Fukushima - Überblick zu den Arbeiten auf dem Anlagengelände neun Jahre nach dem Reaktorunfall

05.03.2020

Neun Jahre sind vergangen, seit ein Tsunami am 11. März 2011 am japanischen Kernkraftwerksstandort Fukushima Daiichi zu einem schweren Reaktorunfall geführt hat. Nach der Beseitigung der unmittelbaren Unfallfolgen stehen für den Betreiber Tepco bereits seit einigen Jahren die Arbeiten zum Rückbau und der Stilllegung der beschädigten Reaktoren im Mittelpunkt. Hierfür waren im Januar 2020 täglich etwa 3.900 Arbeiter auf der Baustelle beschäftigt. Öffentliche Aufmerksamkeit erfahren in jüngster Zeit die Diskussionen über mögliche Entsorgungsoptionen des auf dem Anlagengelände gelagerten, kontaminierten Wassers.

Abbildung 1: Das Standbild aus einer Videoaufnahme zeigt, wie der Ladekran ein Brennelement aus dem Lagerbecken von Block 3 hebt (Quelle: Tepco).

Bergung der Brennelemente aus dem Lagerbecken von Block 3

Im April 2019 begann Tepco mit dem Entladen der Brennelemente aus dem Lagerbecken von Block 3. Bislang wurden 70 der insgesamt 566 Brennelemente entnommen und in das gemeinsame Lagerbecken am Standort gebracht. Darunter sind mit Stand Anfang Februar 2020 52 unbenutzte Brennelemente und 18 benutzte. Im Sommer 2019 mussten die Arbeiten unterbrochen werden, da Störungen an den Behältern für den Transport der Brennelemente und am Ladekran festgestellt wurden. Um das Verfahren zu überprüfen und gegebenenfalls anzupassen, arbeitet Tepco derzeit mit Nachbildungen von Brennelementen. Der Abschluss der Arbeiten ist für das Frühjahr 2021 vorgesehen.      

Block 2: Bergung der Kernschmelze soll hier starten

Nach heutigem Kenntnisstand gelangte während des Unfallgeschehens in den Blöcken 1-3 Kernschmelze aus den Reaktordruckbehältern in die jeweiligen Sicherheitsbehälter. Da die Kernschmelzfragmente jedoch in den drei Gebäuden unterschiedlich verteilt sind, was deren Lage, Zustand und Menge angeht, stellt ihre Bergung den Betreiber im Zuge des Rückbauprozesses vor große Herausforderungen. Neben Aspekten des Strahlenschutzes müssen hier insbesondere Fragen zur technischen Umsetzung vorab geklärt werden. 

Tepco hält Block 2 für geeignet, dort als erstes mit der Bergung der Kernschmelze zu beginnen. In die Entscheidung flossen unter anderem die – bislang im Vergleich zu den anderen Blöcken umfangreicheren – Ergebnisse der Erkundungsfahrten diverser Roboter im Sicherheitsbehälter (z. B. Kameraaufnahmen und Entnahme von Trümmerproben) und das Arbeitsumfeld insgesamt mit ein (Zugang zum Sicherheitsbehälter ist von außen möglich, das Reaktorgebäude wurde nicht durch eine Wasserstoffexplosion beschädigt). In einem nächsten Schritt plant Tepco, mit Hilfe eines Roboterarms testweise Kernschmelzfragmente über einen seitlichen Zugang durch den Sicherheitsbehälter zu entnehmen. Sollte sich die Methode als erfolgreich erweisen, könnte laut Tepco die Bergung der Kernschmelzfragmente im Jahr 2021 beginnen.

Abbildung 2: Planungen zur Bergung von Kernschmelze: Mit Hilfe eines Roboterarms sollen über eine Öffnung im Sicherheitsbehälter Kernschmelzfragmente aus dem Inneren des Reaktors 2 geborgen werden (Foto: Tepco).

 

 

 

 

 

 

 

 

Umgang mit kontaminiertem Wasser

Derzeit fallen auf dem Anlagengelände bedingt durch Grundwasserzufluss in die Reaktorgebäude und Niederschläge täglich etwa 100 Kubikmeter kontaminiertes Wasser zusätzlich an (Stand: 3. Februar 2020). In den vergangenen Jahren hat Tepco durch verschiedene Maßnahmen wie beispielsweise den sogenannten „Eiswall“ und den Betrieb von Drainagepumpen die Menge des zutretenden Grundwassers deutlich reduzieren können. Mitte 2014 lag die Menge beispielsweise noch bei rund 550 Kubikmetern pro Tag.

Tepco möchte nach eigenen Angaben den Füllstand innerhalb der Reaktorgebäude auf einem Niveau halten, das unterhalb des Grundwasserspiegels außerhalb der Gebäude liegt. Mit dieser Maßnahme nimmt man in Kauf, dass weiterhin Grundwasser in die Gebäude eindringt. Zudem lässt sich damit aber auch vermeiden, dass bereits kontaminiertes Wasser aus den Gebäuden austritt.

Die insgesamt stetig steigende Menge an zu lagerndem kontaminiertem Wasser stellt Tecpo allerdings nach wie vor mit Blick auf die benötigten Flächen für Lagertanks vor große Herausforderungen. Mit Stand vom 23. Januar 2020 lagern laut Angaben von Tepco insgesamt rund 1.185.000 Kubikmeter Wasser verteilt auf 1.000 Tanks auf dem Anlagengelände (vgl. Portal zum Umgang mit kontaminiertem Wasser, Tepco). Der größte Teil davon (863 Tanks) wird für Wasser genutzt, das die Multinuklid-Filteranlagen (ALPS) durchlaufen hat. Diese Anlagen filtern 62 Radionuklide aus dem Wasser. Nicht herausgefiltert werden kann das radioaktive Tritium. Im vergangenen Jahr zeigte sich jedoch, dass dieses Wasser nicht – wie bis dato von Tepco kommuniziert – lediglich noch radioaktives Tritium enthält, sondern teilweise auch immer noch relevante Mengen anderer radioaktiver Stoffe wie Jod, Cäsium und Strontium. Bei mehr als 70 Prozent des gelagerten Wassers sind demnach die Grenzwerte für eine Abgabe an die Umwelt überschritten. Tepco hatte daraufhin angegeben, das Wasser weitere Male in den Multinuklid-Filteranlagen behandeln zu wollen. Diese erneute Reinigung ist nach heutigem Kenntnisstand noch nicht erfolgt. Aufgrund der stetig steigenden Wassermengen plant Tepco, die Tankkapazitäten bis Ende dieses Jahres auf 1,37 Millionen Kubikmeter auszuweiten.

Anfang Februar 2020 informierte die japanische Regierung ausländische Diplomaten darüber, welche Optionen zur Entsorgung des in den Tanks gelagerten „Tritium“-Wassers in Erwägung gezogen wurden. Demnach hält eine vom Wirtschaftsministerium METI eingesetzte Expertengruppe zwei Optionen für “realisierbar“ (vgl. Präsentation und Bericht des beauftragten Subkomitees). Eine Variante sieht die Verdampfung des Wassers vor. Dabei gelangt der Wasserdampf, der auch Tritium enthält, in die Luft bzw. in die Atmosphäre und verteilt sich dort. Da die Verteilung wetterabhängig ist, kann sie weniger gut vorhergesagt werden als beispielsweise bei einer Einleitung ins Meer.

Als weitere Variante wird die Einleitung des Wassers ins Meer genannt. Diese steht allerdings unter dem Vorbehalt, dass das einzuleitende Wasser bis auf das Tritium keine, beziehungsweise nur unterhalb der Grenzwerte liegende Mengen, anderen radioaktiven Stoffe enthält. In ihrer Präsentation verweist die Expertengruppe diesbezüglich unter anderem auf die umfangreichen Erfahrungswerte, die aus dem Betrieb von Nuklearanlagen hinsichtlich der regulären Abgabe von vergleichbaren Abwässern vorliegen. So seien etwa aus der Wiederaufarbeitungsanlage im britischen Sellafield auf der Grundlage entsprechender Genehmigungen im Jahr 2015 1.540 Terabecquerel Tritium in das Meer abgeleitet worden (siehe hierzu Präsentation des Subkomitees). Die von Tritium ausgehende Aktivität des in den Tanks gelagerten Wassers schätzt Tepco hingegen auf 860 Terabecquerel.

Die japanische Regierung hatte den Bericht der Internationalen Atomenergie-Organisation IAEO mit der Bitte um Überprüfung zur Verfügung gestellt. Diese bestätigte der Regierung eine umfassende Bewertung auf Grundlage wissenschaftlicher Methoden. Zudem schätzt die IAEO beide der genannten Optionen als technisch machbar ein und sagte Japan ihre Unterstützung zu, unter anderem was die Überwachung der Strahlungswerte angeht (siehe Meldung der IAEO).   

Anlagenzustand und radiologische Situation allgemein

Die Situation innerhalb der Reaktorgebäude ist vergleichbar mit den Vorjahren. So gibt Tepco beispielsweise an, innerhalb der Sicherheitsbehälter beziehungsweise am Boden der Reaktordruckbehälter in den vergangenen Monaten konstant Temperaturen zwischen 20 und 30 Grad Celsius gemessen zu haben. Im Mai 2019 testete Tepco in einem Versuch in Block 2 die Temperaturentwicklung nach einer Unterbrechung der die Einspeisung von Kühlmittel. Die Einspeisemenge lag zuvor bei ca. 3 Kubikmetern Wasser pro Stunde. Nach 8 Stunden wurde die Bespeisung schrittweise wieder aufgenommen. Innerhalb der 8 Stunden stieg die Temperatur am Boden des Reaktordruckbehälters um 1,2 °C. Die Auswertung des Tests sollte zur Verbesserung der Vorausberechnungen und der Notfallmaßnahmen beitragen. Den gleichen Testdurchlauf hatte Tepco im Februar 2020 für Block 3 vorgesehen. Ergebnisse hierzu sind noch nicht veröffentlicht.

Die Ortsdosisleistungen, die in jüngerer Zeit an den Messpunkten am Anlagenzaun ermittelt wurden, liegen zwischen 0,370 und 1,324 Mikrosievert pro Stunde an (Stand: 18.12.2019 bis 28.01.2020). Dies entspricht in etwa dem drei- bis zehnfachem der natürlichen Hintergrundstrahlung, die ein Mensch in Deutschland beispielsweise in Forbach im Schwarzwald an natürlicher Hintergrundstrahlung pro Stunde erhält.

Die japanische Aufsichtsbehörde NRA erfasst nach wie vor unter anderem die Messwerte zur Aktivitätskonzentration (in Becquerel pro Liter bzw. Bq/l) im Meerwasser im Umkreis von 5, 10 und 20 Kilometer um das Anlagengelände. Die im Jahr 2019  ermittelten Werte für Cäsium-134 lagen demnach im Umkreis von 5 Kilometern um die Anlage bei Werten bis maximal 0.011 Bq/l. Der höchste Messwert für Strontium-90 betrug 0.0052. Zum Vergleich: Die Weltgesundheitsorganisation (WHO) gibt als Richtlinie für Trinkwasser einen Richtwert von jeweils 10 Bq/l für Cäsium-134 und Strontium-90 an.

Ein Team aus französischen, japanischen und kanadischen Forschern hat bewertet, wie effektiv die Dekontaminationsarbeiten waren, die im Nachgang an den Reaktorunfall in den vom Fallout betroffenen Regionen durchgeführt wurden. Die japanische Regierung hatte zwischen 2011 und 2016 landwirtschaftlich genutzte und bewohnte Gebiete auf einer Gesamtfläche von mehr als 9.000 Quadratkilometern dekontaminiert. Insbesondere was das Cäsium-137 betrifft, bewerten die Forschenden in ihrer Studie die Abtragung von Erdreich als effektive Maßnahme, um eine weitere Mobilisation des Radionuklids durch Oberflächenwasser auf landwirtschaftlichen Flächen zu vermeiden. Insgesamt, so schätzen die Wissenschaftler, wurde bei den Dekontaminationsmaßnahmen rund 20 Millionen Kubikmeter kontaminierte Erde abgetragen. Deren Transport und Lagerung stellen neben der Rekultivierung der dekontaminierten Areale die wesentliche Herausforderung für die nächsten Jahre dar, resümieren die Verfasser der Studie. Eine Zusammenfassung der Studie wurde im Dezember 2019 im Fachjournal Soil veröffentlicht, das die Europäische Geowissenschaftliche Union (EGU) herausgibt.

 

Aktuelle Arbeiten der GRS zu Fukushima

Derzeit arbeitet die GRS, gefördert vom Bundeswirtschaftsministerium (BMWi), mit zahlreichen anderen internationalen Fachorganisationen im Forschungsvorhaben ARC-F „Analysis of Information from Reactor Buildings and Containment Vessels of Fukushima Daiichi NPS“ zusammen. Das Projekt wird von der Nuclear Energy Agency der Organisation für wirtschaftliche Zusammenarbeit und Entwicklung (OECD/NEA) koordiniert und befasst sich schwerpunktmäßig mit dem Verhalten radioaktiver Spaltprodukte während der Unfallabläufe sowie mit Sensitivitätsrechnungen zum Unfallablauf. Die Fachleute berechnen dabei 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 stellen sie sogenannte Rückrechnungen zur Freisetzung von Spaltprodukten aus den Anlagen an. Die dabei gewonnenen Erkenntnisse sollen detailliertere Aussagen zum Unfallgeschehen ermöglichen – beispielsweise zur Menge der noch in den Anlagen verbliebenen radioaktiven Stoffe – und damit die Planung der Bergung des Kernbrennstoffs bzw. des Rückbaus der betroffenen Reaktoren unterstützen.

Eine Übersicht weiterer Arbeiten der GRS zu Fukushima findet sich hier.

Weiterführende Informationen

 

(Aktualisierung 31.03.2020: Entfernung des Abschnitts zu den Olympischen Sommerspielen 2020. Die Spiele wurden auf Grund der Corona-Pandemie auf das Jahr 2021 verschoben)