschiedene Dinge, die man nie ineinander um-wandeln könne. Doch einer der größten Physiker und Denker aller Zeiten, Albert Einstein, widerlegte mit seiner Relativitätstheorie diese Annahme. Er bewies, dass die Materie nur eine von vielen denkbaren Energieformen ist. Seine bekannteste Formel aus der Relativitätstheorie E = mc² sagt aus, dass unter bestimmten Bedingungen eine Masse, m, in einen gewaltigen Energiebeitrag, E, verwandelt werden kann. Das c, das im Quadrat eingeht, steht in seiner Formel für die Geschwindigkeit. In Kernreaktoren gelingt es, einen kleinen Teil der Masse des Brennstoffes in Wärmeenergie umzu-FELIX WILDE - 16 -

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wandeln. Aus einem Kilogramm der Uransorte U- 235 kann man nach dieser Formel einen Energiebeitrag gewinnen, zu dessen Erzeugung 2.790 t Kohle nötig wären. Somit gewinnt man aus einem Kilogramm des Urans-235 eine Energiemenge von 23 Mio. kWh. Die Energiemenge von einem Kilogramm Uran- 235, reichte aus, die Stadt Hiroschima ¹ am 06. August 1945 in Schutt und Asche zu legen.

2.3 Aufbau und Eigenschaften des Atoms

2.3.1 Größendefinition

Im Jahre 1803, entdeckte der englische Lehrer John Dalton ² , dass es Stoffe gibt, die nur aus einer Atomsorte bestehen. Diese nannte er chemische Elemente, hierzu gehören Gold, Eisen und Sauerstoff. Anhand der Literatur lässt sich dies am besten mittels der Definition des Atombegriffs erklären:

„Ein Atom ist der kleinste Baustein eines chemischen Grundstoffes oder Elements, der ohne Verlust der typischen Eigenschaften dieses Elements nicht mehr geteilt werden kann.“

Atome haben eine sehr unterschiedliche Masse, am leichtesten ist das Wasserstoffatom, Eisenatome hingegen sind bedeutend schwerer. Uranatome sind indessen um ein vielfaches schwerer als Eisenatome. An den Dingen unseres täglichen Lebens gemessen sind Atome winzig. Ein Wassertropfen besteht aus 6 ²¹ Atomen. Der Atomkern ist verglichen zum ganzen Atom noch viel kleiner, er füllt nur 1/1.000.000.000.000 (ein Billionstel) des Raumes aus, der dem ganzen Atom zusteht. Obwohl der Kern nur ein Billionstel des Atoms einnimmt, besitzt er fast die ganze Masse des Atoms. Die Materie im Atomkern ist außerordentlich stark konzentriert.

Abb. 2.1 Atommodell nach dem dänischen Physiker Nils Bohr ³ 1913

¹ Hiroshima: Hafenstadt im Südwesten der Hauptinsel Honshu.

² John Dalton: geb. 6 September 1766 Eaglesfield, gest. 27 Juli 1844 Manchester, „Daltonsches Gesetz“.

³ Nils Henrik David Bohr: Dänischer Physiker, geb. 7.10.1885 in Kopenhagen, gest. 18.11.1962

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Bekanntlich stoßen sich zwei positiv oder zwei negativ geladene Ladungen gegenseitig ab, während sich zwei verschieden geladene Ladungen anziehen. Das ist auch der Grund warum der positiv geladene Atomkern, das negativ geladene Elektron in seiner Umlaufbahn festhält. Warum aber zerfällt ein Atomkern nicht direkt, da er doch aus 6 positiv geladenen Protonen besteht?

Zwischen den Kernbausteinen wirkt eine viel größere Kraft, dies ist die so genannte Kernkraft. Diese Anziehungskraft kommt aber nur zum Tragen, wenn der Abstand der Nukleonen im Kern sehr gering ist.

2.3.2 Radioaktivität und Halbwertszeit

Nicht alle Atomkerne sind so stabil wie der Kohlenstoffkern, sie zerfallen plötzlich und schleudern dabei mit großer Wucht kleine Teilchen aus. Hierdurch verformen und verwandeln sie sich. Diese Erscheinung wird als Radioaktivität bezeichnet. Die Radioaktivität wurde vom französischen Physiker Antoine-Henri Becquerel ⁴ 1896 entdeckt und vom Ehepaar Pierre ⁵ und Marie ⁶ Curie genauer untersucht. Der gesamte Zerfall eines Atomkernes, kann nicht vorhergesagt werden. Dies kann in einer Sekunde stattfinden, oder aber auch erst in 10.000 Jahren.

Eines allerdings kann genau bestimmt werden, wie lange es dauert, bis genau die Hälfte der Kerne zerfallen ist. Hierbei wird von der Halbwertszeit gesprochen. Ein Radiumkern hat z. B. eine Halbwertszeit von 1.620 Jahren. Bei einem Stück Uran-238 dauert es sogar 4,5 Mrd. Jahre, bis die Hälfte der Kerne zerfallen ist. Darin liegen unter anderem auch die Probleme und Herausforderungen der Endlagerung.

Somit zerfällt ein Kern nie zu 100 %, er nähert sich nur dem kompletten Zerfall an.

⁴ Antoine-Henri Becquerel: geb. 15.Dezember 1852 in Paris, gest. 25.August 1908, Nobelpreis 1903 für Physik.

⁵ Pierre Curie: geb. 15.Mai 1859 gest. 19. April 1906 frz. Physiker Nobelpreis 1903 für Physik.

⁶ Marie Curie: geb. 07.November 1867 gest. 04.Juli 1934, Nobelpreis 1903 für Physik und 1911 für Chemie.

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2.3.3 Aktivität oder Dosis

Unter Aktivität eines radioaktiven Stoffes versteht man diejenige Anzahl von Atomkernen, die pro Sekunde zerfallen. Die Einheit dieser Aktivität ist das Becquerel (Bq). Zerfallen bei einer bestimmten Substanz zum Beispiel 403 Kerne in der Sekunde, so hat sie eine Aktivität von 403 Bq. In älteren Büchern wird der Zerfall noch in Curie (Ci) ausgedrückt (1 Ci = 3,7 ¹⁰ Bq).

Bei jedem Zerfall, tritt eine ausgesendete Strahlung auf, welche bei ihrer Absorption eine bestimmte Wirkung hervorruft. Deren Maß wird als Dosis bezeichnet. Für den Strahlenschutz ist die Äquivalentdosis von Bedeutung. Da verschiedene Lebewesen biologisch unterschiedlich auf die verschiedensten Strahlenarten reagieren, benötigt man um diese zu messen, eine Äquivalentdosis. Hieraus ergibt sich die effektive Dosis, die Maßeinheit ist das Sievert ⁷ (Sv).

Die natürliche Einwirkung auf den Menschen in Deutschland liegt im Bereich von 1 bis 6 mSv / Jahr.

2.3.4 Atomkerne spalten

In Berlin machten die beiden Chemiker Otto Hahn ⁸ und Fritz Strassmann ⁹ eine weitere aufregende Entdeckung. Sie beschossen 1938 Uranatomkerne mit Neutronen und stellten dabei fest, dass einige dieser Urankerne sich in zwei etwa gleichgroße Teile spalten ließen. Somit war die kontrollierte Entdeckung der Kernspaltung zu einem großen Teil erforscht. Kerne zerfielen nicht mehr von alleine, sondern sie wurden durch Neutronen bewusst beschossen und gespalten. Die einzige Schwierigkeit die gelöst werden musste, war die Geschwindigkeit des Neutrons. Die Forscher bemerkten bald, dass ein „langsam“ (ca. 2,2 km/sec) näherndes Neutron sich länger im Bereich des Kernes aufhält und die Wahrscheinlichkeit somit höher ist, diesen Kern zu spalten. Im natürlich vorkommenden Uran sind die drei Isotope U- 234, U- 235 und U- 238 enthalten. Von 1.000 Uranatomen besitzen 99,3 % U- 238 Kerne, 0,7 % gehören der Sorte U- 235 an. Der Gehalt an U- 234 ist so gering, dass er keine Berücksichtigung findet. Langsame Neutronen spalten nur die U- 235 Kerne. Dabei entsteht zunächst ein Zwischenkern U- 236. Dieser ist jedoch nicht stabil genug und zerplatzt in mehrere

⁷ Rolf Sievert: Mediziner und Physiker

⁸ Otto Hahn: geb. 08.März 1879 Frankfurt/Main, ges: 28.Juli 1968 in Göttingen Nobelpreis 1944 für Chemie

⁹ Fritz Strassmann: geb. 22.Februar 1902, ges. 22.April.1980, Dt. Chemiker

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Bruchstücke, z.B. in einen Barium-144-Kern, einen Krypton-90-Kern und zwei neue Neutronen. (Vergl. Abb. 2.2) Das ist der sehr vereinfachte Ablauf einer sagenhaften Entdeckung, die mit Atombomben und Kernreaktoren die Welt verändert hat:

dessen Bestandteile

Abb. 2.3 Kettenreaktion einer Kernspaltung

Die bei der Spaltung entstehenden Bruchstücke, haben weniger Masse als der beschossene Kern und das Geschoss zusammen. Durch die Spaltung mit Hilfe eines Neutrons, entstehen zwei weitere Neutronen die weitere Kerne spalten. Somit entsteht eine Kettenreaktion. Bei dieser Reaktion geht Masse verloren, diese Masse wird in Einstein`s Formel (E= mc²) in einen Energiebeitrag umgewandelt. Anders ausgedrückt könnte man sagen, die Bindungsenergie die den großen Kern zusammenhält, wird teilweise frei und ermöglicht es den Bruchstücken mit rasanter Geschwindigkeit auseinander zu fliegen. Dabei stoßen sie Nachbaratome an, die dadurch in Schwingung versetzt werden. Durch die Schwingung und das Reiben der Atome aneinander entsteht Bewegungsenergie und somit Wärme.

2.3.5 Vorraussetzungen für eine Kettenreaktion

Für eine kontrollierte Kettenreaktion sind drei Kriterien von elementarer Bedeutung:

1. Im natürlichen Uran kann sich normalerweise keine Kettenreaktion ereignen, da der Anteil des Urans- 238 sich auf 99,3 % beläuft. Der Grund hierfür ist, dass die Neutronen zu langsam sind und von den Kernen nur eingefangen werden. Es kommt auf das Uran- 235 an, dessen Gehalt im natürlichen Umfeld nur 0,7 % beträgt, benötigt wird aber ein Gehalt von 3 %.

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2. Die Geschwindigkeit der Neutronen, mit der die Kerne gespalten werden, ist für die Spaltung zu hoch und muss durch einen Moderator abgebremst werden. Solche Moderatoren sind Kohlenstoff, Beryllium und am häufigsten Wasser (H 2 O). Diese Moderatoren fungieren auch als Energieträger.

3. Als letztes Kriterium ist eine Mindestmasse erforderlich, auch kritische Masse genannt. Sie liegt bei 23 kg des Urans- 235. Wenn diese unterschritten wird, gehen zu viele Neutronen verloren und fliegen aus der Masse heraus.

2.4 Arten und Aufbau von Kernkraftwerken

2.4.1 Funktionsweisen

Die Funktionsweise eines Kernreaktors ähnelt bis auf den Brennstoff einem konventionellen Kraftwerk, das mit fossilen Brennstoffen betrieben wird. In allen Fällen wird Wasser als Energieträger erhitzt und der daraus resultierende Dampf auf verschiedene Turbinen geleitet. Diese Turbinen erzeugen durch ihre Rotation am angeschlossenen Generator elektrische Energie.

Bei deutschen Energieversorgungsunternehmen kommen hauptsächlich zwei Arten von Reaktortypen zum Einsatz, die Druck- und Siedewasserreaktoren. Dieser Typ wird auch als Leichtwasserreaktor bezeichnet, da als Kühlmittel „leichtes Wasser“ (H 2 O) benutzt wird. Als Pendant gelten Schwerwasserreaktoren (Heavy Water Reactor HWR) die anstatt dem leichten Wasserstoffatom mit der Massezahl 1, ein schwereres Wasserstoffisotop Deuterium (D) mit einer Massezahl von 2 besitzen. (D 2 O). Des Weiteren gibt es noch vom Bund getragene Forschungseinrichtungen, wie z.B. das Forschungszentrum in Karlsruhe ¹⁰ oder Jülich, deren Technologien sich aber noch in der Forschung befinden.

In anderen Ländern, wie Frankreich ¹¹ kommen noch der „schnelle Brüter“, ein sich noch in der Forschung befindlicher Reaktortyp, zum Einsatz. Weiterhin finden auch Kugelhaufenreaktoren, oder auch Hochtemperaturreaktoren genannt, ihren Einsatz.

¹⁰ Forschungszentrum Karlsruhe: Gegründet 1956, hier wurde u. a. die Technologie der schnellen natriumgekühlten Reaktoren und der Wiederaufbereitung entwickelt.

¹¹ Superphenix, Creys- Malville (Südfrankreich) seit 1990 wegen diverser Pannen stillgelegt.

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2.4.2 Siedewasserreaktor

Die Druckverhältnisse im Siedewasserreaktor sind so gewählt, dass das Wasser beim Durchströmen des Reaktorkerns teilweise verdampft. Der hierbei entstehende Dampf, ca. 70 bar, ist schwach radioaktiv, wird aber im Gegensatz zum Druckwasserreaktor trotzdem auf die Turbinen geleitet. Dadurch können die Dampfleitungen, Turbinen, Kondensatoren und die Kondensatleitungen radioaktive Ablagerungen enthalten. Deshalb muss das Maschinenhaus, mit besonderen Schutzvorrichtungen ausgestattet sein. Somit wird der Kontrollbereich ¹² auf die Turbinen, Generatoren und Konden-satoren erweitert.

Hierzu zählen die Kernkraftwerke: (Leistung in Megawatt) 13

- Grundremmingen ( 1344 MW) Betrieben von E.ON/ Kernkraft

- Krümmel ( 1316 MW) Betrieben von E.ON/ Kernkraft

- Philippsburg Block 1 ( 926 MW) Betrieben von EnBW 14

Abb.2.4 Siedewasserreaktor mit Maschinenhaus.

¹² Kontrollbereich: Bereich mit erhöhter Strahlenbelastung/ Strahlenexposition

¹³ E.ON/ Kernkraft, Neue Energie schafft Sicherheit/ Infokreis Kernenergie

¹⁴ EnBW: Energieversorgungsunternehmen Baden-Württemberg, mit Sitz in 76131 Karlsruhe

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2.4.3 Druckwasserreaktor

Beim Druckwasserreaktor ist im Gegensatz zum Siedewasserreaktor ein Dampferzeuger zwischengeschaltet. Das Wasser im Hauptkühlmittelkreislauf (Primärwasserkreislauf) nimmt die bei der Kernspaltung entstehende Wärme auf und führt diese zum Dampferzeuger. Das Sieden des Wasser, welches mit dem Reaktorkern in Berührung kommt, wird durch einen Druck von 150 bar verhindert. Das Primärwasser bringt das Sekundärwasser zum Sieden und fällt von einer Temperatur von 330 °C auf 290 °C ab. Der Vorteil zum Siedewasserreaktor ist, dass radioaktive Stoffe nicht den Hauptkühlmittelkreislauf verlassen und somit Turbinen, Dampfleitungen, Kondensatoren und die Kondensatleitungen frei bleiben von radioaktiven Ablagerungen. Der Kontrollbereich erstreckt sich nur über das Reaktorgebäude. Hierzu zählen die Kernkraftwerke: (Leistung in Megawatt) 15

- Isar (1455 MW) Betrieben von E.ON/ Kernkraft

- Obrigheim ( 340 MW) Betrieben von EnBW

- Philippsburg Block 2 (1424 MW) Betrieben von EnBW

¹⁵ E.ON/ Kernkraft, Neue Energie schafft Sicherheit/ Infokreis Kernenergie

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2.4.4 Schneller Brüter

Beim schnellen Brüter wird im Gegensatz zu den anderen Reaktortypen, dass Uran- 238 eingesetzt. Dessen Vorkommen ist in der Natur um ein vielfaches höher. Uran- 238 besitzt die Eigenschaft Neutronen einzufangen, dadurch verwandelt es sich in einen Plutoniumkern U- 239. Bei der Spaltung der U- 238 Kerne und der Aussendung von 2 bis 3 Neutronen, entsteht der neue Brennstoff U- 239. Der Reaktor „erbrütet“ seinen Brennstoff eigenständig. Im Idealfall mehr, als er zur Energiegewinnung benötigt. Durch diesen Prozess kann das Uran bis zu 60-mal besser ausgenutzt werden, als in herkömmlichen Reaktoren. Da die Umwandlung von U- 238 in Plutonium mit schnellen Neutronen besser funktioniert ist die Wärmeentwicklung und Effektivität höher. Deshalb wird hier als Moderator flüssiges Natrium und kein Wasser benutzt, Wasser würde die Neutronen zu sehr abbremsen. Die restlichen Anlagenteile zur Energieerzeugung, sind vergleichbar mit dem des Druckwasserreaktors. Der Nachteil solcher Reaktortypen ist der hohe Anteil an Plutonium, dieser beläuft sich auf einen Gehalt von 20 bis 30 % (bei Druck- u. Siedewasserreaktoren ca. 2 bis 3 %). Trotz dieser erheblichen technischen Schwierigkeiten, könnte dieser Reaktor eine erhebliche Rolle spielen, bei der Energiegewinnung in den nächsten Jahrhunderten.

Abb. 2.6 Schneller Brüter mit Natriumwärmetauscher.

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Hierzu zählte das Kraftwerk Kalkar ¹⁶ betrieben von RWE, dieses Kernkraftwerk wurde 1974 für rund 7 Mrd. DM als Prototyp mit einer Leistung von 280 MW errichtet und ging aus politischen Entscheidungen nie ans Netz. Ein niederländisches Unternehmen kaufte die Anlage und gestaltete sie in einen Freizeitpark um.

2.4.5 Kugelhaufen-/ Hochtemperaturreaktor

Dieser Reaktor der sich zum größten Teil auch noch in der Forschung befindet, verwendet neben Uran auch Thorium- 232 als Energierohstoff. Dieses Thorium wandelt sich beim Einfangen von Neutronen in das spaltbare Uran- 233 um. Der Brennstoff befindet sich in winzigen, beschichteten Partikeln, diese sind in Tennisballgroße Graphitkugel eingeschlossen. Der Graphitmantel dient dem Zweck des neutronenbremsenden Moderators. Zur Wärmeaufnahme dient ein Gas (z. B. Helium), da sich Temperaturen bis zu 900 °C entwickeln können.

Die Vorteile dieses Reaktortyps sind sein hoher Wirkungsgrad, sowie die hohen Temperaturen mit denen er betrieben wird. Diese können u.a. der chemischen Industrie zur Kohlevergasung dienen.

Abb. 2.7 Kugelhaufenreaktor mit gesondertem Maschinenhaus

¹⁶ Kalkar: 20 Km östlich von der niederländischen Grenze, Nordrheinwestfalen.

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2.5 Risiken und Abhilfe

2.5.1 Gefahren für Mensch und Umwelt

Das ein Atomkraftwerk (AKW) nicht nur Vorteile besitzen kann, sah man beim Reaktorunfall von Tschernobyl ¹⁷ am 26. April 1986. Es begann mit einem routinemäßigen Test im Block 4, der durch mehrere aufeinander folgende Fehlentscheidungen zum Gau ¹⁸ wurde. Augenzeugen berichteten von zwei größeren Explosionen und Materialauswurf. Der Vorfall war verheerend, in den ersten Tagen wurden über 100.000 Menschen evakuiert und es wurde verzweifelt versucht, die austretende Strahlung einzudämmen. Um den Block 4 komplett von der Biosphäre abzuschirmen, musste ein Betonsarkophag um den beschädigten Block errichtet werden. Am 15. Dezember 2000, wurde endgültig das ganze Kernkraftwerk Tschernobyl vom Netz genommen und stillgelegt.

Seit dem Vorfall und der darauf folgenden Angst, sind die sicherheitstechnischen Vorschriften verschärft worden. Zu diesem Zeitpunkt wurde auch der Ruf laut, nach einem vollständigen Ausstieg aus der Kernenergie. Denn diese Energie ist laut Kritikern viel zu bedenklich. Bei einem sehr unwahrscheinlichen Kernkraftwerksunfall, können aus dem Reaktorkern radioaktive Stoffe, an die Umgebung abgegeben werden. Diese radioaktiven Gase und Aerosole ¹⁹ werden vom Wind aufgenommen und lagern sich auf Gebäuden, Boden, Pflanzen, Tieren und Menschen ab. Dieser Vorgang wird im Strahlenschutz als Kontamination bezeichnet.

Strahlenbelastungen/ Einwirkungen für den Mensch aus unterschiedlichen Ursprüngen

¹⁷ Tschernobyl: liegt im weißrussisch-ukrainischen Grenzgebiet

¹⁸ Gau: „Der größte anzunehmende Unfall“ Quelle: www.Wissenschaft-online.de.

¹⁹ Gase und Aerosole: Sehr feine Teilchen, wie sie auch beim Versprühen von Spraydosen entstehen.

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Bei dem Zerfall von radioaktiven Stoffen, entstehen ionisierende Strahlen. Die Strahlen transportieren Energie wie z.B. die des Sonnenlichtes. Bei zu hoher Sonnenintensität entsteht „lediglich“ ein Sonnenbrand und im schlimmsten Fall Hautkrebs. Im Gegensatz zu radioaktiven Strahlen, diese zerstören und verändern Körperzellen. Bei der Heilung kommt es ganz auf die Art und Stärke der Strahlung an und wie viele der Körperzellen betroffen sind.

Diese Strahlenbelastung für Mensch und Umwelt, kann aber nie ganz ausgeschlossen werden. Trotz aller Vorsichtsmaßnahmen geben Kernkraftwerke geringe Mengen von radioaktiven Stoffen ab. Ein sehr geringer Teil, wird vom Menschen direkt aufgenommen. Im Durchschnitt wirkt eine Strahlendosis von 0, 5 µSv pro Jahr auf den Mensch. Dieses sind Resultate einer sehr guten Überwachung der Kernkraftwerke, seitens des Bundes und der Energieversorger. Zum Vergleich ein Beispiel aus der Natur, fast jeder von uns hat schon mal ein Spaziergang durch den Schwarzwald gemacht. Die Strahlenbelastung an manchen Stellen im Boden des Schwarzwaldes ist bedeutend größer, als neben einem Kernkraftwerk. Gründe hierfür sind die erheblichen Mengen an Uran und Radium, die sich im Boden befinden? In diesen Gebieten werden wir einer Strahlung von bis zu 5 µSv pro Jahr ausgesetzt. Des Weiteren werden wir kosmischen Strahlen, sowie den Strahlen die bei einer Röntgenuntersuchung (0,5 bis 1,0 µSv pro Jahr) entstehen, ausgesetzt.

2.5.2 Sicherheitstechnische Einrichtungen

Planung, Bau, Betrieb und späterer Rückbau kerntechnischer Einrichtungen, werden in der Bundesrepublik streng vom Bund und seinen zuständigen Ministerien überwacht.

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Die Betreiber müssen spezielle Vorsorge gegen Unfälle und Störungen treffen, sowie jede plan- und außerplanmäßige Veränderung protokollieren. Jede Anlage arbeitet mit zahlreichen Sicherheitseinrichtungen, sie müssen unabhängig voneinander arbeiten und räumlich getrennt sein. Im Vordergrund stehen die so genannten „passiven-Sicherheitsbarrieren“. Diese müssen bei jedem Zustand, auch im Störfall, des Kernkraftwerkes garantieren, dass die im Reaktorkern enthaltenen Stoffe auf keinen Fall nach außen in die Biosphäre gelangen, sondern zuverlässig von der Umgebung abgeschirmt werden.

Hierzu zählen sechs Barrieren und zwei Anlagen:

1. Brennstoff Kristallgitter

Die Spaltprodukte bleiben in den Brennstofftabletten eingeschlossen.

2. Brennstabhülle

Verhindert, dass die bei der Kernspaltung entstehenden Spaltprodukte in das Kühlwasser gelangen. Weitere Anforderungen sind: mechanische Festigkeit sowie Korrosions- und Hitzebeständigkeit.

3. Reaktordruckbehälter

Verringert die Gammastrahlung auf den 100.000sten Teil der Strahlung im Reaktorkern.

4. Biologischer Schild

Im Grunde genommen stellt der biologische Schild eine 20 Meter hohe Betonröhre dar, die den Reaktor umschließt. Das Kernstück besteht aus einem hoch verdichtetem Schwerstbeton mit einer Wandstärke von insgesamt 1,25 Metern. Dieser Schild dient der Verringerung ionisierender Strahlen, auf Werte, die für den Menschen ungefährlich sind.

5. Sicherheitsbehälter mit Dichthaut

Er umschließt den Reaktordruckbehälter und hält dem Druck, bei einer auftretenden Leckage stand. Durch seine Schnellverschlusseinrichtung gelangt nichts nach außen. Er hat die Form einer Kugel, im Kernkraftwerk in Obrigheim besitzt er einen Innendurchmesser von ca. 40 m. Die Dichthaut besteht aus 4 mm starkem Stahl.

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6. Reaktorgebäude

Eine ungefähr zwei Meter starke Stahlbetonwand, hält Strahlungen, die außerhalb Auftreten, ab. Des Weiteren schützt es vor äußeren mechanischen Einwirkungen wie Erdbeben, Flugzeugabstürzen oder Druckwellen jeglicher Art. Anlagen:

1. Steuerstäbe (St)

Diese fallen bei einem Vorfall zwischen die Brennstäbe und absorbieren sofort die Neutronen, die Kettenreaktion wird innerhalb von 3 bis 4 sek. unterbrochen und beendet.

2. Umwälzpumpe, Druckspeicher und Flutbehälter (U) Zuerst wird Wasser zur Kühlung aus dem Druckspeicher in den Reaktordruckbehälter gepumpt, sofern dieses nicht genügt, weiteres aus dem Flutbehälter. Mit dem kalten Wasser wird Energie entzogen.

Abb. 2.9 Prinzipdarstellungen der Sicherheitsbarrieren in AKW`s

Die vorher genannten passiven Sicherheitseinrichtungen, werden unterstützt und ergänzt durch „aktive- Sicherheitssysteme“. Diese sind mehrfach vorhanden und arbeiten automatisch und unabhängig voneinander. Hierzu zählt die kraftwerksinterne Stromversorgung, insbesondere für die der Kühlsysteme. Sie garantiert, dass in jedem Betriebszustand die Wärme zuverlässig abgeführt werden kann. Das elektronische

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Reaktorschutzsystem ist das Kernstück sämtlicher aktiver Sicherheitsvorkehrungen. Es überwacht und vergleicht ständig alle relevanten Messergebnisse. Bei abweichen der Toleranzgrenze, greift dieses System ein und korrigiert selbstständig.

2.6 Die Veranlassung des Atomausstieges

Vor 50 Jahren begann die Euphoriewelle und der „unversiegbare Kraftstrom des Atoms” ²⁰ wurde beschworen. In den Zukunftsvisionen mancher Forscher, sah man bereits atombetriebene Flugzeuge, Lokomotiven und sogar Fahrzeuge wurden mit Kleinstreaktoren ausgestattet. 50 Jahre haben sich diese Visionen gelegt. Windscale (1957) ²¹ , Harrisburg (1979) ²² und Tschernobyl (1986) machten diese Träume zu Nichte. Leckagen in Kühlmittelkreisläufen, Zwischenfälle bei der Wartung und andere Unfälle sorgten für Akzeptanzkrisen, Entsorgungsnöte, Kostenexplosionen und vor allem das Sicherheitsrisiko machte die Kernkraft zum Synonym für Hochrisikotechnologie. Die Tatsache, dass diese Technologie, für eine neue Form der terroristischen Anschläge und für die Herstellung von Massenvernichtungswaffen zweckentfremdet werden kann, lies die restliche Akzeptanz schwinden.

Ein Reaktorunfall kann trotz höchster Sicherheitsstandards, wie wir sie in Deutschland haben, nie ganz ausgeschlossen werden. Die Bundesregierung hat deshalb den vollständigen Ausstieg, am 14. Juni 2000, aus der Atomstromproduktion beschlossen. Die Ablehnung der Atomkraft in der deutschen Bevölkerung ist 19 Jahre nach Tschernobyl unverändert hoch. Nach einer repräsentativen Umfrage, die Forsa ²³ im Auftrag des Bundesumweltministeriums durchführte ²⁴ , sind nur sehr wenige Bundesbürger (3 %) der Ansicht, dass bei Atomkraftwerken heute überhaupt keine Unfallgefahr mehr besteht. Über die Hälfte der Bundesbürger (51 %) sagen, dass Atomkraftwerke heute zwar sicherer seien als noch vor 19 Jahren, die Unfallgefahr ihnen persönlich aber immer noch zu hoch ist. Weitere 24 % schätzen die Unfallgefahr bei Atomkraftwerken immer noch genauso hoch ein, wie zum Zeitpunkt des Reaktorunglücks in Tschernobyl. Der Zweite Teil der „Vereinbarung zwischen der Bundesregierung und den

²⁰ Zitat von: Jürgen Trittin Bundesminister für Umwelt, Naturschutz und Reaktorsicherheit, Obrigheim Magazin zum Abschalten. (März 2005).

²¹ Windscale: Heute Sellafield Großbritannien.

²² Harrisburg: Hauptstadt von Pennsylvania, USA.

²³ Forsa: Eines der größten Meinungsforschungsinstitute Deutschlands mit Sitz in Berlin und Dortmund.

²⁴ Bundesminister für Umwelt, Naturschutz und Reaktorsicherheit: Kurzinformation Gesetzesgrundlage.

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