Fukushima: Ein Überblick zu den Arbeiten vor Ort anlässlich des 8. Jahrestages

27.02.2019

© TEPCO

Am 11. März 2019 jährt sich der Reaktorunfall von Fukushima zum 8. Mal. Auf dem Kraftwerksgelände sind nach wie vor noch jeden Tag mehr als 4.000 Personen beschäftigt. Parallel zu den fortlaufenden Arbeiten werden die Planungen zur Räumung der Brennelement-Lagerbecken der Blöcke 1 bis 3 und für die Bergung des geschmolzenen Kernbrennstoffs konkretisiert. Aktuell sieht TEPCO vor, noch 2019* eine Bergungsmethode für einen der Reaktoren festzulegen, die dann im Jahr 2021 zur Anwendung kommen soll. Einige Techniken und Geräte müssen hierfür erst noch entwickelt werden. Der Betreiber TEPCO schätzt daher, dass es insgesamt 30 bis 40 Jahre dauern wird, bis die zerstörten Reaktoren am Standort Fukushima Daiichi vollständig zurückgebaut sind.

Welche Arbeiten wurden im letzten Jahr am Standort umgesetzt?

Erkundungen und Tests in Reaktorblock 2. Zur weiteren Planung der Rückbauarbeiten wurden im November 2018 auf dem Bedienflur von Block 2 zusätzliche Geräte zur Erfassung der Strahlendosis aufgestellt. Mit deren Hilfe sollen unter anderem die Verbreitung radioaktiver Stoffe und mögliche Hotspots ermittelt werden. Mitte Februar 2019 kam ein Roboter mit einem Greifarm zum Einsatz (siehe Abbildung 1 und Meldung Tepco). Damit wurden Ablagerungen im Sicherheitsbehälter, bei denen es sich vermutlich um geschmolzenen Kernbrennstoff handelt, hinsichtlich ihrer Beschaffenheit und Beweglichkeit untersucht. Laut TEPCO konnten an fünf Stellen die Ablagerungen mit den Greifarmen verformt und gegriffen werden. Diese Erkenntnis ist für eine spätere Bergung der Schmelze wichtig. Die Entnahme einer Probe für weitere Tests im Labor ist in der zweiten Jahreshälfte 2019 vorgesehen.

Skizze des Erkundungsroboters mit seinen Funktionen (linkes Bild). Aufnahme, die während des Erkundungseinsatzes im Inneren des Sicherheitsbehälters von Block 2 entstand (rechts): Der Erkundungsroboter greift mit dem „Finger“ ein einzelnes Stück der Ablagerungen (Quelle: TEPCO)

Im November 2018 hatte TEPCO in seiner Roadmap für Ende März 2019 Tests bei der Wassereinspeisung in den Reaktordruckbehälter (RDB) angekündigt. Dabei soll die Menge des eingespeisten Wassers zunächst über einen Zeitraum von sieben Tagen um jeweils die Hälfte reduziert werden. In einem weiteren Test soll die Kühlung über sieben Stunden hinweg komplett eingestellt werden. Aktuell liegen die Temperaturen im Bodenbereich der RDB der Blöcke 1 bis 3 zwischen 14 und 20 Grad Celsius (Stand 15. Februar 2019). TEPCO will anhand der Testergebnisse seine Rechenprogramme zur Nachzerfallsleistung validieren.

Um die Bildung größerer Mengen Wasserstoff zu verhindern, speist TEPCO kontinuierlich Stickstoff in die RDB der Blöcke 1 bis 4 ein. Dieser gelangt über Leckagen auch in den Sicherheitsbehälter. In Block 2 herrschte innerhalb des Sicherheitsbehälters bislang ein Druck von 4.25 Kilopascal (entspricht 0,0425 bar) über dem Umgebungsdruck. Die Maßnahme beugt zwar einer möglichen Wasserstoffexplosion vor, jedoch steigt durch den erhöhten Innendruck auch das Risiko von Freisetzungen radioaktiver Stoffe. Aus diesem Grund hat TEPCO im Herbst 2018 testweise nur bis zu einem Druck von 2 Kilopascal (entspricht 0,02 bar) Stickstoff eingespeist. Der Test hat laut TEPCO zu keinen signifikanten Veränderungen der Anlagenwerte geführt, weshalb seit Dezember 2018 die geringere Einspeisung beibehalten wird.

Wie entsteht Wasserstoff in den Reaktoren 1 bis 3 in Fukushima?

Wasserstoff entsteht als Produkt der sogenannten Radiolyse. Dabei werden Wassermoleküle durch ionisierende Strahlung in mehreren Teilschritten in Wasserstoff und Sauerstoff aufgespalten. Wird eine bestimmte Konzentration dieser sogenannten Radiolysegase erreicht, kann es zusammen mit einer Zündquelle zu einer explosionsartigen Reaktion kommen (Knallgasexplosion). Um die Bildung solcher Gasgemische in den beschädigten Reaktoren in Fukushima zu vermeiden, wird kontinuierlich Stickstoff in die Reaktordruckbehälter eingespeist. Dabei wird sich die Eigenschaft von Stickstoff zunutze gemacht, Sauerstoff zu verdrängen.  

Bergung der Brennelemente aus Reaktorblock 3

Brennelementwechselmaschine, die in Block 3 zur Bergung der Brennelemente aus dem Lagerbecken eingesetzt werden soll (Quelle: TEPCO)TEPCO plant, ab Ende März 2019 mit der Bergung der 566 Brennelemente aus dem Lagerbecken von Block 3 zu beginnen. Bis zu diesem Zeitpunkt soll die Inbetriebsetzung der Brennelementwechselmaschine und des Krans abgeschlossen sein, die beide für die Arbeiten benötigt werden. Die Maschinen sind in dem zylinderförmigen Aufsatz auf dem Dach des Reaktorgebäudes untergebracht. In den vergangenen Monaten waren immer wieder Reparaturen erforderlich. Zuletzt musste ein fehlerhaftes Kabel am Kran ausgetauscht werden. Die Bergung der Brennelemente in den Blöcken 1 und 2 sollen laut TEPCO 2023 beginnen.

Schutz vor Tsunamis

Zum Schutz der Gebäude vor Tsunamiwellen plant TEPCO, die äußere Kaimauer des Hafens mit einer Betonmauer um 11 Meter aufzustocken. Die Mauer soll 2020 fertiggestellt sein. Bislang ist lediglich eine 2,4 bis 4,2 m hohe provisorische Barriere errichtet. Außerdem wurden die Reaktorgebäude mit einzelnen Maßnahmen gegen das Eindringen von Wasser geschützt. Im November 2018 begannen zudem die Arbeiten zur Verankerung des sogenannten Mega Float an der Kaimauer des Hafens. Auf dem Floß ist nach wie vor Wasser gelagert, das unmittelbar nach dem Reaktorunfall in den Blöcken 5 und 6 angefallenen war. Mit der Verankerung soll verhindert werden, dass das Floß im Falle eines Tsunami mitgerissen wird und Gebäude beschädigt.

Kontaminiertes Wasser

Im Herbst 2018 wurde öffentlich, dass das von TEPCO als sogenanntes „Tritium-Wasser“ deklarierte und in Tanks gelagerte Wasser teilweise immer noch merkliche Mengen radioaktiver Stoffe wie Jod, Cäsium und Strontium enthält (siehe unter anderem TEPCO Progress Report FY2018 Q2 und Interview eines TEPCO-Managers in der Onlineausgabe der Tageszeitung Mainichi ). Demnach seien bei mehr als 80 Prozent des gelagerten Wassers die Grenzwerte für eine Abgabe an die Umwelt überschritten. Bislang hatte TEPCO angegeben, dass – bis auf Tritium – ein Großteil der radioaktiven Stoffe mittels der Multinuklidfilteranlagen entzogen würden. So könne beispielsweise bis zu 99 Prozent des im Wasser enthaltenen Cäsiums herausgefiltert werden.

In ihrem Abschlussbericht zur vierten Peer-Review Mission im November 2018 prangert die Internationale Atomenergieagentur (IAEO) diesen „kommunikativen Missstand“ an. Gleichzeitig drängt die IAEO darauf, „dringend“ eine Lösung für das Problem der Lagerung des kontaminierten Wassers zu finden. TEPCO hat nun vor, das „Tritium-Wasser“ weitere Male in den Multinuklid-Filteranlagen (ALPS) zu behandeln, um die erforderlichen Grenzwerte für eine mögliche Einleitung ins Meer einhalten zu können. 

TEPCO plant zudem, bis Ende März 2019 das auf dem Anlagengelände gelagerte kontaminierte Wasser vollständig in geschweißte Tanks umzulagern. Die noch vorhandenen leckanfälligen geflanschten Tanks sollen ersetzt werden und damit die Gefahr eines Austritts von radioaktiven Stoffen durch Leckagen in die Umwelt reduziert werden. Mit Stand Dezember 2018 lagerten auf dem Anlagengelände mehr als 1,1 Mio. Kubikmeter Wasser verteilt auf mehr als 940 Tanks.     

Insgesamt konnte die Menge des täglich neu anfallenden kontaminierten Wassers laut TEPCO jedoch reduziert werden. Nach Angaben von TEPCO liegt das unter anderem auch am sogenannten „Eiswall“, der seit 2018 um die Reaktorgebäude der Blöcke 1-4 in Betrieb ist. Auf diese Weise habe man den Zufluss von Grundwasser in die Gebäude hinein signifikant verringern können, wodurch wiederrum weniger kontaminiertes Wasser anfiele, das aufbereitet und in Tanks zwischengelagert werden muss. Anstelle der ursprünglich rund 400 Tonnen dringen laut TEPCO derzeit zwischen 100 und 150 Tonnen Grundwasser pro Tag in die Gebäude ein.

Weitere Rückbauarbeiten

Messung der Ortsdosisleistung mit einem Teleskopdetektor an einer Zuleitung zum Abluftkamin der Blöcke 1 und 2 im Juli 2011 (Quelle: TEPCO)TEPCO plant, ab März 2019 den von den Blöcken 1 und 2 gemeinsam genutzten, und inzwischen baufälligen Abluftkamin abzubauen. Dazu fanden bereits im August 2018 Vorbereitungen statt, um die Werkzeuge zu testen, die hierbei zum Einsatz kommen sollen. An einer Zuleitung zu dem Abluftkamin war im Juli 2011 eine Ortsdosisleistung von etwa 10 Sievert  pro Stunde einen Meter über Grund gemessen worden. Diese Rohrleitung wurde bei der Druckentlastung des Sicherheitsbehälters von Block 1 während des Unfalls genutzt. Hierdurch haben sich vermutlich größere Mengen radioaktiver Stoffe in der Leitung abgelagert.  

Was geschieht mit den kontaminierten Abfällen aus dem Rückbau?

Beim Rückbau der zerstörten Reaktorblöcke fallen unterschiedliche Arten radioaktiver Abfälle an, die TEPCO auf dem Anlagengelände lagert und teilweise auch dort behandelt. Der Umgang mit und die Lagerung der Abfälle müssen so organisiert sein, dass die zusätzliche Ortsdosisleistung am Anlagenzaun unter dem behördlich festgelegten Wert von einem Millisievert pro Jahr liegt.  

Abhängig von ihrer Dosisleistung kommen für die Abfälle unterschiedliche Lagerungskonzepte zum Einsatz. So ist für feste Abfälle mit einer Dosisleistung von 1 bis 30 Millisievert pro Stunde – dazu gehören beispielsweise Beton- und Metallteile von den Aufräumarbeiten in und an den Gebäuden – die Lagerung in Zelten oder Containern vorgesehen. Radioaktive Rückstände, die die Multinuklidfilteranlagen aus dem kontaminierten Wasser filtern, werden hingegen in sogenannten High Integrity Containers gelagert, die auf dem Anlagengelände in einem gesonderten Bereich in Schutz- und Abschirmbehältern aus Beton zwischengelagert werden. Unbeschädigte Brennelemente werden eine gewisse Zeit (ca. 3 bis 5 Jahre) im sogenannten „Gemeinsamen Standort-Lagerbecken“ aufbewahrt. Hier soll auch ein Großteil der Brennelemente der Blöcke 1 bis 3 untergebracht werden, sobald deren Bergung aus den Lagerbecken erfolgt ist. Für die Zeit danach existiert ein Trockenlager, in dem bereits Brennelemente aufbewahrt werden, die vor dem Unfall entladen wurden.Ausschnitt aus einer Übersichtskarte des Anlagengeländes (nördlich der Reaktorgebäude) auf dem TEPCO die Lagerstätten der unterschiedlichen Abfallarten farblich markiert hat (Quelle: TEPCO)

Forschung mit GRS-Beteiligung

Im Rahmen diverser Forschungskooperationen befassen sich universitäre Einrichtungen und TEPCO mit Fragestellungen, die sich aus dem Rückbau der Anlagen oder der Behandlung des kontaminierten Wassers ergeben. So forschen Wissenschaftler an der Universität Kindai beispielsweise zu Möglichkeiten, Tritium in industriellem Maßstab aus dem gelagerten Wasser zu filtern. Darüber hinaus sind auch Untersuchungen zum Zustand der geschmolzenen Reaktorkerne weiterhin von Relevanz für die Rückbauplanungen.

Einen Beitrag hierzu könnte auch ein neues Projekt der Organisation für Wirtschaftliche Zusammenarbeit und Entwicklung (OECD) leisten. An dem Projekt “Analysis of Information from Reactor Buildings and Containment Vessels of Fukushima Daiichi NPS“ (ARC-F) wird Deutschland von der GRS vertreten werden, die sich unter anderem mit der Berechnung der Unfallabläufe befassen wird. Dabei setzen die Fachleute das von der GRS entwickelte Simulationsprogramm AC² zur Analyse von Unfällen mit Kernzerstörung und Spaltproduktfreisetzung ein. Darüber hinaus wird die GRS auch sogenannte Rückrechnungen der Spaltproduktfreisetzung aus den Anlagen durchführen.

Weiterführende Informationen

>> Fukushima Daiichi – Unfallablauf ǀ Radiologische Folgen , Fukushima Bericht der GRS (5., überarbeitete Auflage, 2016)
>> Arbeiten der GRS zu Fukushima 
>> Roadmap Summary of Decommissioning and Contaminated Water Management TEPCO, Dezember 2019
>> Überwachungsdaten zur Umweltradioaktivität in der Präfektur Fukushima , Behörde NRA (Stand: Februar 2019)

* TEPCO bezieht seine Jahresangaben grundsätzlich auf das Fiskaljahr, das jeweils vom 1. April bis 31. März des Folgejahres dauert.