Reden wir über Brennstäbe

Frau Katrin Göring-Eckardt regte an „... dann müssen wir über Brennstäbe reden.“ Eine Aufforderung aus so kompetentem Munde darf man nicht ungenutzt lassen, und so lade ich Sie zu einem Gespräch über das Thema ein. Eines darf ich vorweg schon verraten: Brennstäbe sehen aus wie verchromte Skistöcke, allerdings sind sie wesentlich länger und haben oben keine Schlaufen. Und noch etwas: Wir müssen über mehr reden als nur über Brennstäbe.

So geht Atomkraft

Haben Sie schon mal versucht, mit einem einzigen, dicken Stück Holz Feuer im Kamin zu machen? Haben Sie es auf den Rost gelegt und ein Zündholz daruntergehalten? Es geht nicht. Um zu brennen, muss das Teil selbst erst einmal richtig heiß gemacht werden. Ein vernünftiges Feuer bekommen wir nur, wenn mehrere Scheite sorgsam übereinander gelegt sind, die sich gegenseitig aufheizen; dann hält die selbst erzeugte Hitze das Holz am Brennen und gibt uns davon sogar noch was ins Wohnzimmer ab. Mit anderen Worten, zum Heizen brauchen wir eine „kritische Masse“ an Holz, in der richtigen Konfiguration.

Ein Atomreaktor funktioniert ähnlich. Statt Holz nehmen wir Uran, und statt Hitze nehmen wir Neutronen. Das sind winzige Teilchen, welche einen Atomkern des Urans spalten können, wenn sie auf ihn treffen. Bei dieser Spaltung werden neue Neutronen frei, die dann ihrerseits Atomkerne spalten. Wenn wir jetzt genügend Uran sorgfältig aufstapeln, dann läuft die Sache spontan weiter, wie beim Kaminfeuer. Wir haben eine „Kettenreaktion“, die Sache ist „kritisch“. Dabei entsteht nebenher jede Menge Hitze.

Druck- und Siedewasser

Genau das passiert in einem Kernkraftwerk. Das Uran ist in Rohre gefüllt, so dick wie Skistöcke, aber gut vier Meter lang, genannt Brennstäbe. Das ist eine etwas ungewöhnliche Verpackung, aber doch ganz praktisch. Ein- bis zweihundert davon werden zu Bündeln organisiert, genannt Brennelemente. (Der englische Ausdruck „Fuel Assembly“ ist da etwas treffender). Ein- bis zweihundert dieser Vorrichtungen hängen wiederum in einem Kessel mit sehr dicken Wänden.

Der Kessel ist mit Wasser gefüllt, welches sich dank der Kernspaltung aufheizt. Riesige Pumpen sorgen für die rasante Durchströmung des Kessels. Dabei geben die Brennstäbe ihre Hitze ans Wasser ab und werden ihrerseits gekühlt. Entweder leitet man dann aus dem Kessel Dampf ab und betreibt damit riesige Turbinen, oder man leitet das heiße Wasser in einen Wärmeaustauscher, in dem dann seinerseits Dampf für die Turbinen erzeugt wird. Letztere treiben natürlich einen elektrischen Generator an.

Der erstere Typ von Reaktor wird Siedewasserreaktor (SWR) bezeichnet, der letztere Druckwasserreaktor (DWR). Die drei in Deutschland noch betriebenen AKWs sind vom Typ DWR. Unter den abgeschalteten sind auch ein paar SWR.

Das Wasser hat noch eine weitere Funktion. Auf ihrem Weg vom einen Brennstab zum nächsten bremst es die Neutronen ab, und nur die langsamen „thermischen“ Neutronen können Kernspaltung auslösen. Fehlt das Wasser oder bilden sich Blasen, weil es zu heiß wird, dann fehlt dieser Bremseffekt, und damit kommt die Kettenreaktion zum Erliegen. So ein Reaktor kann also nicht unkontrolliert exponentiell „davonlaufen“ und zur Atombombe werden (anders als in Tschernobyl; der Reaktor war ein ganz anderer Typ, weder DWR noch BWR).

Ein paar kleine Unterschiede

Jetzt aber ein paar Unterschiede zwischen Holz und Uran: Bei jeder Spaltung eines Uran-Atomkerns wird ein paar Millionen Mal so viel Hitze erzeugt wie beim Verbrennen eines „Holz-Atoms“. Deswegen müssen wir beim Kaminfeuer alle halbe Stunde frisches Brennmaterial nachlegen, beim Reaktor aber nur einmal pro Jahr.

Und noch etwas. Im Kamin bleibt nach dem Heizen nur eine Handvoll harmloser Asche übrig, die wir problemlos entsorgen. Die Rückstände in einem abgebrannten Brennstab aber sind alles andere als harmlos. Während des Betriebes haben sich da Substanzen angesammelt, die radioaktiv sind, d.h. die Atomkerne emittieren spontan Strahlung, die einerseits Hitze erzeugt und andererseits für Lebewesen schädlich ist.

Das heißt, auch nach „Abschalten“ des Reaktors, auch nachdem die Kettenreaktion unterbrochen wurde, müssen die Brennstäbe weiterhin gekühlt werden und man muss sich von ihnen fernhalten.

Dazu ein paar Zahlen: Ein typischer DWR erzeugt rund 1.400 MW elektrischer Leistung. Bei einem Wirkungsgrad von rund 40 Prozent ist die dafür notwendige thermische Leistung 1.400 MW / 40% = 3.500 MW. Nach dem Abschalten werden ca. 5–10 Prozent dieser thermischen Leistung weiterhin durch Radioaktivität erzeugt, also hunderte von Megawatt. Ohne Kühlung schmelzen in kürzester Zeit die Brennstäbe und alles, was damit in Kontakt kommt. So geschehen in Fukushima 2011 und in Three Mile Island 1979. Im Gegensatz zum Tschernobyl-Desaster 1986 hat jedoch keiner dieser „Melt Downs“ Menschenleben gekostet.

Kann Ohu weitermachen?

Radioaktivität und Temperatur der benutzten Brennstäbe können durch nichts in der Welt beseitigt werden, außer durch Warten. Deswegen ist auch nach Beendigung des eigentlichen Betriebs aus Sicherheitsgründen immer noch eine Mannschaft für den „Nachbetrieb“ des Reaktors erforderlich. Diese erfahrene Crew könnte von Nutzen sein, falls man auf die Idee kommt, stillgelegte, aber noch nicht zerstörte Kraftwerke wieder in Betrieb zu nehmen. Der TÜV hält eine Wiederbelebung von drei AKWs für möglich, die Ende vergangenen Jahres vom Netz gegangen sind: die DWR Brokdorf und Grohnde, sowie den SWR Gundremmingen. Mal sehen.

Aktuell, und bei den Äußerungen der eingangs erwähnten Expertin, geht es aber um etwas anderes. Es geht darum, ob die drei gegenwärtig noch in Betrieb befindlichen DWR Emsland, Ohu und Neckarwestheim zum Ende des Jahres, also in fünf Monaten, stillgelegt werden oder nicht. Kann man die denn, rein technisch, einfach so weiterlaufen lassen? Brauchen die keinen neuen Brennstoff? In Anbetracht der ursprünglich erwarteten Stilllegung hat man hier sicherlich keine fabrikneuen Brennelemente auf Lager.

Das Leben eines Brennstabs

Dazu müssen wir uns jetzt die Brennstäbe genauer anschauen. Die haben, wenn neu, so um die vier Prozent brennbares Material, genannt Uran 235. 96 Prozent des Inhalts sind U238, welches an der Kernspaltung praktisch nicht teilnimmt. Die vier Prozent U235 können im Laufe des Betriebs auf bis zu 1 Prozent aufgebraucht werden, aber nicht in allen Brennelementen eines Reaktors gleichzeitig, dann würde die Kettenreaktion einschlafen. Die Konfiguration der ca. 150 Brennelemente mit ihrer unterschiedlichen verbliebenen U235 Konzentration wird im Normalbetrieb so gewählt, dass die Kettenreaktion erhalten bleibt und der Reaktor die gewünschte Nennleistung, z.B. 1.400 MW, elektrisch liefert.

Sollte das aber nicht mehr möglich sein, dann kann man den Betrieb dennoch aufrechterhalten, wenn auch nicht mehr mit der Nennleistung. Das ist so wie in einem Kamin, wenn nur noch wenige vernünftige Holzscheite da sind, dann kann man die ganz sorgfältig neu aufschichten und das Feuer brennt noch weiter, wenn auch auf kleinerer Flamme.

Das scheint die Situation bei den besagten drei Kandidaten Ohu, Emsland und Neckarwestheim zu sein. Sie könnten ab 1.1.2023 vielleicht nicht mehr ihre volle Leistung bringen, aber man schreibt den aktuell installierten Brennelementen noch eine Reserve von insgesamt ca. 30 Terawattstunden zu.

Ist das viel? Der durchschnittliche deutsche Haushalt verbraucht 3.200 kWh pro Jahr. Nach Adam Ries könnten die besagten drei Kraftwerke 9 Millionen Haushalte durch das Jahr 2023 bringen, vorausgesetzt, man kann den Verbrauch über das ganze Jahr „strecken“ und vorausgesetzt, die erwähnten Millionen sagen nicht: „Atomkraft – Nein danke. Lieber frieren wir für den Frieden.“

Ist „über Brennstäbe reden“ also die Lösung?

Es geht um mehr als um Brennstäbe

Nun, wenn im Irrenhaus ein einziger vernünftiger Satz fällt, so ist das noch nicht die Einkehr der Vernunft. (Verzeihen Sie diesen extremen Vergleich, aber in einer Zeit, in der voll funktionsfähige, neuwertige technische Wunderwerke, deren Bau Milliarden gekostet hat und deren Betrieb zum Wohlergehen der Bevölkerung notwendig ist, wenn solche Objekte unter dem Jubel von Menschenmengen gewaltsam demoliert werden, dann ist das nichts anderes als Wahnsinn.)

Wenn nun aber demnächst in Deutschland die aktuell noch verfügbaren Reserven aus der Kernenergie genutzt würden – es handelt sich vermutlich um die erwähnten sechs Kraftwerke –, so wäre das eine vernünftige Maßnahme, um die befürchtete Energiekrise punktuell zu lindern. Ob es der Anfang einer Rückkehr zur Vernunft ist, das muss sich zeigen. Dazu müssten wir aber über wesentlich mehr reden als nur über die Brennstäbe. Dazu müssen wir über die gesamte Energiewende reden und über die dahinterstehende ideologische Rechthaberei, welche unserem Land maßlosen Schaden zugefügt hat. Und wir müssten über die Verantwortlichen reden.

Dieser Artikel erschien zuerst im Blog des Autors Think-Again. Sein Bestseller „Grün und Dumm“ ist bei Amazon erhältlich.

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Leserpost

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George Samsonis / 03.08.2022

Vor über 40 Jahren gab es den Spruch: Atomkraftgegner überwintern bei Dunkelheit und kaltem Hintern. Diese alte Weisheit der Indianer wird sich in diesem Winter bewahrheiteten. Leider nicht nur für die Gegner der (CO2-freien) Kernenergie. Da zieht LinksGrün in Dtl. einmal mehr das ganze Land in den Abgrund. Eine weitere alte Indianerweisheit lautet: Erst wenn das letzt Kernkraftwerk stillgelegt ist und die letzten Gas- und Kohlekraftwerke abgeschaltet wurden werdet ihr sehen, dass man mit “erneuerbarer” Zufallsenergie nicht heizen kann.

Michael Schauberger / 03.08.2022

“Radioaktivität und Temperatur der benutzten Brennstäbe können durch nichts in der Welt beseitigt werden, außer durch Warten.” Ach, tatsächlich? Der Autor hat wohl noch nie etwas von einem “Dual Fluid”-Reaktor gehört, eine bereits existierende Technologie, welche den “Abfall” weiterverwendet und in einem 1. Bleikreislauf die Wärme aufnimmt, die er dann an einen 2. Kreislauf abgibt, an welchem man sie abnehmen kann. Übrig bleiben nur schwach strahlende Elemente, die bei Weitem nicht so lange gelagert werden müssen — und vor allem nicht derart gefährlich sind wie aktuelle, abgebrannte Brennstäbe. Für jemand, der von sich den Eindruck macht, daß er sich mit Atomkraft auskennt, hätte ich solches Wissen vorausgesetzt. Die dargestellten “technischen Daten” kann ich mir auch im Internet zusammen suchen, ein bißchen Text drumrum, und fertig ist der Artikel. Herkömmliche Atomkraftwerke und “Dual Fluid”-Reaktoren sehe ich als ein gutes Gespann für solide Stromerzeugung. Die Fusionsreaktoren befinden sich ja leider noch in der Erforschung.

A. Ostrovsky / 03.08.2022

@St. Marek : Ja der Reaktor, der in Tschernobyl hochgegangen ist, hatte zwei militärische Aufgaben. Er lieferte den Strom für das Über-Horizont-Radar, das bei der Nato den Namen “Specht” (Woodpicker) erhielt und bei den Russen als DUGA-3 bezeichnet wurde. Eine knapp hundert Meter hohe Antennenwand, extrem breitbandig, die extreme Impulsleistungen erzielte. Man hätte diese Antennenanlage nach unten, zum Erdreich abschirmen sollen, um nicht Bodenverflüssigung zu riskieren, wie sie bei leistungsstarkem Bodenradar im 2m-Bereich beobachtet wird. Ob man die Abschirmung vergessen hat, oder später mal abgebaut, ist unbekannt. Die zweite Aufgabe des Reaktors mit den vielen einzelnen Röhren war die Erzeugung von waffenfähigem Plutonium Pu-239, das möglichst wenig oder gar nicht mit Pu-240 verunreinigt werden darf. Sobald nämlich Pu-239 in den Brennelementen durch Brütung (Neutroneneinfang am Uran U-238) entstanden ist, muss es schnell aus der aktiven Zone herausgenommen und chemisch abgetrennt werden. Wenn Pu-239 von schnellen Neutronen getroffen wird, gibt es eine bestimmte Wahrscheinlichkeit, dass es gespalten wird und so zur Energieerzeugung beiträgt, aber es gibt auch eine geringere Wahrscheinlichkeit, dass es durch erneuten Neutroneneinfang zu Pu-240 wird. Dieses Isotop Pu-240 ist praktisch nicht spaltbar. Wenn das in der aktiven Zone verbleibt, wird durch erneuten Neutroneneinfang Pu-241 daraus. Das ist ein Problem, weil das durch Beta-Zerfall zu Am-241 wird, mit 11 Jahren Halbwertszeit. Das Am-241 ist ein Gammastrahler. Wenn sich nach der Abklingphase gebrauchter Brennstäbe im Laufe von Jahrzehnten dieses Am-241 bildet, kann man diese Brennstäbe nicht in Castor-Behältern lagern, weil die die Gammstrahlung nicht wirksam abschirmen. Eine “Rückholung” solcher Castoren aus einem Zwischenlager ist dann für 300 Jahre nicht durch Menschen möglich und normale Elektronik verträgt die Gammastrahlung auch nicht. Das ist ein Problem, das bei einem STRECKBETRIEB auftreten wird!

lutzgerke / 03.08.2022

Der Vater der Klimakurve, James Hansen, früherer NASA-Mitarbeiter, ist heute Klimaaktivist und Lobbyist für Atomkraft, genau wie George Soros, der die Klima-Kids finanziert, Bill Gates und Warren Buffet, welche selber ein Atomkraftwerk in Planung haben und finanzieren. Die Klima-Kids tragen alle dieselben Symbole vor sich her, in den USA, hier und in Schweden. Hinter dem Klimawahn steckt noch mehr, die Absicht, alle völkerrechtlichen, staatsrechtlichen, politischen und nationalen Schranken abzubauen, also eine globale Proletenvereinigung mit Geisteszwergen wie Baerbock, Hassredner Roth und Dementen wie Biden als Führer. / Hansen war anfangs noch überzeugt, seine NASA-Daten sagten eine neue Eiszeit voraus. Dann drehte er die Kurve einfach um und es wurde wärmer. / Ohne jemanden zu verdächtigen, eine Überlegung, die noch nicht im Raum stand: könnte es sein, daß hinter der Bühne ein Streit ist? Als Schröder ziemlich eigenmächtig die “Achse Paris Berlin Moskau” ausrief, war die andere Fraktion davon nicht begeistert. Und als sie an der Macht war, legte sie die Achse sofort auf Eis und wanzte sich an die USA heran. / Die dösige Baerbock wird übrigens als Kanzlerkandidat aufgebaut. Das sieht man an der Yellow Press, da onkelt die jetzt mit Söder und der Queen herum. / Also: meines Erachtens steht auch hinter der Atomkraft eine Lobby. Hört sich nicht so toll an, ist aber so.    

B.Jacobs / 03.08.2022

Wenn die Gender Predigermaus der über 60 Geschlechter sich erst über die nächsten (von den Grünen Borkenkäferliebchen mit ausgelöst) Naturkatastrophen philosophisch belehrend äußert und uns den finanztechnischen erfunden Klimwandel-Ablasshandel erklärt, wo finanzielle Mittel eingetrieben werden aber nicht zur Bekämpfung von Naturkatastrophen eingesetzt werden sondern in dubiosen Taschen verschwinden, dann komme ich aus dem Flennen nicht mehr raus. Unsere Medien hinken thematisch hinterher, orakeln über Hochwasserkatastrophen, obwohl unsere Flüsse und Wasseradern austrocknen, dank grünem Feindbild Wald, der unser größter Trinkwasserspeicher ist. Was die Flutkatastrophe für die Ahrregion durch politische Fehlentscheidungen kann der Wald der im Oberharz fast vollständig tot ist, Trinkwassermangel und Erdrutsche durch Bodenerosion auslösen, die ganze Ortschaften begraben können und den Harz schrumpfen lässt. Wenn Katrin sagt es war die ansteckende Flutkatastrophe, glauben das die Lemminge, aber ganz ohne Wasser. Wie wollt ihr verdammt noch mal den Harz unsere Trinkwasser und Fluss Adern retten?

St. Marek / 03.08.2022

Der Unfallreaktor in Tschernobyl war ein SWR. Anders als die Reaktoren westlicher Bauart hatte er aber nicht einen einzigen großen Druckbehälter, sondern viele kleine, röhrenförmige.

J.G.R. Benthien / 03.08.2022

Ich hatte es schon mal an anderer Stelle hier gesagt: Im Bereich Physik und Energie sind die Grünen, Linken und Roten qualifikationslose Vollidioten. Mit Loigk ist es bei denen auch nicht weit her. Die wollen nur ihre Idiologie (Idiotie?) durchsetzen und die 25.000 Euro plus Spielgeld und Privilegien pro Kopf und Monat einsacken. Das Land oder die Bürger sind denen egal.

Udo Kemmerling / 03.08.2022

Wie niedlich, “Holzatom”, Elementsymbol Ho. Mist geht nicht, ist schon für Holmium vergeben. Aber wie sollte man mit der abgebrochenen Theologin auch über Dinge reden, von denen sie nicht mal Vorschulkindergartenkenntnisse hat. Mit “uns” kann man auf Verniedlichungen verzichten. ++ Allein, dass bis heute Tschernobyl als Beispiel für die Unsicherheit von Kerntechnologie herangezogen wird, ist ein Witz. Analog könnte man ein Fahrzeug mit 5000 PS bauen, ohne Bremse und Lenke, aber mit einem Knopf, der die 5000 PS zuschaltet, 10 Meter vor einer Betonmauer. Nach dem Einschlag stellt man sich dann hin und sagt: “Das ist ja gar nicht sicher…”

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