Auszüge aus dem Gutachten von Lothar Hahn - Juni 1988

Sicherheitsprobleme und Unfallrisiken

Kapitel 6.) Sicherheitsprobleme und Unfallrisiken des HTR-Modul und anderer Hochtemperaturreaktoren

zum Kapitel 8.) Proliferationsprobleme bei der HTR Linie

In sicherheitstechnischer Hinsicht werden dem HTR, insbesondere aber den kleinen Hochtemperaturreaktoren HTR-Modul und HTR-100, Wunderdinge nachgesagt. Von interessierter Seite werden Behauptungen in die Welt gesetzt, die einer genauen Überprüfung nicht standhalten. Propagandafeldzüge beherrschen die Sicherheitsdebatte in der Öffentlichkeit, die notwendige differenzierte Betrachtung ist bisher unterblieben.

Damit wird von Seiten der Atomindustrie im Prinzip das gleiche Vorgehensmuster gewählt, das zu Beginn der 70er Jahre in der Sicherheitsdebatte um den Leichtwasserreaktor eingeführt wurde. Begünstigt wird ein solcher Stil, in dem Verharmlosung und Verheimlichen, Fehlinformation und Halbwahrheiten an die Stelle von offener Diskussion treten, durch eine beispiellose Abkapselung der Sicherheitsdebatte von der öffentlichen Fachdiskussion. Durch die Interessenverquickung und die zumindest ideellen Verflechtungen zwischen Behördenhandeln, Gutachterwesen (z. b. TÜV, Gesellschaft für Reaktorsicherheit= GRS), Beratungswesen (z. B. Reaktorsicherheitskommission), Großforschungseinrichtungen (z. B. Kernforschungsanlage) und Industrie wird erreicht, dass keine tatsächlich unabhängige Überwachungsinstanz existiert und eine effektive demokratische Kontrolle ausgeschaltet ist.

Als typische Folge solcher Zustände ist die Tätigkeit eines beim früher zuständigen Bundesminister des Innern (BMI) eingerichteten Ad-hoc-Gesprächskreises "Sicherheitstechnische Grundsatzfragen künftiger Hochtemperatur-Kernkraftwerke (HTR-500/HTR-Modul)" zu bewerten. Dieses Gremium aus Vertretern von Behörden, Gutachtern und Industrie hat hinter verschlossenen Türen bis 1984 Sicherheitsfragen des HTR-Modul abgesprochen. Die eigentliche Aufgabe dieses nicht kontrollierbaren Geheimgremiums war es offensichtlich, im Vorgriff auf spätere Genehmigungsverfahren eine gemeinsame Strategie und Interpretation der Sicherheitskriterien zu entwickeln, um die reibungslose Genehmigung des HTR-Moduls und des HTR-500 vorzubereiten.

Als technische Hintergründe für die behaupteten Sicherheitsvorteile des HTR werden meist die im Vergleich zum Leichtwasserreaktor geringere Leistungsdichte des Reaktorkerns, die höhere Wärmekapazität von Kern- und Strukturmaterialien sowie deren hohe Temperaturbeständigkeit genannt. Darauf aufbauend wird argumentiert, ein HTR verhalte sich bei Kühlmittelausfällen gutmütig und träge, bei Störfällen mit Ausfall der Nachwärmeabfuhr liefe der Aufheizvorgang so langsam ab, dass noch eine Vielzahl von Eingriffs- und Korrekturmöglichkeiten zur Wiederherstellung der Störfallbeherrschung bestünden. Außerdem sei ein Kernschmelzunfall wie beim Leichtwasserreaktor ausgeschlossen, da Graphit nicht schmelze, sondern bei ca. 3500 o C sublimiere, also bei Temperaturen, die bei kleinen und mittleren Hochtemperaturreaktoren ohnehin nicht erreicht werden könnten. Verallgemeinernd wird dann sinngemäß behauptet, beim HTR sei kein Unfallablauf möglich, in dessen Folge es zu radioaktiven Freisetzungen käme, die Katastrophenschutzmaßnahmen außerhalb der Anlage erforderlich machten.

Eine solche Argumentation ist als falsch und unseriös zurückzuweisen, da sie – bewusst oder unbewusst? – an den eigentlichen Sicherheitsproblemen des HTR vorbeizielt. Teilweise beruht sie sicher auf einer falschen und unkritischen Übertragung von Sicherheitsüberlegungen beim Leichtwasserreaktor auf den HTR und damit zur Überbewertung des Stellenwertes von Kühlungsausfällen beim HTR.

Das Gefährdungspotential ist wie beim Leichtwasserreaktor auch beim HTR bestimmt durch das Inventar an radioaktiven Spaltprodukten sowie durch ihre naturgesetzlich möglichen Freisetzungsmechanismen.

Das radioaktive Gesamtinventar an Spaltprodukten hängt in erster Linie von der thermischen Leistungsgröße des Reaktors und weniger vom Reaktortyp ab. Es beträgt daher beim HTR-Modul ca. 5 % von dem eines Leichtwasserreaktors der Biblis-Klasse. Demnach ist dieses Inventar immer noch so groß (ca. 2 x 1019 Becquerel), dass bereits die Freisetzung von Prozenten dieses Inventars ausreicht, massive Gesundheitsschäden bei der Bevölkerung hervorzurufen. Dies gilt umso mehr, als kleine Hochtemperaturreaktoren bevorzugt siedlungsnah errichtet werden sollen.

Bezüglich der Freisetzungsmechanismen beim HTR ist es belanglos, ob Kernschmelzen möglich ist oder nicht, sondern es kommt darauf an, ob und wann die Brennelementteilchen (("coated particel") und die Brennelemente ihre Rückhaltewirkung verlieren. Genau diese Rückhaltewirkung lässt bei Temperaturen oberhalb von 1600o C nach und geht bei Temperaturen zwischen 2000 und 2500 o C praktisch verloren. Dies sind aber genau die Temperaturen, die im THTR-300 und im HTR-500 bei Ausfall der Nachwärmeabfuhr erreicht werden. Bei einem Leck im Primärkreislauf kann es dann zu Freisetzungen in die Umgebung kommen, zumal der THTR-300 kein Containment besitzt.

Der HTR-Modul wurde unter sicherheitstechnischen Gesichtspunkten so konzipiert, dass bei Aufheizstörfällen die maximale Temperatur in den Brennelementen aufgrund passiver Wärmeabfuhr die kritische Temperatur von 1600 oC nicht überschreiten soll. Dies kann jedoch nur unter bestimmten Bedingungen gewährleistet werden, unter anderem sind die Wirksamkeit der passiven Wärmeabfuhr sowie die erfolgreiche Abschaltung erforderlich. Stehen die hierfür erforderlichen Systeme nicht zur Verfügung wenn sie benötigt werden, so können sich auch beim HTR-Modul Unfallabläufe entwickeln, in deren Verlauf die Brennelement-Temperaturen über 1600 oC ansteigen. Damit sind auch beim Modul massive Spaltproduktfreisetzungen aus den Brennelementen möglich.

Entscheidend ist aber, dass das trägere Verhalten des HTR bei Kühlungsausfall u. a. mit einer Maßnahme erkauft wurde, die die potentielle Ursache für HTR-spezifische Unfälle ist: die Verwendung von Graphit als Moderator und Strukturmaterial. Trotz Vorsorgemaßnahmen kann nicht ausgeschlossen werden, dass es zu großen Wassereinbrüchen (aus dem Sekundärkreis über Dampferzeugerlecks) und zu Lufteinbrüchen in den Primärkreis kommt. Bei zusätzlichem Ausfall von Sicherheitssystemen sind dann schwerwiegende Unfälle mit Graphit-Wasser-Reaktionen und Graphit-Bränden die Folge. Diese Unfallarten gehören auch beim HTR-Modul zu den risikodominierenden Abläufen.

Daneben gibt es noch eine Vielzahl weiterer Unfallabläufe beim HTR-Modul, von denen hier nur einige Ursachen ohne weitere Diskussion genannt werden sollten:

  • Einwirkungen von außen, z. B. Flugzeugabsturz, Explosionen, Sabotage, kriegerische Handlungen,
  • Das Versagen von passiven Komponenten, z. B. von Rohrleitungen, Druckbehältern, Flächenkühlern.

Weitere Einflüsse, die direkt oder indirekt nachteilige Auswirkungen auf die Sicherheit des HTR-Moduls haben können, sind:

  • das aus Kostengründen abgemagerte Sicherheitskonzept (z. B. das Fehlen eines Containments),
  • die (verbunden mit zahlreichen Rückschlägen) geringe Betriebserfahrung mit Hochtemperaturreaktoren,
  • die (im Vergleich zum Leichtwasserreaktor) geringere Durchdringungstiefe in den Sicherheitsanalysen,
  • das Fehlen einer umfassenden Risikoanalyse für den HTR-Modul.

Für die Sicherheitsbeurteilung des HTR-Moduls bleibt darüber hinaus – ohne dass damit alle sicherheitsrelevanten Probleme angesprochen sind – festzustellen, dass dieser Typ lediglich auf dem Papier existiert und einige der behaupteten Sicherheitsvorteile nicht konkret überprüfbar sind. Ein großer Teil auch der sicherheitstechnischen Probleme tritt erfahrungsgemäß erst dann zu Tage, wenn eine Anlage errichtet und betrieben wird, wie gerade auch das Beispiel des THTR-300 zeigt.

Als Fazit der skizzierten Sicherheitsprobleme kann festgehalten werden, dass der HTR – insbesondere in seiner kleinen Ausführung als HTR-Modul – wesentliche andere Auslegungsmerkmale als z. B. der Leichtwasserreaktor besitzt, dass auf der anderen Seite aber auch der kleine HTR seine speziellen Sicherheitsdefizite hat, die größere Unfälle nach sich ziehen können.

 


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Kapitel 8.) Proliferationsprobleme bei der HTR-Linie

Die Frage nach der Möglichkeit der Nutzung von spaltbarem Material zu waffentechnischen Zwecken ist bisher mit äußerster Sorgfalt aus der Diskussion um den HTR herausgehalten worden.

Die Untersuchung der technischen Aspekte der Proliferationsproblematik ist aber erforderlich, wenn man ein vollständiges Bild aller Gesichtspunkte der HTR-Linie gewinnen will. Auf eine Erörterung möglicher Motive für eine Abzweigung von Spaltstoffen zu militärischen Zwecken sowie auf Möglichkeiten und Grenzen der Überwachung der Spaltstoffströme soll hier verzichtet werden. Hierzu sei auf andere Publikationen verwiesen; an dieser Stelle soll es ausschließlich um technische Belange gehen.

Hinsichtlich der Proliferationsproblematik einer Reaktorlinie sind aus technischer Sicht folgende Fragen zu stellen:

  • An welchen Stationen, die der Brennstoff durchläuft, liegt spaltbares Material in direkt waffentauglicher Form vor, d. h. als Plutonium (beliebiger Isotopenzusammensetzung) oder als hochangereichertes Uran 235?
  • An welchen dieser Stationen kann spaltbares Material zur direkten militärischen Verwendung abgezweigt werden?
  • An welchen dieser Stationen kann spaltbares Material in einer Form angezweigt werden, die vor einer militärischen Nutzung noch eine physikalische und/oder chemische Behandlung erfordert?

Die Antworten auf diese Fragen sollten im folgenden für die drei Bereiche Versorgung, Reaktorbetrieb und Entsorgung skizziert werden.

Auf der Versorgungsseite besteht an einigen Stationen grundsätzlich die Möglichkeit des Zugriffs auf angereichertes Uran 235.

Bei der Herstellung der Brennelemente für den THTR-300 und den AVR liegt U-235 in verschiedenen Verfahrensschritten in hochangereicherter Form direkt zugänglich vor, nämlich ab erfolgter Anreicherung bis zur Fertigstellung der Brennelemente.

Jede Brennelementkugel für den THTR-300 und ca. die Hälfte der AVR-Brennelemente (Arbeitsgemeinschaft Versuchsreaktor GmbH, Jülich) enthalten je ca. 1 g hochangereichertes U-235. Die Lager- und Verarbeitungsmenge dieses Materials bei NUKEM liegt im Bereich einer Tonne (die beantragte Umgangsmenge beträgt 6 t beliebigen Anreicherungsgrades).

Das Verschwinden von hochangereichertem Uran 235 im 1- bis 10-kg-Bereich könnte somit unentdeckt bleiben.

Für zukünftige HTR-Anlagen ist nur noch der Einsatz von niedrig angereichertem Uran vorgesehen. Dieses kann zwar ebenfalls an den genannten Stationen einschließlich der notwendigen Transportvorgänge abgezweigt werden; es muss aber zum Zwecke der militärischen Nutzung noch weiter angereichert werden, was im Prinzip – allerdings mit unterschiedlichem Aufwand und Zeitbedarf – in jeder Art von Uran-Anreicherungsanlage vorgenommen werden kann.

Hinsichtlich der Abzweigungsmöglichkeiten beim Reaktorbetrieb wurde nach dem Tschernobyl-Unfall verschiedentlich die Behauptung ins Feld geführt, der russische RBMK-Reaktor würde zur Erzeugung von Waffen-Plutonium benutzt und eigne sich dafür besonders, weil bei ihm Brennelemente ohne Unterbrechung des kontinuierlichen Leistungsbetriebes entnommen bzw. zugefügt werden können. Genau diese Eigenschaft besitzt aber in besonderem Maße auch der HTR, ja sie wird sogar als besonderer Vorzug für den HTR-Modul ins Feld geführt ("Es gibt keine Stillstandszeiten für Brennelementewechsel und keine damit verbundenen Betriebsvorgänge.") Wegen des kontinuierlichen Zugebens und Abziehens und wegen der Handlichkeit der Brennelemente ist es während ihrer Verweilzeit auf dem Reaktorgelände jederzeit technisch möglich, einen Teil davon abzuzweigen.

Die messtechnische und bilanzierungsmäßige Erfassung der Brennelemente durch IAEO und EURATOM kann wegen Messmethodik, Messungenauigkeiten und dem Stichprobencharakter der Überwachung keinen vollständigen Schutz vor Abzweigung bieten.

Auch nach dem planmäßigen Einsatz im Reaktor enthält der Brennstoff waffenfähiges Spaltmaterial. Die THTR- und AVR-Brennelemente der Thorium/Uran-Strategie enthalten neben dem Rest an Uran-235 den hochwertigen Kernbrennstoff U-233, der prinzipiell auch für Waffenzwecke tauglich ist. Der abgebrannte Brennstoff aller zukünftigen Hochtemperaturreaktoren enthält – ähnlich wie beim Leichtwasserreaktor – Plutonium und andere Aktiniden. Das Plutoniumisotopen-Gemisch ist grundsätzlich waffentauglich.

Solange das U-233 und das Plutonium in den Brennelementen eingeschlossen wird, sind diese Spaltstoffe dem direkten Zugriff entzogen. Zugang zu ihnen erhält man nur über einen Wiederaufbereitungsprozess.

Eine zivile Wiederaufarbeitung von HTR-Brennelementen – wie oben erwähnt – ist bislang u. a. an ungelösten sicherheitstechnischen und Strahlenschutzproblemen (z. B. im Zusammenhang mit der Verbrennung von Graphit) gescheitert.

Anders als bei der etwaigen großtechnischen Einführung der Wiederaufarbeitung von HTR-Brennelementen zum Zwecke der Gewinnung von Kernbrennstoff könnten bei einer militärischen Variante technische und ökonomische Probleme ignoriert werden. Weiterhin könnten Aspekte des Strahlenschutzes (sowohl für die Beschäftigten wie für die Bevölkerung) vernachlässigt werden. Schließlich könnte die Anlagengröße rein unter militärischen Gesichtspunkten bestimmt werden und relativ klein (z. B. wie eine Laboranlage) gehalten werden. 

Ein abgebranntes Brennelement aus niedrig angereichertem Uran 235 enthält ca. 0,1 g Plutonium. Folglich könnte das Material für eine Atombombe theoretisch durch Aufarbeitung von 50.000 abgebrannten Brennelementkugeln gewonnen werden, d. h. bei einem Durchsatz von 1000 Kugeln pro Tag in weniger als zwei Monaten. Dieser Weg ist unter diesen Gesichtspunkten und in diesen Maßstäben nur scheinbar aufwendiger und technisch anspruchsvoller als über die Plutoniumgewinnung aus anderen Reaktorlinien. Auf jeden Fall ist er leichter zu tarnen, zumal an beliebiger Stelle abgezweigte Brennelemente durch Blindelemente ersetzt werden können.

Unter diesem Aspekt besitzt der HTR aber eine eindeutige, militärisch nutzbare Besonderheit: er kann als wirkungsvoller Tritium-Produzent eingesetzt werden. Durch geeignete Brennstoffzusammensetzung (z. B. durch Zugabe von Lithium) lässt sich die Erzeugung von Tritium zum Zwecke des Einsatzes in Atombomben steuern und kann für technisch weit entwickelte Atomwaffenstaaten militärisch interessant werden. Ein amerikanischer HTR-Anbieter hat sogar schon unverhohlen versucht, mit dieser militärischen Option in den Rüstungssektor einzudringen.

Zusammenfassend lässt sich damit feststellen, dass der Betrieb von Hochtemperaturreaktoren einschließlich der Stationen zur Brennstoffversorgung und Entsorgung ein konkretes Proliferationsrisiko darstellt. Hinsichtlich der Abzweigung von Materialien für Kernspaltungsbomben (Uran, Plutonium) ergeben sich Situationen, die mit denen beim RBMK-Reaktor und beim Schwerwasserreaktor qualitativ vergleichbar sind. Bezüglich der Erzeugung von Tritium für den Einsatz in Bomben kommt dem HTR eine besondere militärische Bedeutung zu.

 

(Freisetzung von atomarer Strahlung seit Anfang der 1940er Jahre: siehe INES - Die internationale Bewertungsskala und die Liste der weltweiten Atom-Störfälle)


- Die Karte der nuklearen Welt -

Die Karte der atomaren Welt - Google Maps! - Stand der Bearbeitung bei der Veröffentlichung am 23.08.2015Die Karte der atomaren Welt - Google Maps! -  Stand der Bearbeitung am 25.11.2016Vom Uranabbau und der Verarbeitung, über die Atomforschung, den Bau und Betrieb von Atomanlagen inklusive der Störfälle in Atomkraftwerken, bis hin zum Umgang mit Uranmunition, Kernwaffen und Atommüll.
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