Fukushima Daiichi, drei Jahre nach dem Unfall

05.03.2014

Am 11. März 2014 jährt sich der Unfall im Kernkraftwerk Fukushima Daiichi zum dritten Mal. Bei der Aufarbeitung seiner Ursachen sind seither deutliche Fortschritte gemacht worden, auch wenn Einzelheiten des Unfallablaufs noch nicht geklärt sind. Die Bewältigung der Unfallfolgen wird hingegen noch Jahrzehnte in Anspruch nehmen. Dies gilt für die betroffenen Gebiete ebenso wie für den Standort selbst.

Die wissenschaftliche Auswertung des Unfalls und die Umsetzung gewonnener Erkenntnisse über seinen Ablauf sind nach wie vor Gegenstand verschiedener Forschungsprojekte der GRS. So beteiligt sich die GRS als eine von weltweit acht Forschungsinstitutionen an einem Projekt der OECD, in dem die Kernschmelzunfälle in Fukushima mit unterschiedlichen Rechenprogrammen simuliert und die Ergebnisse im Nachgang miteinander verglichen werden.

Fachleute der GRS verfolgen außerdem auch heute noch kontinuierlich die aktuellen Entwicklungen am Standort Fukushima. Die Erkenntnisse hieraus fließen unter anderem in den fortlaufend aktualisierten „Wochenüberblick zur radiologischen Situation am Standort Fukushima Daiichi“ ein. Der Wochenüberblick ist über die GRS-Webseite sowie über das Fukushima-Informationsportal und den Twitter-Kanal der GRS erhältlich. Die wesentlichen Entwicklungen und Erkenntnisse seit dem zweiten Jahrestag werden darüber hinaus in der dritten, vollständig überarbeiteten Auflage des Berichts „Fukushima Daiichi 11. März 2011 - Unfallablauf, radiologische Folgen“ zusammengefasst.

Brennelementlagerbecken Block 4Den Schwerpunkt der gegenwärtigen Arbeiten auf der Anlage bilden neben der Bergung der Brennelemente aus dem Lagerbecken in Block 4 (bis zum 3. März 2014 wurden 418 von 1.533 Brennelementen entladen) und der Untersuchung der Blöcke 1 bis 3 vor allem die Maßnahmen, mit denen die Entstehung und die Freisetzungen von kontaminiertem Wasser vermindert werden sollen.

Insbesondere der stetige Austritt von radioaktiven Stoffen in die Umwelt und das Bekanntwerden von technischen Problemen oder nachträglichen Korrekturen von Messwerten durch den Betreiber TEPCO haben die Problematik des kontaminierten Wassers in jüngerer Zeit in den Fokus des öffentlichen Interesses gerückt. Die nachfolgenden Fragen und Antworten sollen deshalb einen Überblick über den derzeitigen Kenntnisstand bieten:

Woher stammt das kontaminierte Wasser?
Nach wie vor wird zur Kühlung Wasser in die Reaktordruckbehälter der Blöcke 1 bis 3 eingespeist (lt. TEPCO mit Stand 4. März 2014 in allen Blöcken zusammen 324 m3 pro Tag). Über Leckagen fließt dieses Wasser zunächst in die Druckkammer der Containments. Von dort aus gelangt es auf bislang weitgehend unbekannten Wegen in den unteren Reaktorgebäudebereich und weiter in das benachbarte Maschinenhaus. Auf seinem Weg kommt das Wasser mit dem geschmolzenen Kernbrennstoff in Kontakt und wird dadurch stark kontaminiert. Die Gesamtmenge des kontaminierten Wassers vergrößert sich zusätzlich dadurch, dass Schätzungen von TEPCO zufolge täglich zwischen 300 m³ und 400 m³ Grundwasser in die Anlagengebäude eindringen. Damit fallen insgesamt jeden Tag etwa zwischen 625 m³ und 725 m³ an kontaminiertem Wasser an.

Was geschieht mit dem kontaminierten Wasser?
Täglich wird etwa die gleiche Menge an kontaminiertem Wasser aus den Maschinenhäusern abgepumpt und anschließend zur Reinigung durch verschiedene Anlagen geleitet. Dem Wasser wird dabei neben anderen Stoffen wie Öl und Salz auch ein Teil der radioaktiven Stoffe entzogen. Das Cäsium wird in zwei Anlagen, die bereits seit Ende 2011 in Betrieb sind, zu über 99 % herausgefiltert. Die im Wasser verbleibende Restmenge an Cäsium liegt jedoch immer noch weit über den Grenzwerten, die für die Einleitung in die Umwelt gelten. Das Wasser enthält darüber hinaus noch große Mengen an anderen Radionukliden, insbesondere Strontium und Tritium. Mit Ausnahme des Tritiums, das nicht in industriellem Maßstab abgetrennt werden kann, sollen diese Stoffe aus dem Wasser in einer weiteren Anlage (als ALPS bezeichnet) herausgefiltert werden.

 

IAEA-Inspektion

Diese Anlage wurde Ende 2012 fertiggestellt. Wegen technischer Probleme befindet sie sich jedoch erst seit Ende März 2013 im Testbetrieb. Im Rahmen dieses Testbetriebs wurden bis Anfang März 2014 rd. 60.000 m³ kontaminiertes Wasser behandelt.

Der Teil des behandelten Wassers, der nicht zur Kühlung der Reaktoren benötigt wird, wird in Tanks auf dem Anlagengelände gelagert. Aktuell beläuft sich die Gesamtmenge dieses gelagerten Wassers auf rund 351.000 m³ (zzgl. zu der o. g. Menge an behandeltem Wasser).

Bei der überwiegenden Zahl der insgesamt über 1.000 Tanks handelt es sich um Konstruktionen, die nicht verschweißt, sondern aus mehreren Segmenten verschraubt wurden. Unter anderem wegen dieser Bauweise (Versagen von Dichtungen zwischen den Segmenten) kam es im vergangenen Jahr wiederholt zum Austritt von kontaminiertem Wasser in die Umgebung. TEPCO hat im Februar 2014 angekündigt, innerhalb eines Jahres 750 dieser Tanks durch verschweißte Behälter auszutauschen.

Welche Mengen an kontaminiertem Wasser gelangen aus der Anlage in die Umwelt?
Kontaminiertes Wasser gelangt vor allem auf zwei Wegen in die Umwelt: zum einen durch die bereits erwähnten Leckagen an den Lagertanks, zum anderen durch Undichtigkeiten bzw. Rohrleitungskanäle und Kabelschächte, die mit den Maschinenhäusern in Verbindung stehen.

Eine Gesamtaufstellung der durch die Tankleckagen ausgetretenen Wassermengen liegt nicht vor. Während bei dem größten Teil der von TEPCO in 2013 gemeldeten Leckagen vergleichsweise geringe Mengen ausgelaufen sind (sog. Tropfleckagen bis hin zu einigen Dutzend Litern), gelangten bei zwei Ereignissen insg. rd. 400 m³ stark kontaminiertes Wasser in die Umwelt: Im August 2013 traten ca. 300 m³ Wasser mit einer Betaaktivität von rd. 80 Mio. Becquerel/Liter (Bq/l) aus. Dieses Ereignis wurde von der japanischen Aufsichtsbehörde nach INES 3 eingestuft („ernster Störfall“).

Ende Februar 2014 liefen etwa 100 m³ Wasser mit einer Betaaktivität von rd. 230 Mio. Bq/l aus. Zum Vergleich: Der Grenzwert für Ableitungen aus der Anlage liegt für Cäsium-137 bei 90 Bq/l, für Strontium-90 bei 30 Bq/l. Durch die eingangs genannten Undichtigkeiten an den Maschinenhäusern gelangen ebenfalls radioaktive Stoffe in das Grundwasser. Schätzungen von TEPCO zufolge gelangen dadurch täglich rund 200 m³ kontaminiertes Grundwasser in den Pazifik.

GrundwasserprobenIm Februar 2014 wurden an einer Messstelle etwa 50 Meter von der Pazifikküste entfernt die bis dahin höchsten Cäsium-Konzentrationen im Grundwasser des Anlagengeländes nachgewiesen (37.000 Bq/l Cäsium-134 und 93.000 Bq/l Cäsium-137). Strontium-Messergebnisse von Proben, die in diesem Bereich des Anlagengeländes zwischen Juli und Dezember 2013 genommen wurden, hatte TEPCO zunächst nicht veröffentlicht. Zur Begründung führte TEPCO an, dass einige der Ergebnisse für den Betastrahler Strontium eine Aktivitätskonzentration aufwiesen, die oberhalb der Gesamtaktivität aller in den betreffenden Proben erfassten Betastrahler lagen (d. h. die Gesamt-Betaaktivität, von TEPCO und NRA als sog. „total β“ bzw. „gross β“ angegeben). Seit Januar 2014 werden diese Proben erneut analysiert.

Die im Februar 2014 veröffentlichten Ergebnisse zeigten daraufhin Strontium-90-Konzentrationen von bis zu 5,0 Mio. Bq/l, was deutlich über den bis dahin angenommenen Werten liegt.

Welche Mengen radioaktiver Stoffe werden im Pazifik gemessen?
Das aus der Anlage austretende kontaminierte Wasser verursacht erhöhte Konzentrationen radioaktiver Stoffe im Meerwasser. Infolge der Verdünnung nimmt die Konzentration mit zunehmender Entfernung von der Anlage ab. Das Maß der Verdünnung lässt sich an den aktuellen Messwerten für die Cäsium-137-Aktivität und die Gesamt-Betaaktivität im Meerwasser verdeutlichen:

Messwerte im Bereich des Hafens der havarierten Anlage (Quelle: TEPCO, Stand: 4. März 2014):

Cäsium-137: ca. 1 Bq/l bis 40 Bq/l
Gesamt-Beta: unter ca. 15 Bq/l bis 340 Bq/l

Messwerte bis zwei Kilometer Entfernung von der Anlage (Quelle: NRA, Stand: 4. März 2014):

Cäsium-137: bis 1,9 Bq/l
Gesamt-Beta: bis ca. 18 Bq/l

Messwerte in einer Entfernung von ca. 15 km bis ca. 20 km (Quelle: NRA, Stand: 4. März 2014):

Cäsium-137: 0,0072 Bq/l bis 0,09 Bq/l
Gesamt-Beta: wird von der NRA nicht angegeben

Im Hinblick auf die insgesamt in den Pazifik gelangende Menge an radioaktiven Stoffen ist zu berücksichtigen, dass vor allem Cäsium auch über Flüsse eingetragen wird. Dieses Cäsium wurde in den ersten Tagen des Unfalls zunächst in die Luft freigesetzt und setzte sich vor allem durch Niederschläge insbesondere in den heutigen Sperrgebieten ab. Dort gelangt es teilweise mit Regen- bzw. Schmelzwasser u. a. in Flüsse, die ins Meer münden.

Im Februar 2014 wurde erstmals Cäsium-134 im Meerwasser vor der kanadischen Pazifikküste in einer Konzentration von 0,0009 Bq/l nachgewiesen. Unter anderem wegen der kurzen Halbwertszeit von rund zwei Jahren wird davon ausgegangen, dass dieses Cäsium in der Frühphase des Unfalls aus der Anlage in Fukushima freigesetzt und mit einer großen Pazifikströmung transportiert wurde. Verschiedenen Studien zufolge wird erwartet, dass an der US-amerikanischen Westküste infolge der unfallbedingten Freisetzungen für Cäsium Aktivitätskonzentrationen bis zu etwa 0,003 Bq/l auftreten werden (der US-Grenzwert für Trinkwasser liegt bei 7,4 Bq/l)

In Fisch- und Schalentierproben des Pazifiks wird insbesondere im Bereich der Anlage regelmäßig radioaktives Cäsium nachgewiesen, teilweise auch in Konzentrationen oberhalb des japanischen Grenzwertes von 100 Bq/kg für Lebensmittel. Innerhalb des Hafenbereichs der Anlage werden aufgrund einer höheren Cäsiumkonzentration im Meerwasser deutlich höhere Werte erreicht. So wurden beispielsweise im Dezember 2013 Werte von bis zu 244.000 Bq/kg an radioaktivem Cäsium in einem Blaumäulchen nachgewiesen. Im Februar 2013 lag der Maximalwert der Cäsium-Konzentration an einem Grünling, der direkt an den Wassereinlaufbauwerken der Anlage innerhalb der schwimmenden Barrieren gefangen wurde, bei 740.000 Bq/kg.

Wie sollen die Entstehung bzw. die Freisetzung von kontaminiertem Wasser verhindert werden?
Gegenwärtig werden verschiedene Maßnahmen umgesetzt bzw. geplant, mit denen die Entstehung von kontaminiertem Wasser verringert und weitere Freisetzungen in den Pazifik verhindert werden sollen. Durch Drainagen auf der dem Meer abgewandten Seite der Reaktorgebäude soll die Menge des Grundwassers verringert werden, das in die Gebäude eintritt. An der Kaimauer des Hafens wurden Spundwände in den Boden gerammt, die den Austritt von kontaminiertem Grundwasser in den Pazifik verhindern sollen; eine weitere Barriere ist inzwischen durch Verpressen von Natriumsilicaten ("Wasserglas") im Erdreich entstanden. Mittelfristig will TEPCO um die Anlagengebäude der Blöcke 1 bis 4 herum den Boden vereisen und damit eine wasserundurchlässige Barriere schaffen.

Die Technik, mit der dieser insgesamt rund 1 Kilometer lange „Eiswall“ errichtet werden soll, ist aus dem Tiefbau bekannt. In dieser Größe und über eine Dauer von vielen Jahren wurde Vergleichbares allerdings bislang nicht umgesetzt. Zur Erprobung der Technik bereitet TEPCO aktuell die Vereisung des Bodens an einem der Rohrleitungskanäle vor, durch die vermutlich kontaminiertes Wasser in das Grundwasser gelangt.

RobotereinsatzDarüber hinaus versucht TEPCO seit 2012, mit Robotern und anderen ferngelenkten Geräten in den Reaktorgebäuden der Blöcke 1-3 die Stellen zu finden, an denen kontaminiertes Wasser aus den Sicherheitsbehältern austritt. Bislang konnten einige Leckagen gefunden und zum Teil auch abgedichtet werden. Das Verschließen dieser Lecks ist nicht nur wichtig, um einen geschlossenen Kühlkreislauf herzustellen und damit die Entstehung weiterer Mengen an kontaminiertem Wasser zu verhindern.

Die Dichtigkeit der Containments ist auch eine Voraussetzung für die bislang geplante Strategie zur Bergung der zerstörten Kerne aus den Blöcken 1 bis 3: Um die von dem Kernmaterial ausgehende Strahlung abzuschirmen, sollen die Sicherheitsbehälter geflutet und das Material anschließend mit fernbedienten Geräten von oben geborgen werden. Da ungewiss ist, ob die Sicherheitsbehälter komplett abgedichtet werden können, wird mittlerweile mit internationaler Unterstützung an der Entwicklung möglicher Alternativen gearbeitet.