Kettenreaktion 30.sep1999? | Naturwissenschaften allgemein

45 Antworten zu dieser Frage

Antwort von nach einer Stunde hilfreich

Re: Kettenreaktion 30.sep1999?

Hi,

also ich versuch mal das wirre Gelabere aus den Nachrichten etwas zu sortieren. Keine Garantie, dass das alles so stimmt, dazu gibt es noch zu wenig Informationen.

1.) der Unfall ist in keinem Atomkraftwerk sondern in einer Brennelementefabrik passiert.

2.) Vermutliches Geschehen:

a) Vorbemerkungen:
Der Brennstoff fuer Atomkraftwerke ist das Uran-Isotop 235. In der Natur kommt jedoch hauptsaechlich das nicht spaltbare Isotop Uan 238 vor. In natuerlichem Uran betraet der Anteil von U-235 etwa 0.8 %. Brennelemente in Leistungsreaktoren muessen jedoch mindestens 3% U-235 enthalten, die Brenelemente fuer Forschungsreaktoren haben eine Anreicherung von etwa 20% U-235, und Hochleistungsreaktoren und Atomwaffen verwenden Uran mit einer Anreicherung von > 90% U-235.
In dieser Brenelementefabrik in Japan wird nun diese Anreicherung durchgefuehrt. Dazu wird das Natururan zunaechst in die gasfoermige Verbindung UF6 (Uranhexaflourid) umgesetzt. Dieses Gas wird dann in Hochleistungszentrifugen gefuellt um eine Trennung der verschieden schweren Isotope zu erreichen. Nach diesem Prozess wird durch Zusatz von Wasser das UF6 in UO2 umgewandelt.

b) Was ist eine Kernspaltung, was Kritikalitaet:

Bei der Kernspaltung fallen die Urankerne auseinander in zwei etwa halb so schwere Kerne, die allerdings radioaktiv sind. Dieser Kernzerfall wird durch Neutronen ausgeloest. Diese Neutronen stammen aus der natuerlichen Hoehenstrahlung und zu einem kleinen Teil auch aus dem Uran selbst. Bei der Spaltung enstehen 2 bis 3 weitere Neutronen, die ihrerseits wieder weitere Kernspaltungen ausloesen koennen.
Falls genug Urankerne vorhanden sind und diese dicht genug beieinanderliegen, so tritt eine sogenannte Kettenreaktion auf, das bedeutet es werden so viele Neutronen bei der Kernspaltung produziert wie auch bei der Kernspaltung anderer Kerne verbraucht werden.
Man spricht dann von Kritikalitaet. Die Menge Uran, die benoetigt wird, um die Kritikalitaet zu ereichen heisst die "kritische Masse".
Falls mehr Neutronen produziert werden als bei der weiteren Kernspaltung verbraucht werden, so spricht man von einer ueberkritischen Reaktion, diese tritt bei der Explosion von Atombomden auf.

Eine Randbedingung ist noch zu beachten. Nicht alle Neutronen, die bei der Kernspaltung freiwerden sind auch in der Lage, weitere Kerne zu spalten. Sie muessen zunaechst abgebremst werden. Ein solcher Moderator, der das Abbremsen bewirkt ist zum Beispiel Wasser, welches auch fuer die chemische Umsetzung, bei der der Unfall eingetreten ist, benoetigt wird, also planmaessig dem Uran zugesetzt wurde.

c) Was ist passiert?

So wie es aussihet wurde zu viel Uran in den Behaelter gefuellt, in dem die chemische Umsetzung passieren sollte. Gesprochen wird von einer Menge zwischen 6 und 16 kg Uran. Dies ist weitaus weniger als in Atomkraftwerken eingesetzt wird. Angeblich wurde ein "blauer Blitz" beobachtet, dies ist die sogenannte Cherenkov-Strahlung, die bei Kernzerfaellen auftritt. Dabei werden aus dem Atomkern Elektronen abgegeben, die schneller fliegen als die Lichtgeschwindigkeit im Wasser (Die Lichtgeschwindigkeit im Wasser ist kleiner als die Lichtgeschwindigkeit im Vakuum, welche laut Einstein nicht ueberschritte werden kann). Diese schnellen Elektronen werden nun abgebremst und geben ihre Bewegungsenergie als blaues Leuchten ab. Das Auftreten dieser blauen Strahlung weisst auf eine Kritikalitaet hin.

d) Welche Gefahren enstehen dadurch?

Zunaechst einmal treten in unmittelbarer Naehe der Kernreaktion grosse Strahlendosen auf, die fuer das Personal in der naeheren Umebung (was genau unter "naeherer Umgebung" zu verstehen ist haengt davon ab wieviel Uran und in welcher Anreicherungsstufe beteiligt ist) toedlich sind. Ein Grossteil dieser Srahlung wird jedoh bereits von den Gebaeudemauern bzw. der Luft abgeschirmt. Generell ist bei solchen Unfaellen Abstand der beste Schutz, die Strahlendosis sinkt mit dem Quadrat des Abstandes.
Eine weitere Gefahr geht von dem UF6 aus, welches zum einen radioaktov ist, jedoch auch ein starkes Gift darstellt (Uran ist ein Schwermetall). Es muss also auf jeden Fall verhindert werden, dass UF6 freigesetzt wird. Allerdings ist UF6 sehr instabil, so dass es bei einer Freisetzung sofort mit der Luftfeuchtigkeit reagiert und damit auch nur im Umkreis von einigen Kilometern eine Gefahr darstellt.
Bei einer Kernreaktion entstehen radioakive Spaltprodukte, die teilweise ebenfalls gasfoermig sind (das kennen wir alle noch von Tschernobyl, Iod, Caesium, Radon, Xenon etc.). Da jedoch nur geringe Mengen Uran an dem Vorfall beteiligt sind duerften nicht allzu viele Spaltprodukte freiwerden.

Fazit: Anhand der derzeit (22 Uhr) vorliegenden Informationen ist von einer erheblichen lokalen Srahlungsgefahr auszugehen, die sich jedoch auf das Btriebsgelaende und die naehere Umgebung beschraenkt, Auswirkungen in Europa sind zur Zeit nicht zu erwarten. Die groesste Gefahr bei einem solchen Kritikalitaetsunfall, eine Kernexplosion ist gluecklicherweise nicht eingetreten, dadurch ist die groesste Gefahr bereits gebannt.
Solch ein aehnlicher Unfall ist uebrigens auch in den 80er Jahren im damaligen Jugslawien aufgetreten. Damals wurden Brennelemente montiert und es standen zu viele Leute um den Brenstoff herum. Ein menschlicher Koerper ist ein hervorragender Neutronenmoderator, dadurch entstanden genug der sogenannten thrmischen Neutronen und es kam zur Kritikalitaet.

e) Moegliche Gegenmassnhamen:

- Stoppen der Kernreaktion durch neutronenabsorbierende Materialien (Borsaeure, Cadmium).

- Stoppen der Kernreaktion durch entfernen des Wassers. Die Neutronen werden dann nicht mehr abgebremst und koennen keine weiteren kerne mehr spalten. Dies wird wohl derzeit in Japan versucht. Gefahr hierbei: Ueberhitzung des verbleibenden Urans und dadurch Entstehen eines Brandes.

- Verhinderung der Freisetzung von radioaktivem Material durch Verschliessen des Gebaeudes.

- Abfuehren der bei der Kernspaltung und durch die Spaltprodukte entsehende Waerme.

Soweit meine Zusammenfassung der Lage anhand der frei zugaenglichen aktuellen Informationen aus Japan. Meine Einschaetzug ist keineswegs endgueltig und kann sich durch neue Informationen aendern. Trotzdem ist mit einer Gefaehrdung fuer Europa nicht zu rechnen, schon wegen des grossen Abstandes und der vergleichsweise kleinen Menge an spaltbarem Material.
Ich gehe jetzt jedenfalls ruhig schlafen.

Joern

Antwort von nach 12 Stunden hilfreich

Re^2: Kettenreaktion 30.sep1999?

Hallo, wünsche wohl geruht zu haben.

Super Antwort, dickes Lob!

Wie ich heute früh den Nachrichten entnommen habe, ist es gelungen, Borsäure unters Uran zu mischen.

Ich habe aber noch eine Frage: Das nötige Volumen zum Erreichen kritischer Massen bei bekannter Anreicherungsstufe ist bekannt und die Behälter sind so konstruiert, daß ein Überschreiten der kritischen Masse garnicht möglich ist. Eigentlich. Wie konnte das dennoch passieren ?? Soweit ich weiß, ist die gesamte Verfahrensplanung so abgestimmt, der Anlagenbau und alles andere, außerdem ist das ja auch ein Routinebetrieb, wo nicht jeden Tag neue Behälter "ausprobiert" werden und die Leute sind entsprechend ausgebildet. Hmmm, was bedeutet das für andere Anlagen, in denen mit hochspaltbaren Stoffen gearbeitet wird ?

Noch eine Frage: Zwei (drei) Arbeiter sollen massiv verstrahlt worden sein. Sie seien inzwischen wieder bei Bewußtsein, die Überlebensaussichten sind sicher nahe Null. Warum habe sie das Bewußtsein verloren ? Ich kann mir nicht vorstellen, daß der Verlust des Bewustseins eine unmittelbare, direkte Folge der Strahlenexposition ist.

Grüße
Jochen
- Antwort von nach 13 Stunden hilfreich
  
  Re^3: Kettenreaktion 30.sep1999?
  
  Moin erstmal,
  
  da sprichst Du ein entscheidendes Problem an. Sicher hast Du recht, das wo immer moeglich durch bauliche und organisatorische Massnahmen verhindert werden muss, dass es zu einer Kritikalitaet kommt. Aber wie ueberall gilt leider auch in der Kerntechnik, dass sich, wenn man eine idiotensichere Anlage konstruiert hat, sich ganz schnell ein noch groeserer Idiot finden wird. Und gerade Japaner sind ja fuer ihren Einfallsreichtum bekannt :-)
  Nee, jetzt mal Scherz beiseite, das Problem bei dieser Reaktion ist nunmal, dass Du mit einem Gas anfaengst und mit einem Feststoff aufhoerst, sich also das Volumen waehrend der Reaktion vermindert, der Behaelter muesste also mitschrumpfen um ein Ueberfuellen zu vermeiden. Das Problem ist auch nicht so sehr das gasfoermige UF6 selber, das hat eine so geringe Dichte das es selbst bei 100% Anreicherung nicht kritisch wird, allerdings hat der sich bildende Feststoff eine weitaus hoehere Dichte, sprich mit Fortschreiten der Reaktion sammelt sich immer mehr Uran an und irgendwann hat sich die kritische Masse abgeschieden. Es hat also vermutlich nicht gleich beim Befuellen geblitzt sondern erst mittendrin irgendwann. Ob das nun ein defektes Ventil, ein unaufmerksamer Mitarbeiter oder ein Depp war der nicht kapiert hat was er da eigentlich macht, wird zur Zeit untersucht.
  
  Dieser Fehler des zu viel Einfuellens ist jedoch eher selten, haeufiger kommt es zu Kritikalitaetsunfaellen, durch falsches stapeln von Behaeltern, sei es das beim Transport etwas verrutscht oder der Gabelstaplerfahrer noch ein bischen Platz schaffen will oder dergleichen. Behaelter mit spaltbarem Material muessen daher (zumindest in Europa) mit Abstandshaltern versehen sein, so dass man sie nicht zu nahe zusammenstellen kann. Aber auch das hilft nicht dagegen, dass irgend ein Schlauberger solche Sicherungen abmontiert. Dagegen hilft nur Schulung der Mitarbeiter, was die Japaner allem Anschein nach vernachlaessigt haben. Warum habe sie das Bewußtsein
  verloren ?
  Dazu sollte sich vielleicht ein Mediziner aeussern, aber das Nervensystem wird auch durch Strahlung angegriffen. Eine andere denkbare Ursache ist sicher Schock, so einen blauen Blitz erlebt man ja nicht jeden Tag und vermutlich ging die Sache auch nicht ganz geraeuschlos von sich. Hohe Strahlendosen fuehren auch zu Verbrennungen mit Fluessigkeitsverlust, Schmerzen ...
  
  Also es gibt sicher genug moegliche Erklaerungen warum ein Arbeiter, der sich grad ins Jenseits gebeamt hat in Ohnmacht faellt, ohne jedoch die genauen Umstaende und aufgetretenen Strahlendosen zu kennen, laesst sich das abschliessend nicht beantworten.
  
  Schoenes Wochenende
  
  Joern
  - Antwort von nach 16 Stunden hilfreich
    
    Re^4: Kettenreaktion 30.sep1999?
    
    Dieser Fehler des zu viel Einfuellens ist
    jedoch eher selten, haeufiger kommt es zu
    Kritikalitaetsunfaellen, durch falsches
    stapeln von Behaeltern, sei es das beim
    Transport etwas verrutscht oder der
    Gabelstaplerfahrer noch ein bischen Platz
    schaffen will oder dergleichen. Behaelter
    mit spaltbarem Material muessen daher
    (zumindest in Europa) mit Abstandshaltern
    versehen sein, so dass man sie nicht zu
    nahe zusammenstellen kann. Aber auch das
    hilft nicht dagegen, dass irgend ein
    Schlauberger solche Sicherungen
    abmontiert. Dagegen hilft nur Schulung
    der Mitarbeiter, was die Japaner allem
    Anschein nach vernachlaessigt haben.
    Wo du mir dieses Thema nun soooo schmackhaft gemacht hast kannst du jetzt nicht einfach ins Wochenende, es sei denn du rufst diese Site von zu Hause aus ab !!! ;)
    Wieso ist ein Stapeln dieser Behälter mit mangelhaftem Sicherheitsabstand kritisch ???
    Spielen Berührungen eine Rolle (Kapazitäten) ???
    Oder kann ich daraus schließen, daß dieser Behälter eben nicht ganz soooo dicht ist wie er nach meinem Verständnis (100%) sein sollte ???
    
    Versteh´ mich nicht falsch ... ich bin kein Grüner oder dergleichen, der deine Antwort gleich morgen in der Zeitung veröffentlicht, ich habe nur mittlerweile einen ziemlichen Wissensdurst !!! ;)
    
    Das ist dann leider der Nachteil, wenn man mit Erfolg auf "Wissenschaft verständlich" getrimmt wurde ... man wird gelöchert !!!
    
    Greetinx Latze ... und schönes Wochenende !!!
    
    P.S.: Aber sei dir sicher, daß ich Samstag Zeit finden werde hier nach der Antwort zu gucken !!! ;)
    - Antwort von nach 17 Stunden hilfreich
      
      Re^5: Kettenreaktion 30.sep1999?
      
      Wieso ist ein Stapeln dieser Behälter mit
      mangelhaftem Sicherheitsabstand kritisch
      ???
      Es kommt letztendlich nicht auf die Masse
      an Uran an, sondern wichtig fuer das Eintreten der Kritikalitaet ist, dass sich
      (zahlenmaessig) genug Urankerne in einem
      bestimmten Volumen befinden, so dass von den
      bis zu 3 Neutronen die bei einer Kernspaltung entstehen mindestens eines wieder einen Urankern trifft und eine Spaltungsreaktion ausloest (wir erinnern uns, Neutonen muessen eine bestimmte Geschwindigkeit haben, um eine Kernspaltung ausloesen zu koennen und nicht jeder Kern wird auch wirklich von einem eintreffenden Neutron gespalten, die Wahrscheinlichkeit fuer eine Reaktion zwischen Neutron und Atomkern bezeichnet man uebrigens als den Einfangquerschnitt des Kernes).
      Also wenn jedenfalls genug Urankerne umeinander angeordnet sind, dann kann eine Kritikalitaet entstehen, vorausgesetzt die Neutronen koennen ungehindert von einem Kern zum naechsten kommen. Zum Verhindern einer Kritikalitaet kann man also entweder den Abstand zwischen den Urankernen erhoehen (damit sinkt die Wahrscheinlichkeit, dass ein Neutron einen Urankern trifft) oder man absorbiert die Neutronen.
      Das Problem dabei ist jedoch, dass sich Neutronen zwar gut abbremsen lassen (das Problem loesst sich dann von selbst, da Neutronen ausserhalb des Atomkerns nur eine Halbwertzeit von 15 Minuten haben) man sie jedoch schlecht absorbieren kann. Vor allem entsteht bei der Absorption von Neutronen radioaktive Strahlung, die ihrerseits wieder absorbiert werden muesste. Dies wuerde also bedeuten, dass man jedes Broeckchen Uran in einen riesigen Behaelter packen muesste und selbst dann gaebe es noch immer keine 100%ige Abschirmung. Uran selbst erzeugt nur eine schwache radioaktive Strahlung, die sogenannte Alpha-Strahlung, welche nicht mal durch ein Blatt Papier dringt, jedoch aeusserts gefaehrlich ist, falls Uran in den Koerper gelangt, da diese Strahlung auf ihrem kurzen Weg sehr viel Energie abgibt.
      Jedenfalls geht man aus diesen Gruenden in der Praxis den zweiten Weg, dass man einfach den Abstand zwischen den Urankernen erhoeht. Dazu wird die Menge Uran die in einem Behaelter sein draf begrenzt und aussen an dem Behaelter befinden sich Abstandshalter, meistens ein Drahtkorb oder Noppen, so dass zwischen zwei Behaeltern ein Mindestabstand eingehalten werden muss. Auf Transportfahrzeugen befinden sich oft Mulden in die die Behaleter gestellt werden oder Bohrungen im Boden, an denen sie festgeschraubt werden. Das alles nuetzt aber nichts, wenn die Behaleter nicht richtig befestigt werden und dann waehrend der Fahrt verrutschen oder jemand die Menge, die auf einem Fahrzeug transportiert werden darf, einfach ueberschreitet und vielleicht sogar Behaelter uebereinanderstapelt. Versteh´ mich nicht falsch ... ich bin
      kein Grüner oder dergleichen, der deine
      Antwort gleich morgen in der Zeitung
      veröffentlicht, ich habe nur mittlerweile
      einen ziemlichen Wissensdurst !!! ;)
      Das ist ja auch gut so, weil Verstaendnis beseitigt Angst. Wenn man verstanden hat, was da passiert, dan weiss man auch wie man sich schuetzen kann, bzw. verhindert, dass so etwas noch einmal passiert.
      Information ist Schutz, und aufgeschlossene Fragen zu dem Thema werde ich auch weiterhin gerne beantworten.
      
      Uebrigens, wer den Weg nach Hamburg nicht scheut und Interesse hat, kann sich gerne mal einen Atomreaktor aus der Naehe ansehen. Einfach Mail an mich schicken oder an
      [E-Mail-Adresse entfernt]
      
      Joern
      - Antwort von nach 22 Stunden hilfreich
        
        Re^6: Kettenreaktion 30.sep1999?
        
        Hello Joern,
        
        auch von meiner Seite grossen Dank fuer das Verstaendlichmachen komplexer Vorgaenge.
        
        Dieses Wissen erklaet sicher auch jenen schweren Stoerfall in MINJU , Japan, 1995, den die Ingenieure der Betreiber fuer voellig unmoeglich hielten !!!
        
        Und das ist eigentlich was mir angst macht:
        mit voll ueberzeugendem Ing.Wissen wird glaubhaft gemacht, das alles im Griff sei und dann dieses menschliche Versagen ?
        
        Und genau das glaube ich einfach nicht !
        
        Wenn der Konzern und Nuclearproducer Hitachi gerade jetzt in Japan 10 TAUSENDE Worker Zuhause laesst - das muss man sich mal vorstellen, das ist ein ganz gravierender Vorgang - dann haben die Fachleute diese Technik nicht im Griff,
        Stoerfaelle gibts auch im HIGH TECHLAND JAPAN, D , US etc.
        
        Das muss man sich mal so richtig vor Augen fuehren, es ist eigentlich UNGLAUBLICH, ueber 50 Menschen sind in Japan schon vertrahlt , sorry, alles im Griff, menschliches Versagen ?
        
        No Sir, die unendlichen Mengen Stoerfaelle bei AKW's , wo Menschen "draufgehen" belegen nicht nur Restrisiken wie ueblich auch bei HIGHTECH , sondern konkret unbeherrschbare Techniken, die Menschen - auch Fachleute -ueberfordern.
        
        Und daher gehoert die Kerntechnik immer wieder auf den knallharten Pruefstand, und muss sich sehr wohl fragen lassen, warum, weshalb, wieso noch weiterhin.
        
        Tschau, schoenes Wochenende
        Onkel Tom [Bei dieser Antwort wurde das Vollzitat nachträglich automatisiert entfernt]
      - Antwort von nach 23 Stunden hilfreich
        
        autofahren ist gefährlicher!
        
        Und das ist eigentlich was mir angst
        macht:
        mit voll ueberzeugendem Ing.Wissen wird
        glaubhaft gemacht, das alles im Griff sei
        und dann dieses menschliche Versagen ?
        Hi Tom,
        nur mal am Rande bemerkt, wenn Dir die Pannen aus menschlichem Versagem Angst machen, ....
        fährst Du nicht Auto,
        gehst nicht zu Fuss,
        fliegst nicht mit dem Flugzeug,
        fährst nicht mit der Bahn????
        ... oder hast Du einfach nur Angst (oder ein ungutes Gefühl), wenn es um Radioaktivität geht????
        übrigens bereitet die EG gerade eine neue Richtlinie vor, um die Bevölkerung vor NATÜRLICHER Radioaktivität zu schützen...
        Gruß
        Ayla
      - Antwort von nach einem Tag hilfreich
        
        Re: autofahren ist gefährlicher! NO !
        
        Hello Ayla,
        
        danke ,habe davon gehoert,aber das Problem ist nicht das menschlische Versagen, was mir angst macht - sorry, eher langsam rasend - ist die Unfaehigkeit der Ing.-Kunst, die z.B. die fast 36 STOERFAELLE von Jan.1999 bis heute , also in 9 Monaten, ALLEIN an DEUTSCNEN AKW's zulaesst /nicht verhindert,also nicht beherrscht und dann wie in Japan alles "schoen'redet.
        
        Und die deutsche Atom -Industrie spricht HEUTE noch im Netz von abnehmenden Atomgegenern.
        
        Das ist ja wirklich zum HEULEN.
        
        Ich bin im Prinzip NICHT gegen AKW's, aber es muss doch bei diesen MillardenProjekten in HIGHTECH-Laendern wie JAPAN, D, USA MOEGLICH sein sichere AKW' zu bauen !
        
        Und das klappt nicht,denn die gravierenden und Mengen an Stoerfaellen mit Verstrahlten, Toten beweisen das Gegenteil !
        
        Wenn ich DIR diese Stoerfaelle allein aus 99 poste, trifft dich der Schlag !
        
        Tschau
        Onkel Tom
        
        P.S. ich bin bisher rund 2 Millionen KM gefahren, das macht weniger angst als unbeherrbare Technik. [Bei dieser Antwort wurde das Vollzitat nachträglich automatisiert entfernt]
      - Antwort von nach einem Tag hilfreich
        
        Re^2: autofahren ist gefährlicher! NO !
        
        fast 36 STOERFAELLE von Jan.1999 bis
        heute
        Wo haste denn die Zahl her? Hast Du da auch mitgezaehlt, wenn sich der Reaktoroperateur beim popeln den Finger verstaucht hat?
        (kein Witz, auch sowas ist ein meldepflichtiges Ereignis, wenn es im Reaktorkontrollraum passiert). Ich bin im Prinzip NICHT gegen AKW's,
        aber es muss doch bei diesen
        MillardenProjekten in HIGHTECH-Laendern
        wie JAPAN, D, USA MOEGLICH sein sichere
        AKW' zu bauen !
        Noe, leider nicht. Nix ist 100%ig sicher. Wobei, siehe Japan, ja nicht nur die AKW's das Problem sind. Wenn ich DIR diese Stoerfaelle allein aus
        99 poste, trifft dich der Schlag !
        Mach mal bitte, wuerde ich gerne mal mit der Liste der wirklich gemeldeten Ereignisse vergleichen. P.S. ich bin bisher rund 2 Millionen KM
        gefahren, das macht weniger angst als
        unbeherrbare Technik.
        Naja das Auto steuerst Du selber und kannst es also beeinflussen. Wenn Du eine Reaktor steuern wuerdest, dann haettest Du wahrscheinlich auch mehr Vertrauen dazu.
        
        Nix gegen Deine Meinung, aber solch unsachliches Getoese hilft nimandem, das steiger hoechstens die Angst, und fuer Panikmache ist schon die Bild zustaendig.
        
        Joern

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