Fukushima

Am 11. März 2011 ereignete sich am japanischen Kernkraftwerksstandort Fukushima Daiichi der schwerste Reaktorunfall seit Tschernobyl. Der Unfall wurde auf der höchsten Stufe der internationalen Skala für nukleare Ereignisse (INES) eingestuft (INES 7). Die GRS war und ist seit diesem Tag in vielfältiger Weise mit dem Unfall und seiner wissenschaftlichen Aufarbeitung befasst.

Berichtsreihe für die interessierte Öffentlichkeit

Bericht der GRS zum Unfall am Kernkraftwerk FukushimaFür die interessierte Öffentlichkeit hat die GRS außerdem den Bericht „Fukushima Daiichi 11. März 2011 – Unfallablauf, radiologische Folgen“ herausgegeben. Der Bericht, der zum fünften Jahrestag des Unfalls in einer fünften, vollständig überarbeiteten Auflage veröffentlicht wurde, bietet einen Überblick über den bis Anfang 2016 erreichten Kenntnisstand zu Ablauf und Ursachen des Unfalls, seinen radiologischen Konsequenzen und den Arbeiten, die seit 2011 auf dem Anlagengelände durchgeführt wurden.

Berichterstattung der GRS

Auf ihrer Website  und ihrem Twitter-Kanal berichtet die GRS aktuell über Entwicklungen am Standort Fukushima und ihre Arbeiten zum Unfall und seinen Folgen.

Einsatz des GRS-Notfallzentrums

Bereits wenige Stunden nach Beginn des Unfalls nahm das Notfallzentrum der GRS seine Arbeit auf. Als Gutachterorganisation des Bundes hält die GRS im Auftrag des Bundesumweltministeriums (BMU) ständig ein Team von Experten unterschiedlicher Fachrichtungen bereit, das bei schweren nuklearen Stör- oder Unfällen Informationen über das Ereignis sammelt, auswertet und Prognosen über mögliche Entwicklungen erstellt.

Vom Mittag des 11. März bis Anfang Juli 2011 erstellte das Team des Notfallzentrums für das BMU über 200 Lageberichte zur Situation am Standort Fukushima. Diese Lageberichte stellte die GRS im Auftrag des BMU auch der Öffentlichkeit zur Verfügung – zunächst auf ihrer Webseite und später im Fukushima-Informationsportal, das sie bis Februar 2015 betrieben hat.

Fachliche Unterstützung bei „Stresstests“

Am 17. März 2011 hat das Bundesumweltministerium die Reaktor-Sicherheitskommission (RSK) in Abstimmung mit den Ländern damit beauftragt, eine anlagenspezifische Sicherheitsüberprüfung („Stresstest“) für alle deutschen Kernkraftwerke durchzuführen. Ziel dieser Überprüfung war es, unter Berücksichtigung der Ereignisse in Fukushima zu untersuchen, wie robust die Auslegung der Kernkraftwerke und die geplanten Notfallmaßnahmen gegen erhöhte Einwirkungen sind, die nicht in der Auslegung unterstellt wurden. Zur Unterstützung der RSK hat die GRS federführend gemeinsam mit weiteren Fach- und Gutachterorganisationen (TÜV Nord, TÜV Süd, Öko-Institut, Physikerbüro Bremen, EnergieSystemeNord, Stangenberg & Partner) die erforderlichen Prüfungen organisiert und anhand eines Anforderungskatalogs der RSK durchgeführt. Die Ergebnisse dieser Prüfungen wurden durch die RSK bewertet (s. RSK-Abschlussbericht).

Darüber hinaus hat die GRS das Bundesumweltministerium ab Mai 2011 bei der Vorbereitung und Erstellung des Länderberichts (Country Specific Report) zum sogenannten European Stress Test unterstützt. Am 24. Mai 2011 hatte die EU beschlossen, dass alle EU Mitgliedsländer ihre Kernkraftwerke einem solchen Stresstest unterziehen, der durch die European Nuclear Safety Regulators Group (ENSREG) organisiert wurde. Die Länderberichte der teilnehmenden Staaten wurden anschließend einer Prüfung durch Experten anderer Nationen unterzogen. Aufbauend auf den Ergebnissen des Stresstests wurde der „ENSREG Action Plan“ und ein System mit Peer Reviews aufgestellt, mit denen die Umsetzung der Ergebnisse in den einzelnen Ländern verfolgt wurde.

Weiterleitungsnachricht

Im Auftrag des Bundesumweltministeriums hat die GRS Anfang 2012 die Weiterleitungsnachricht zu den Auswirkungen der Erdbeben an den japanischen Kernkraftwerksstandorten Fukushima Daiichi und Daini sowie Kashiwazaki-Kariwa erstellt. Weiterleitungsnachrichten werden von der GRS verfasst, wenn es in einer in- oder ausländischen kerntechnischen Anlage zu einem Ereignis mit sicherheitstechnischer Bedeutung kommt und die daraus gewonnenen Betriebserfahrungen für den sicheren Betrieb deutscher Anlagen von Interesse sein können. Die Weiterleitungsnachricht zum Unfall in Fukushima enthält insgesamt 22 Empfehlungen für deutsche Anlagen, u. a. zur Versorgung mit Elektrizität und Kühlwasser, zur Erdbebenauslegung und zu Aspekten des Notfall- und des Brandschutzes.

Die Empfehlungen der GRS und die Empfehlungen, die die RSK auf der Grundlage des nationalen Stresstests zur Verbesserung der Robustheit der deutschen Kernkraftwerke formuliert hat, bildeten die Grundlage für den nationalen Aktionsplan des Bundesumweltministeriums, in dem der Stand der Umsetzungen der einzelnen technischen und organisatorischen Maßnahmen für jedes Kernkraftwerk dokumentiert wurde.

Nationale Forschungsprojekte

Seit dem Jahr 2011 untersucht die GRS in mehreren Forschungsvorhaben vielfältige Fragestellungen im Zusammenhang mit dem Unfall in Fukushima. Auf nationaler Ebene werden diese Projekte vom Bundesumweltministerium und dem Bundeswirtschaftsministerium finanziert.

Die GRS hat in aufeinander aufbauenden Forschungsprojekten die Unfallabläufe im Kernkraftwerk Fukushima anhand aller verfügbaren Informationen möglichst detailliert nachvollzogen. Durch thermohydraulische Analysen mit Hilfe des GRS-Codesystems ATHLET-CD/COCOSYS, die sich auf die Vorgänge in den Blöcken 2 und 3 konzentrierten, konnten jeweils zusätzliche Einblicke z. B. hinsichtlich der Kernzerstörung und der Zustände im Sicherheitsbehälter während der ersten Tage des Unfallablaufs gewonnen werden.

Vertiefte Untersuchungen wurden unter anderem auch zu Themenfeldern wie naturbedingte Einwirkungen von außen, elektrische Energieversorgung oder organisatorische Maßnahmen durchgeführt. Dem Abschlussbericht des ersten Vorhabens kann entnommen werden, dass eine Umsetzung der meisten aus dem Vorhaben gewonnenen Erkenntnisse bereits mit der vorgenannten GRS-Weiterleitungsnachricht angestoßen wurde. Ergebnisse der neueren Analysen in anschließenden Vorhaben stehen auch im Zusammenhang mit der Freisetzung und Ausbreitung von Spaltprodukten aus den Anlagen (s. Abschlussbericht).

In mehreren vom Bundeswirtschaftsministerium geförderten Forschungsvorhaben werden die Simulationsprogramme der GRS (u. a. ATHLET-CD/COCOSYS) im Hinblick auf verschiedene Aspekte des Unfallgeschehens validiert und weiterentwickelt.

Erkenntnisse aus experimentellen Forschungsvorhaben und die Analysen der Unfallabläufe in den Blöcken 2 und 3 in Fukushima im Rahmen der vorgenannten Vorhaben zeigten Bedarf für weitere Entwicklungsarbeiten an Modellen im GRS-Codesystem ATHLET-CD /COCOSYS  auf. Ein Teil dieser Arbeiten wurde bereits abgeschlossen (vgl. Berichte zu COCOSYS und ATHLET-CD); weitere Aspekte fließen in die kontinuierliche Weiterentwicklung dieser Codes ein.

Ein anderes Vorhaben beinhaltete u. a. die Anwendung und Entwicklung von Rechenmethoden, mit denen das radioaktive Inventar in Reaktorkern und Abklingbecken von Siedewasserreaktoren berechnet werden kann. Da anfänglich vermutet wurde, dass es auch in Abklingbecken einiger Anlagen in Fukushima zu Unfallabläufen mit Zerstörung von Brennelementen gekommen sein kann, wurden Analysen hinsichtlich derartiger Ereignisse und einer Übertragbarkeit auf deutsche Anlagen vorgenommen.

Darüber hinaus wurden die Analysemethoden und -programme im Hinblick auf die Beanspruchung von Bauteilen und Materialien durch mehrfache Erdbeben untersucht, wie sie in Fukushima aufgetreten sind (vgl. Bericht GRS-459: Komponentenverhalten bei auslegungsüberschreitenden Belastungen).

Forschungsarbeiten der OECD/NEA

Gefördert mit Mitteln des Bundesumweltministeriums und des Bundeswirtschaftministeriums hat sich die GRS an dem von der Nuclear Energy Agency der OECD (OECD/NEA) 2012 initiierten Projekt „Benchmark Study of the Accident at the Fukushima Daiichi Nuclear Power Station” (BSAF) beteiligt. Zielsetzung der Analysen der Partner aus zuletzt zehn Ländern war es, detaillierte Erkenntnisse zum Unfallablauf in Fukushima zu erhalten, mit dem die beteiligten japanischen Organisationen bei der Vorbereitung des Rückbaus der Anlagen unterstützt werden können. Darüber hinaus dienen die Erkenntnisse aus dem Vergleich der Analysen mit verschiedenen Codes, deren Verbesserung und der Vertiefung des Verständnisses der aufgetretenen Unfallphänomene.

Die Arbeiten in der Phase 1 des Projekts, die Ende 2014 abgeschlossen wurde, fokussierten sich auf die Phänomene der Kernzerstörung in den Reaktordruckbehältern und den Auswirkungen auf die Containments der Blöcke 1 bis 3 während der ersten sechs Tage des Unfalls. In Phase 2 des Projektes (s. Abschlussbericht), die von April 2015 bis Anfang 2018 dauerte, wurden die Analysen zum Verhalten der während des Unfalls freigesetzten radioaktiven Spaltprodukte innerhalb und außerhalb des Containments erweitert. Zudem wurde der Analysezeitraum auf die ersten drei Wochen des Unfalls ausgeweitet.

Aufbauend auf das BSAF-Vorhaben startete im Jahr 2019 ein neues Projekt unter Koordination der OECD/NEA. Der Schwerpunkt der Untersuchungen im Forschungsvorhaben ARC-F „Analysis of information from Reactor Buildings an Containment Vessels of Fukushima Daiichi NPS“ liegt auf dem Verhalten radioaktiver Spaltprodukte während der Unfallabläufe. Die GRS berechnet hier unter anderem die Unfallabläufe in den baugleichen Blöcken 2 und 3 in Fukushima Daiichi mit dem von der GRS entwickelten Simulationsprogramm AC² (ATHLET-CD /COCOSYS ). Darüber hinaus werden die Fachleute der GRS sich mit sogenannten Rückrechnungen der Spaltproduktfreisetzung aus den Anlagen befassen.

Weiterhin haben sich Fachleute der GRS zwischen November 2013 und Dezember 2016 an der „Senior Expert Group on Safety Research Opportunities Post-Fukushima“ der OECD/NEA beteiligt. Aufgabe dieser Arbeitsgruppe war es, Forschungsbedarf und offene sicherheitstechnische Fragestellungen zu identifizieren. Außerdem wurden Vorschläge für mögliche Untersuchungen (z. B. Entnahme von Proben des geschmolzenen Kernmaterials) beim Rückbau der Anlagen in Fukushima erarbeitet, mit denen bestehende Wissenslücken im Hinblick auf den Unfallablauf geschlossen werden können. Die OECD/NEA veröffentlichte den Bericht 2017.

Mitarbeit an IAEO-Bericht

Neben ihren eigenen Forschungstätigkeiten hat sich die GRS im Auftrag des Bundesumweltministeriums an der Erarbeitung des Berichts „The Fukushima Daiichi Accident“ der Internationalen Atomenergie-Organisation (IAEO) beteiligt. Bestehend aus dem „IAEA Director General´s Report“ und fünf Fachbänden bietet der im August 2015 veröffentlichte Bericht die derzeit umfassendste Zusammenfassung der Erkenntnisse zu Ursachen, Ablauf und Folgen des Unfalls.

[Stand: Februar 2020]