Nachhilfe in Sachen Radioaktivität – aus gegebenem Anlass

Mit dem 1.Januar 2020 hat Deutschland ein Kraftwerk weniger und ein Problem mehr. Das AKW Philippsburg 2 wurde abgeschaltet und ist nun ein weiterer Kandidat für den Abriss. Solch ein Rückbau zur „grünen Wiese“ ist sehr aufwändig, weil die vorhandenen radioaktiven Stoffe verdammt gefährlich sind. Dazu ein paar Einblicke in die Welt der Atome.

Heute laufen weltweit 450 Kernkraftwerke, und mehr als 100 sind im Entstehen. Die produzieren nicht nur Strom, sondern auch Müll, mit dem niemand in Kontakt kommen möchte – zumindest nicht für die nächsten 100.000 Jahre. So zerbrechen sich die einen den Kopf, wie man das Zeug entsorgen soll, und die anderen, wie man das verhindern kann. Sie haben ein Recht darauf, zu erfahren, worum es geht. Dazu müssen wir nicht bei Adam und Eva anfangen, sondern etwas früher.

Die Welt, oder wenigstens unser Sonnensystem, wurde vor langer Zeit aus Atomen geschaffen. Solche Atome haben einen Kern, um den eine Wolke aus Elektronen wabert. Fast alles, was uns lieb und teuer ist, fast alle Vorgänge auf Erden, einschließlich unseres Lebens, verdanken wir Prozessen, die sich in dieser Wolke abspielen. Die Atomkerne sind einfach nur mit von der Partie.

Wenn wir uns diese Kerne jedoch genauer anschauen, dann fällt uns auf, dass sie sehr klein sind; ihr Durchmesser ist nur ein Hunderttausendstel des ganzen Atoms. Und obwohl sie selbst schon so klein sind, bestehen sie ihrerseits aus noch kleineren Teilchen, den Nukleonen. Die müssen Sie sich wie winzige Legosteine vorstellen, die beim Zusammensetzen so ein angenehmes „Klick“ machen. Das Geräusch ist ein Zeichen dafür, dass bei der Vereinigung der Klötzchen Energie frei wird.

Nun gibt es zwei Sorten von Legosteinen: die roten und die grauen. Die roten haben positive elektrische Ladungen, die grauen keine. So hat beispielsweise der Kern eines Sauerstoff-Atoms 8 rote Steinchen, genannt Protonen, und 8 Graue, die Neutronen. Die Zahl der Protonen bestimmt, um welchen Stoff es sich handelt. 7 Protonen ergäben einen Stickstoff Atomkern, 6 den viel geschmähten Kohlenstoff, und Gold hat 79 Protonen im Kern, falls Sie das interessiert.

Die Sache mit der Halbwertszeit

Die grauen Steinchen im Kern sind ungefähr so viele wie die roten. Sauerstoff gibt’s mit 8, 9 oder 10 Neutronen, das sind die verschiedenen „Isotope“. Bei den dickeren Atomkernen sind prozentual mehr Neutronen vorhanden. Beim beliebten Gold tun sich 79 Protonen mit 118 Neutronen zusammen.

Bei der Schaffung der Welt hat es der liebe Gott mit allen möglichen Zahlenkombinationen von grauen und roten Legos versucht, aber nur wenige haben sich bewährt. Die meisten sind „zerfallen“ – allerdings nicht in ihre Einzelteile. Die Legosteine haben einfach so lange ihre Farbe hin und her gewechselt, bis eine vernünftige Zahlenkombination da war. Ab dann waren sie stabil und haben fortan ein solides Leben geführt. Das ist die Materie, die uns im Alltag umgibt.

Einige haben sich aber bis heute nicht beruhigt. Da ist etwa Kalium, ein unscheinbares, relativ weiches Metall mit 19 Protonen, welches in einer Variante mit 21 Neutronen vorkommt – 40 Legosteinchen insgesamt also. In diesem „K40“ nun wechselt ab und zu – ganz spontan – ein roter Legostein zu grau, und wir haben einen Stoff mit 18 Protonen und 22 Neutronen. Das ist ein Gas mit dem Namen Argon. Noch nie gehört? In diesem Moment atmen Sie jede Menge davon ein, denn die Luft besteht zu 1 Prozent daraus. Wo soll das herkommen? Aus dem beschriebenen radioaktiven Zerfall von Kalium 40.

Dieses K40 hat seit der Schöpfung überlebt, weil es ganz langsam zerfällt. Bis die Hälfte zerfallen ist muss man gut eine Milliarde Jahre warten. Und wenn Sie die Geduld haben, nochmal so lange zu warten, dann ist nicht etwa die zweite Hälfte zerfallen, sondern nur die Hälfte des Restes. Diese Wartezeit wird „Halbwertszeit“ genannt. Es gibt auch Stoffe mit unendlicher Halbwertszeit – fast alles um uns herum ist daraus gemacht.

Ein Atomkern spaltet sich nicht freiwillig

All das wäre problemlos, wenn so ein „Zerfall“ ohne viel Aufsehen stattfände. Tatsächlich aber schießt so ein Kern bei der Gelegenheit um sich, und zwar mit Teilchen, die bis zu Lichtgeschwindigkeit haben können. Das ist Radioaktivität, das sind die Beta- und Gammastrahlen. Insbesondere letztere durchdringen organisches Gewebe, ähnlich wie Röntgenstrahlen, weswegen man mit letzteren ja ins Innere des Körpers schauen kann. Auf ihrem Weg können sie allerdings Schaden anrichten, besonders, wenn sie einen Zellkern (keinen Atomkern) treffen. Ansonsten geben die Projektile ihre Energie in Form von Wärme an die Umgebung weiter.

Unsere Erde beherbergt außer K40 noch ein paar andere radioaktive Substanzen in ganz geringer Konzentration. Weil aber die Erde eine so riesige Kugel ist, kommt da dennoch einiges an natürlicher Radioaktivität zusammen, sodass unser Planet permanent geheizt wird. So stark sogar, dass im Inneren 5.000°C herrschen und das Gestein schmilzt.

Ein Atomkern kann sich auch auf andere, recht dramatische Weise verändern: Er kann sich spalten. Das macht er nicht freiwillig, man muss ihn dazu mit einem grauen Lego bewerfen, dann platzt er und es entstehen zwei kleinere Kerne und ein paar einzelne Neutronen, die alle mit enormem Speed davonfliegen. Diese Neutronen können nun ihrerseits neue Spaltungen auslösen, sodass eine Kettenreaktion abläuft. Jetzt entsteht sehr viel Energie, viel Wärme, die man letztlich in Dampf und Strom verwandeln kann.

Genau das passiert in einem Kernkraftwerk. Um die beschriebene Kettenreaktion zu steuern, muss man nur entsprechend viele der frei herumfliegenden, grauen Legos abfangen, damit sie keine neuen Spaltungen auslösen können. Das ist relativ einfach möglich, und so kann die Kettenreaktion auch jederzeit gestoppt werden. Es gibt aber auch eine schlechte Nachricht.

Eine etwas ungewöhnliche Verpackung

Als aufmerksamem Leser ist Ihnen sofort aufgefallen, dass die beiden bei der Spaltung entstandenen kleineren Atomkerne jetzt zu viele Neutronen haben. Der Proporz von grauen zu roten Legos in dem ursprünglichen schweren Kern von Uran 235 ist zu groß, als dass die entstandenen leichteren Kerne stabil wären. Die „Spaltprodukte“ werden sich jetzt also radioaktiv verwandeln: aus Neutronen werden Protonen, graue Legos werden rot, bis ein stabiler Kern entstanden ist. Und wieder wird Energie frei. Diesen Prozess nun kann man nicht stoppen, der läuft spontan ab, manchmal für ein paar Millionen Jahre.

In dem AKW ist es also wie bei einer elektrischen Herdplatte: Sie schalten ab, aber das Ding bleibt noch heiß genug, um sich daran zu verbrennen. Vor der muss man auch die Finger lassen, allerdings nicht für Jahrmillionen.

Ich hatte schon verraten, dass in so einem Kraftwerk Uran „verbrannt“ wird. Das Zeug ist in Rohre gefüllt, wie dicke Bleistifte, und gut vier Meter lang. Zugegeben, das ist eine etwas ungewöhnliche Verpackung, aber wie Sie sehen werden, doch ganz praktisch. Ein- bis zweihundert davon werden ordentlich zu Bündeln zusammengepackt, genannt Brennelemente, und wiederum einige hundert davon hängen dann in einem Kessel mit sehr dicken Wänden.

Der Kessel ist mit Wasser gefüllt, welches sich dank der Kernspaltung aufheizt. Riesige Pumpen sorgen für großzügige Durchströmung des Kessels. Dabei geben die langen, dünnen Rohre, die „Brennstäbe“, ihre Hitze ans Wasser ab und werden ihrerseits gekühlt. Das heiße Wasser wird dann irgendwie zum Antrieb von Turbinen und elektrischen Generatoren genutzt.

Es ist die Asche und nicht das Feuer

Sollten die Pumpen ausfallen, dann wird die Kettenreaktion automatisch gestoppt. Der erwähnte radioaktive Zerfall der Spaltprodukte geht aber weiter! Die „Herdplatte“ bleibt heiß. Der radioaktive Zerfall bringt dann immer noch etwa 5 Prozent der ursprünglichen Leistung, das sind so um die 150 Megawatt thermisch – das ist mörderisch. Ohne Kühlung schmelzen die Brennstäbe samt Uran und Spaltprodukten jetzt gnadenlos dahin.

Was ich Ihnen hier erzähle, das wissen die Ingenieure auch und sie sorgen dafür, dass so ein „Melt Down“ nicht vorkommt. Sie installieren redundante Systeme, die einspringen, wenn das primäre System ausfällt. Bei den hunderten von Kraftwerken, die seit 50 Jahren in Betrieb sind, gab es denn auch nur zwei solcher Unfälle: Three Mile Island (1979) und Fukushima (2011). In keinem der beiden Fälle kamen dabei Menschen ums Leben (siehe hier).

Wenn von den Risiken der Kernkraft gesprochen wird, dann geht es also um die radioaktiven Spaltprodukte, die bei der „Verbrennung“ des Urans gebildet werden. Der Brennstoff Uran ist ungefährlich, es gibt auch kein Risiko einer „Atomexplosion“. Es ist dieser Cocktail aus unterschiedlichen Substanzen mit seiner radioaktive Strahlung, welche ab einer gewissen Dosis schädlich ist. Nicht vom Feuer geht die Gefahr aus, sondern von der „Asche“.

So lange diese Asche in ihren Behältern und Gefäßen bleibt, ist das kein Problem, erst wenn sie in die Landschaft gelangt und dort ihren Strahlenteppich ausbreitet, wird’s gefährlich. Wie gefährlich? Hinweis darauf gibt uns die natürliche Radioaktivität, welche uns immer und überall auf Erden bestrahlt. Im globalen Durchschnitt ist das eine Dosis von ungefähr 2,5 mSv im Jahr (wofür „mSv“ steht, ist im Moment irrelevant). Wäre es nun vernünftig anzunehmen, das Doppelte davon wäre auch noch erträglich?

Alle Schilddrüsen dieser Welt sind wild auf Jod

Vielleicht springen Sie jetzt auf und rufen: „Das wäre unverantwortlich. Jeder Pieps oberhalb der natürlichen Strahlung ist schon ein Pieps zu viel.“ Bleiben Sie ruhig und buchen Sie ein Ticket nach Rio. Und wenn es Ihnen da am Beach zu voll ist – in ein paar Autostunden sind Sie am Strand von Guapari mit einer natürlichen Strahlendosis von 175 mSv, das ist 70 mal die globale natürliche Dosis, und die dortigen Mulatas erfreuen sich bester Gesundheit. Alternativ steht noch Ramsar, nördlich von Teheran an der Kaspischen Küste zur Verfügung, mit bis zum 80-fachen Wert. Dort wurde übrigens ein unterdurchschnittliches Vorkommen von Lungenkrebs beobachtet. Trotzdem möchte ich nicht da wohnen – wegen der Mullahs.

Gefährlich wird das Zeug erst, wenn es in unseren Körper gelangt und dort bleibt, wie etwa Jod 131. Mit 53 roten und 78 grauen Legosteinen im Kern hat es eine Halbwertszeit von 8 Tagen. Wir nehmen natürliches, stabiles Jod 127 mit der Nahrung auf, mit Fisch oder Milch beispielsweise. Alle Schilddrüsen dieser Welt sind wild auf Jod – egal welches Isotop. Wenn also nach dem Unglück von Fukushima Material aus dem Kraftwerk ins Meer gelangt ist, dann wäre es keine gute Idee gewesen, seinen Thunfisch für das abendliche Sushi vor Ort zu angeln. Ich bin sicher, dass das damals auch niemand getan hat.

Man kann sich gegen Jod 131 wappnen, indem man seine Schilddrüse vorsorglich mit natürlichem Jod sättigt. Nach dem Fukushima-Erdbeben bildeten deutsche Bürger nicht nur Menschenketten gegen Kernkraft und kauften Geigerzähler zur Messung von radioaktiver Strahlung. Besorgte Eltern kauften auch Tabletten, um ihre Kinder gegen Fallout von radioaktivem Jod 131 zu wappnen. Ärzte mussten die Bevölkerung warnen, dass die Tabletten mehr Schaden als Nutzen anrichten würden.

Das letzte Selfie

Was machen wir nun mit dem radioaktiven Müll, und wie viel ist das überhaupt? Wie viel Brennstoff verbraucht denn so ein Atomkraftwerk? Nicht viel, denn bei der Kernspaltung entsteht das Millionenfache der Energie, die bei Verbrennung von Öl oder Kohle frei wird – und eine Million ist eine sehr große Zahl. Ein konventionelles Kraftwerk braucht einen Güterzug voller Kohle, jeden Tag. Das AKW braucht nur eine Lkw-Ladung Uran – pro Jahr.

So wird dann nur alle 12 oder 18 Monate der besagte Kessel aufgeschraubt, und die Bündel mit verbrauchtem Uran werden rausgezogen. Falls Sie bei diesem Vorgang einmal dabei sein sollten, liebe Leserin, wäre es originell, sich neben solch einem Bündel zu fotografieren. Ich rate Ihnen aber davon ab. Es wäre Ihr letztes Selfie. Die Dinger sind ja voll von Spaltprodukten, und die Strahlung, die da rauskommt, würden Sie keine Minute überleben.

Das verbrauchte Brennelement wird jetzt ganz schnell in ein tiefes Becken versenkt, um dort unter vielen Metern Wasser einerseits gekühlt und andererseits daran gehindert zu werden, seine tödliche Strahlung in die Umgebung abzugeben. Hier wäre eine bessere Gelegenheit für ein Selfie, insbesondere, weil um dieses Bündel ein magisches blaues Licht erscheint, die „Cherenkov-Strahlung“.

So lässt man diese Bündel erst mal fünf bis zehn Jahre in ihrem „Abklingbecken“. Hat es sich genügend abgekühlt, dann braucht es kein Wasserbad mehr und kann in einen „Cask for Storage and Transport of Radioactive Material“ = CASTOR-Behälter umziehen. Das sind Stahlkessel mit enormer Wandstärke, luftdicht verschlossen, mit Platz für dutzende Bündel. Die Dinger müssen alle Tests bestehen, die sich ein sadistischer Prüfingenieur nur ausdenken kann: aus dem dritten Stock geworfen dürfen sie nicht leck werden, und nach einem Flächenbrand müssen sie als einziges Produkt menschlicher Zivilisation übrig bleiben.

Im Laufe des Lebens eines typischen deutschen Reaktors, werden 50 bis 100 solcher CASTOREN gefüllt. Wo sind die jetzt?

Paranoia als Staatsräson

Bei den reiferen Lesern wird der Begriff „CASTOR“ Erinnerungen an durchgeführte beziehungsweise blockierte Transporte dieser Behälter wachgerufen haben. Es war damals vorgesehen, den atomaren Abfall in spezialisierte Anlagen im Ausland zu schicken, wo man ihn einer „nuklearen Mülltrennung“ unterzieht. Hier werden wiederverwertbares Plutonium und die mehr oder weniger langlebigen Stoffe separiert. Das verringert das Volumen des Abfalls und ermöglicht stoffgerechte Entsorgung. In La Hague beispielsweise, auf der Halbinsel Cotentin in der Normandie, befindet sich solch eine Anlage.

Die grüne Bewegung tat alles, um Transporte dorthin zu verhindern – mit Erfolg. Ab 2005 wurde der CASTOR-Tourismus gestoppt, und nun haben wir das Problem im eigenen Hause. Die jetzt verfolgte Lösung sieht „Standortzwischenlager“ vor. Das sind Gebäude von den Ausmaßen einer riesigen Turnhalle, in der einige hundert CASTORen untergebracht werden können. Sie stehen auf dem Gelände des AKW, sodass die Transportwege kurz sind.

Aber auch hier tut die grüne Bewegung alles, um Steine in den Weg zu legen. In einem Fall wurde Nachweis gefordert, dass solch ein Lager den Absturz einer Boeing 747 überstehen würde. Sowas passiert ja täglich. Ein entsprechendes Gutachten konnte die Sicherheit des Gebäudes bestätigen. Inzwischen war aber der Airbus 380 in den Lüften aufgetaucht, und damit war das Gutachten wertlos geworden. Ähnlich landeten Untersuchungen über Sicherheit vor terroristischen Angriffen im Papierkorb, weil das Szenario von einem veralteten Typ von Panzerfaust ausgegangen war.

Sollen wir Atomkraft mehr fürchten als Terrorismus?

Dabei würde ein terroristischer Angriff auf eine Halle mit CASTORen wenig Unheil anrichten, denn die Dinger sind, wie wir wissen, absolut „unkaputtbar“. Eine Attacke mit Panzerfäusten auf ein weiches Ziel, eine Schule, einen Weihnachtsmarkt, das wäre schlimm! Aber es soll wohl erreicht werden, dass wir vor Atomkraft mehr Angst haben als vor Terrorismus.

Der Begriff „Zwischenlager“ deutet auf die temporäre Natur der Sache hin. Das Zeug soll eines Tages für immer in Endlagern verschwinden. Das wären tiefe, unterirdische Depots, wo der radioaktive Müll – eingeschweißt, zum Teil verglast – die restlichen Halbwertszeiten seines Daseins verbringen würde. Es ist Ihnen sicher nicht entgangen, dass sich die entsprechende Suche sehr schwierig gestaltet. Namen möglicher Lagerstätten wie Gorleben, Schacht Konrad oder „die Asse“ sind längst Schlachtrufe der grünen Bewegung. Man befürchtet, dass irgendwie, irgendwann in Anbetracht der langen Halbwertszeiten und trotz aller Maßnahmen, das radioaktive Zeug seinen Weg zu den Menschen findet.

Gegenfrage: Stellen Sie sich vor, Sie würden eine Flasche Ihres bevorzugten Rotweins in einen Stahltresor einschweißen und ein paar hundert Meter tief in der Erde vergraben. Wie groß ist die Chance, dass jemals ein guter Tropfen daraus den Weg zu Ihrem Gaumen – oder irgendeinem Gaumen findet?

Die atomare Paranoia ist Staatsräson. Die weitere Entwicklung der Beseitigung des Atommülls ist aus wissenschaftlich-technischer Sicht nicht vorherzusehen; es bedarf hier eher der Kompetenz eines klinischen Psychologen. Würden wir als Individuen im Alltag so handeln, wie die Politik das beim Thema Atomenergie tut, dann bräuchten Sie Betreuung und würden zeitnah in einer psychiatrischen Anstalt landen. Allerdings muss man auch bedenken: Wenn erst mal über 50 Prozent in der Anstalt sind, dann werden die sich darauf einigen, dass draußen alle verrückt sind.

 

Dr. Hans Hofmann-Reinecke studierte Physik in München und arbeitete danach 15 Jahre in kernphysikalischer Forschung. In den 1980er Jahren war er für die Internationale Atomenergiebehörde (IAEA) in Wien als Safeguards Inspektor tätig. Er lebt heute in Kapstadt. Dieser Artikel erschien zuerst in Hofmann-Reineckes Blog www.think-again.org

Foto: Pieck Darío CC BY-SA 3.0, via Wikimedia Commons

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Leserpost

netiquette:

Andi Nöhren / 10.01.2020

Dieser Artikel sollte zur Pflichtlektüre in unseren Schulen werden. Ich befürchte jedoch, dass bedingt durch die schlechte Qualität unseres Bildungssystems weder die Lehrer, noch die Schüler nicht in der Lage sind, selbst diesen leicht verständlich formulierten Text zu verstehen.

Franck Royale / 10.01.2020

Netter Versuch, Herr Hofmann-Reinecke. Aber die Deutschen müssen bekanntlich alles auf die harte Tour lernen. Eher werden sie ihre täglichen Blackouts und die Rationierung von Strom mit einer von grünen Studienabbrechern geführten Behörde akribisch verwalten, als daß sie moderne, sichere AKWs bauen.

Gerald Hütter / 10.01.2020

Danke, genial geschrieben! Werde es an meine Enkelkinder (1-10J.) weitergeben und auch allen Erwachsenen empfehlen. Übrigens die Stadt in Brasilien nennt sich Guararapi und wird als die Stadt der Gesundheit (cidade saude) bezeichnet.

Wolf von Fichtenberg / 10.01.2020

Verflixt.  Ich frage mich:  Was macht Mathilde von Zahnd heute….? Sie wird doch wohl nicht politisch aktiv sein?

Steffen Schwarz / 10.01.2020

Die sprachliche Stylistik der Autors ist nicht die meine, obwohl er natürlich physikalisch recht hat. Ich bin mir sicher, das heute in der Schule derartiges Wissen nicht vermittelt wird. Der Stoff fällt aus bzw es wird gehüpft. Und dieses Wisssen hat erstmal gar nicht mit dem Atomtod zu tun, Also ich hatte das als Stoff in der DDR in der 9. oder 10. Klasse und weiß es heute noch.

Nico Schmidt / 10.01.2020

Sehr geehrter Herr Dr. Hans Hofmann-Reinecke, mit großem Interesse gelesen und auf das Stichwort “Atom” fällt mir sogleich der Dual-Fluid-Reaktor ein. Aber egal, sobald das Wort Atom in Deutschland auftaucht, ist das Gespräch unmöglich geworden. MfG Nico Schmidt

Richard Rosenhain / 10.01.2020

„... hier eine barrierefreie Nachhilfe, auch für die Generation Annalena Baerbock verständlich.“ Wie der wackere Upton Sinclair so treffend bemerkte: „ Es ist schwierig, einen Menschen dazu zu bringen, etwas zu verstehen, wenn sein Gehalt davon abhängt, dass er es nicht versteht.“ Noch Fragen?

Michael Hufnagel / 10.01.2020

Sehr geehrter Herr Hofmann-Reinecke, nun kommen Sie doch der Generation Baerbock - äh - Schneeflöckchen doch bitte nicht mit Rationalität und Fakten! Wo soll das denn hinführen? ;-)

Viola Heyer / 10.01.2020

Ist es denn ein Märchen, dass mehr als 33 Jahre nach Tschernobyl Wild, Pilze und Beeren aus unseren Wäldern immer noch hochgradig belastet sind und vom Verzehr abgeraten wird?

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