Risiko von Wasserstoffexplosionen in Brennelementlagern ist klein
In den Brennelementlagern der Schweizer Kernkraftwerke können Wasserstoffexplosionen innerhalb der ersten drei Tage nach einem 10‘000-jährlichen Erdbeben ausgeschlossen werden. Dies hat das Eidgenössische Nuklearsicherheitsinspektorat ENSI auf Grund der Abklärungen nach dem Reaktorunglück in Fukushima festgestellt.
Die Betreiber mussten nachweisen, dass ein sicherer Zustand ohne Zuhilfenahme externer Notfallschutzmittel während mindestens drei Tagen gewährleistet wird. Dieses Zeitfenster ist aus Sicht des ENSI ausreichend, um mittels Accident Management Massnahmen den Störfall zu beherrschen.
Als Konsequenz aus dem schweren Unfall in Fukushima hatte das ENSI bereits 2011 Nachrüstungen im Bereich der Brennelementbecken angeordnet. Diese Massnahmen zielten primär auf eine verbesserte Nachspeisung und Instrumentierung der Becken ab, um einen schweren Unfall mit Abdeckung der Brennelemente zu vermeiden. „Aus Sicht des ENSI hat die Prävention von schweren Störfällen generell Vorrang gegenüber Massnahmen zur Beherrschung der Konsequenzen. Dies gilt in besonderem Masse für die Brennelementbecken, da hier wirksame präventive Massnahmen mit verhältnismässigem Aufwand realisierbar sind“, erklärt Ralph Schulz, Leiter des Fachbereichs Sicherheitsanalysen beim ENSI.
Für die Beurteilung des Unfallablaufs wurde ein 10‘000-jährliches Erdbeben mit Ausfall der nicht geschützten Notstromversorgung angenommen. Die gebunkerten Notstandsysteme waren verfügbar.
Da die Integrität der Brennelementbecken bei einem 10‘000-jährlichen Erdbeben sichergestellt ist, entsteht Wasserstoff nur durch Radiolyse (siehe unten) im Brennelementlagerbecken, solange die Brennelemente noch mit Wasser überdeckt sind, also mindestens drei Tage lang. Die durch Radiolyse produzierten Mengen an Wasserstoff sind in den ersten Tagen zu klein, um in der Atmosphäre des Brennelementlagers ein zündfähiges Gemisch zu erzeugen. Die vorhandenen Zeitfenster für Accident Management Massnahmen zur Wiederherstellung der Kühlung der Brennelementbecken sind ausreichend, um die spätere Trockenlegung und die damit verbundene Hüllrohroxidation zu verhindern. Die Wasserstoffbeherrschung aufgrund einer Kernschmelze im Reaktordruckbehälter wird das ENSI im Rahmen des Aktionsplans Fukushima 2013 weiterverfolgen.
Wasserstoffentstehung im Brennelementbecken
Die mögliche Entstehung von Wasserstoff hat ihre Ursache in chemisch-physikalischen Prozessen. Es geht einerseits um die Radiolyse des Wassers durch die vorhandene Strahlung der Brennelemente und andererseits um die Zirkoniumoxidation, welche jedoch erst nach Abdeckung der Brennelemente auftreten kann. Bei diesem Prozess erhitzen sich die Brennelemente und das Zirkonium, aus dem die Brennelementhüllrohre bestehen, reagiert mit Wasserdampf unter Bildung von Wasserstoff.
Damit es zu einer Wasserstoffexplosion kommen kann, muss eine bestimmte Wasserstoff-Konzentration im Raum erreicht sein. Ferner muss genügend Sauerstoff vorhanden sein. Wasserdampf kann die Wasserstoffzündung verhindern. Eine Wasserstoffexplosion kann ausgeschlossen werden, wenn der Dampfgehalt grösser als 55 Prozent des Volumens oder die Wasserstoffkonzentration kleiner als vier Prozent ist.
Aktueller Stand zur Explosion im Block 4 von Fukushima Dai-ichi
Das ENSI hatte die Betreiber am 5. Mai 2011 aufgefordert, den Schutz vor schnellen Wasserstoffverbrennungen und -explosionen im Bereich der Brennelementbecken für alle vorhandenen Becken zu bewerten.
Aufgrund der zu diesem Zeitpunkt vorliegenden Erkenntnisse über den Block 4 am Standort Fukushima Dai-ichi ging das ENSI davon aus, dass die Explosion durch Wasserstoffproduktion im Brennelementbecken hervorgerufen wurde. Das ENSI kommt aber nach heutiger Erkenntnis zum Schluss, dass die Explosion in Block 4 durch Wasserstoff, welcher über das gemeinsame Abgassystem von Block 3 in den Block 4 gelangt ist (und nicht durch im Brennelementbecken generierten Wasserstoff), ausgelöst wurde.