Dies ist eine Übersetzung eines Blogposts des MIT: "Explanation of Hydrogen Explosions at Units 1 and 3" vom 15. März 2011. Das Original kann auf mitnse.com abgerufen werden.Anmerkungen und Ergänzungen von mir sind (grün, kursiv und mit Klammern gekennzeichnet)
Die Explosionen die den Blöcken 1 und 3 aufgetreten sind hatte jeweils eine ähnliche Ursache. Bei einem Störfall in einem Kernkraftwerk wie z.B. ein Kühlmittelverlust-Unfall oder wenn die Stromversorgung unterbrochen wird, wird normalerweise zunächst der Druck im Reaktor reduziert. Dies geschieht durch die Öffnung der Überdruckventile am Reaktorbehälter. Das Wasser-Dampf-Gemisch in die sogenannte Kondensationskammer geleitet, welche bei diesem Reaktor die Form eines Torus hat (das ist der Fachausdruck für die Form eines Donuts). Durch das Einblasen des heißen Dampfes in die Kondensationskammer, kondensiert also verflüssigt sich ein Teil des Dampfes, was hilft den Druck im Containment niedrig zu halten.
Der Druck im Reaktor wird durch das Ablassen des Wasser-Dampf-Gemisch verringert. Es ist dann viel einfacher Wasser in den Behälter zu pumpen, wenn es einen geringerer Druck herrscht, wodurch es leichter ist den Brennstoff zu kühlen. Dieses Verfahren war nach dem Erdbeben in vollem Gange. Leider entstand, wegen der enormen Stärke des Bebens, eine ebenso großer Tsunami. Dieser Tsunami setzte die lokalen Diesel-Generatoren sowie die elektrische Schaltanlage außer Gefacht. Ohne Strom für Pumpen, um die Wärme zu reduzieren, begann die Temperatur des Wassers im Reaktor zu steigen.
Mit der steigenden Wassertemperatur im Kern, begann ein Teil des Wassers zu verdampfen und schließlich lagen einige der Brennstäbe im Trockenen (ragten also teilweise über den Wasserstand hinaus). Die äußerste Schicht der Brennstäbe besteht aus einer Zirkonium-Legierung. Wenn Zirkonium heiß genug und Sauerstoff vorhanden ist (Der Dampf liefert den Sauerstoff), dann kann es eine Reaktion geben, die Wasserstoffgas erzeugt. Wasserstoff ist bei Konzentrationen von über 4% leicht entzündlich wenn er mit Sauerstoff gemischt wird, aber jedoch nicht wenn auch übermäßiger Dampf vorhanden ist.
Im Laufe der Zeit stieg der Druck im Containment zu einem viel höheren Niveau als üblich an. Das Containment ist die größte Barriere für die Freisetzung von radioaktiven Elementen in die Umwelt und sollte um keinen Preis versagen dürfen. Die geplante Reaktion auf ein Ereignis wie dieses ist, einigen Dampf in die Atmosphäre entweichen zu lassen, nur um den Druck unter Kontrolle zu halten.
Was als nächstes geschah ist nicht überprüft, jedoch ist das Folgende wahrscheinlich die allgemeine Erklärung für die Explosion. Es wurde beschlossen den Dampf durch einige Rohrleitungen in den Raum oberhalb und außerhalb des Sicherheitsbehälters aber im Inneren des Reaktorgebäudes zu führen. An dieser Stelle wurden der Dampf und das Wasserstoff-Gas mit der Luft in den oberen Teil des Reaktorsgebäude gemischt. Das war noch keine explosive Mischung, da große Mengen an Wasserdampf mit dem Wasserstoff und dem Sauerstoff (aus der Luft) gemischt waren. Allerdings ist die Spitze des Gebäudes durch das Wetter draußen deutlich kälter als im Sicherheitsbehälter. Diese Situation würde dazu führen, dass ein Teil des Dampfes zu Wasser kondensiert wodurch die Konzentration des Wasserstoff-Luft-Gemischs ansteigt. Das ging wahrscheinlich für einen längeren Zeitraum gut bis irgendwann eine Zündquelle (z. B. ein Funke von elektrischen Geräten) die Explosion auslöste, die in den Blöcken 1 und 3 zu sehen war gesetzt. Der obere Teil des Reaktorgebäudes wurde schwer beschädigt, jedoch zeigte das Containment keine Anzeichen von Schäden.
Gleich nach den Explosionen wurden Spitzen in der Strahlung gemessen, da es einige radioaktive Stoffe in dem Dampf gab. Als die Ummantelung bestehend aus der Zirkoniumlegierung reagierte und Wasserstoff erzeugte, wurden einige Spaltprodukte freigesetzt. Die überwiegende Mehrheit der radioaktiven Stoffe im Brennstoff wird in dem Brennstoff bleiben. Allerdings sind einige der Spaltprodukte Edelgase (Xenon, Krypton und Xe, Kr) und diese verlassen sofort die Brennstäbe, wenn die Integrität der Ummantelung beeinträchtigt wird. Glücklicherweise sind Xe und Kr keine ernsthafte radiologische Gefahr, weil sie chemisch inert sind (also sehr sehr ungern mit anderen Stoffen reagieren) und sie werden daher nicht mit Menschen, (Tieren) oder Pflanzen reagieren. Darüber hinaus können kleine Mengen von Jod (I) und Cäsium (Cs) mit dem Dampf mitgerissen werden. Wenn der Dampf abgelassen das Reaktorgebäude wurde, würde die Xe und Kr sowie einige kleine Mengen von I und Cs gefolgt. Somit wurden diese Radionuklide ebenfalls freigesetzt, als das Dach des Reaktorgebäudes beschädigt wurde. Dies ist der Grund warum eine plötzlicher Anstieg der Strahlung zu sehen war. Diese erhöhte Strahlung ist wieder schnell gesunken. Das passierte, da es keine Schäden an der Eindämmung gab, die die Menge der freigesetzten Radionuklide erhöht hätte und die Radionuklide, die bei der Explosion freigesetzt wurden, sich schnell verteilten oder zerfielen.
Explosion in Block 2
Aus aktuellen Informationen geht hervorgeht, dass das Containment von Block 2 möglicherweise beschädigt ist. Die Druckentlastung ist durch ein fehlerhaftest Ablassventil kompliziert worden. Das wiederum hat das Einpumpen von Meerwasser und das ablassen des Dampfs und des Wasserstoffs kompliziert. Es wurde berichtet, dass die Brennstäbe zweimal vollständig ausgesetzt waren. Weitere Details folgen.
Feuer in Block 4
Es wurde über ein Feuer in Block 4 berichtet, der schon vor dem Erdbeben und dem Tsunami für eine geplante Wartung heruntergefahren worden war. Aktuelle Berichte zeigen, dass das Feuer gelöscht wurde. Weitere Details folgen.
(Update 16/03/2011 22:25 GMT : Block 4 brennt wieder - ich konnte keine gesicherten Informationen dazu finden was dort brennt)
Die Explosionen die den Blöcken 1 und 3 aufgetreten sind hatte jeweils eine ähnliche Ursache. Bei einem Störfall in einem Kernkraftwerk wie z.B. ein Kühlmittelverlust-Unfall oder wenn die Stromversorgung unterbrochen wird, wird normalerweise zunächst der Druck im Reaktor reduziert. Dies geschieht durch die Öffnung der Überdruckventile am Reaktorbehälter. Das Wasser-Dampf-Gemisch in die sogenannte Kondensationskammer geleitet, welche bei diesem Reaktor die Form eines Torus hat (das ist der Fachausdruck für die Form eines Donuts). Durch das Einblasen des heißen Dampfes in die Kondensationskammer, kondensiert also verflüssigt sich ein Teil des Dampfes, was hilft den Druck im Containment niedrig zu halten.
Der Druck im Reaktor wird durch das Ablassen des Wasser-Dampf-Gemisch verringert. Es ist dann viel einfacher Wasser in den Behälter zu pumpen, wenn es einen geringerer Druck herrscht, wodurch es leichter ist den Brennstoff zu kühlen. Dieses Verfahren war nach dem Erdbeben in vollem Gange. Leider entstand, wegen der enormen Stärke des Bebens, eine ebenso großer Tsunami. Dieser Tsunami setzte die lokalen Diesel-Generatoren sowie die elektrische Schaltanlage außer Gefacht. Ohne Strom für Pumpen, um die Wärme zu reduzieren, begann die Temperatur des Wassers im Reaktor zu steigen.
Mit der steigenden Wassertemperatur im Kern, begann ein Teil des Wassers zu verdampfen und schließlich lagen einige der Brennstäbe im Trockenen (ragten also teilweise über den Wasserstand hinaus). Die äußerste Schicht der Brennstäbe besteht aus einer Zirkonium-Legierung. Wenn Zirkonium heiß genug und Sauerstoff vorhanden ist (Der Dampf liefert den Sauerstoff), dann kann es eine Reaktion geben, die Wasserstoffgas erzeugt. Wasserstoff ist bei Konzentrationen von über 4% leicht entzündlich wenn er mit Sauerstoff gemischt wird, aber jedoch nicht wenn auch übermäßiger Dampf vorhanden ist.
Im Laufe der Zeit stieg der Druck im Containment zu einem viel höheren Niveau als üblich an. Das Containment ist die größte Barriere für die Freisetzung von radioaktiven Elementen in die Umwelt und sollte um keinen Preis versagen dürfen. Die geplante Reaktion auf ein Ereignis wie dieses ist, einigen Dampf in die Atmosphäre entweichen zu lassen, nur um den Druck unter Kontrolle zu halten.
Was als nächstes geschah ist nicht überprüft, jedoch ist das Folgende wahrscheinlich die allgemeine Erklärung für die Explosion. Es wurde beschlossen den Dampf durch einige Rohrleitungen in den Raum oberhalb und außerhalb des Sicherheitsbehälters aber im Inneren des Reaktorgebäudes zu führen. An dieser Stelle wurden der Dampf und das Wasserstoff-Gas mit der Luft in den oberen Teil des Reaktorsgebäude gemischt. Das war noch keine explosive Mischung, da große Mengen an Wasserdampf mit dem Wasserstoff und dem Sauerstoff (aus der Luft) gemischt waren. Allerdings ist die Spitze des Gebäudes durch das Wetter draußen deutlich kälter als im Sicherheitsbehälter. Diese Situation würde dazu führen, dass ein Teil des Dampfes zu Wasser kondensiert wodurch die Konzentration des Wasserstoff-Luft-Gemischs ansteigt. Das ging wahrscheinlich für einen längeren Zeitraum gut bis irgendwann eine Zündquelle (z. B. ein Funke von elektrischen Geräten) die Explosion auslöste, die in den Blöcken 1 und 3 zu sehen war gesetzt. Der obere Teil des Reaktorgebäudes wurde schwer beschädigt, jedoch zeigte das Containment keine Anzeichen von Schäden.
Gleich nach den Explosionen wurden Spitzen in der Strahlung gemessen, da es einige radioaktive Stoffe in dem Dampf gab. Als die Ummantelung bestehend aus der Zirkoniumlegierung reagierte und Wasserstoff erzeugte, wurden einige Spaltprodukte freigesetzt. Die überwiegende Mehrheit der radioaktiven Stoffe im Brennstoff wird in dem Brennstoff bleiben. Allerdings sind einige der Spaltprodukte Edelgase (Xenon, Krypton und Xe, Kr) und diese verlassen sofort die Brennstäbe, wenn die Integrität der Ummantelung beeinträchtigt wird. Glücklicherweise sind Xe und Kr keine ernsthafte radiologische Gefahr, weil sie chemisch inert sind (also sehr sehr ungern mit anderen Stoffen reagieren) und sie werden daher nicht mit Menschen, (Tieren) oder Pflanzen reagieren. Darüber hinaus können kleine Mengen von Jod (I) und Cäsium (Cs) mit dem Dampf mitgerissen werden. Wenn der Dampf abgelassen das Reaktorgebäude wurde, würde die Xe und Kr sowie einige kleine Mengen von I und Cs gefolgt. Somit wurden diese Radionuklide ebenfalls freigesetzt, als das Dach des Reaktorgebäudes beschädigt wurde. Dies ist der Grund warum eine plötzlicher Anstieg der Strahlung zu sehen war. Diese erhöhte Strahlung ist wieder schnell gesunken. Das passierte, da es keine Schäden an der Eindämmung gab, die die Menge der freigesetzten Radionuklide erhöht hätte und die Radionuklide, die bei der Explosion freigesetzt wurden, sich schnell verteilten oder zerfielen.
Explosion in Block 2
Aus aktuellen Informationen geht hervorgeht, dass das Containment von Block 2 möglicherweise beschädigt ist. Die Druckentlastung ist durch ein fehlerhaftest Ablassventil kompliziert worden. Das wiederum hat das Einpumpen von Meerwasser und das ablassen des Dampfs und des Wasserstoffs kompliziert. Es wurde berichtet, dass die Brennstäbe zweimal vollständig ausgesetzt waren. Weitere Details folgen.
Feuer in Block 4
Es wurde über ein Feuer in Block 4 berichtet, der schon vor dem Erdbeben und dem Tsunami für eine geplante Wartung heruntergefahren worden war. Aktuelle Berichte zeigen, dass das Feuer gelöscht wurde. Weitere Details folgen.
(Update 16/03/2011 22:25 GMT : Block 4 brennt wieder - ich konnte keine gesicherten Informationen dazu finden was dort brennt)
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