Warum neue Reaktorkonzepte leere Versprechen sind
Immer zahlreicher sind die Rufe nach «vorurteilsloser Beurteilung»[1] der Frage, ob eine «neue Generation»[2] von AKW uns die Probleme des Klimawandels nicht vom Hals schaffen könne. Angeblich haben diese «neuen» AKW alle Nachteile der «alten» AKW (Risiko einer gigantischen Verstrahlung im Fall einer Panne, Endlagerung der Abfälle, Schutz des Kraftwerks vor Attentaten, usw.) nicht mehr und dafür den angeblichen Vorzug, sicher und zuverlässig CO2-freien Bandstrom zu liefern. Wo also sind diese «unproblematischen» AKW, wegen denen man ein bereits erlassenes «Technologieverbot»[3] zurücknehmen soll?
Was ist der aktuelle Stand der AKW-Technik?
In einem AKW werden Atomkerne gespalten. Dabei wird Energie in Form von Wärme freigesetzt, die für die Stromproduktion genutzt wird. Die Kernspaltungsreaktion findet in einem Reaktor – dem Herzstück eines Atomkraftwerks statt. Im Laufe der Zeit wurden verschiedene Reaktorkonzepte entworfen. Tatsächlich haben sich aber nur einzelne davon durchgesetzt. Die überragende Mehrzahl aller AKW basieren auf sogenannten Druckwasserreaktoren.
• die Geschwindigkeit der vom Reaktor vorwendeten Neutronen (schnelle bzw. thermische Reaktoren)
• den verwendeten Moderator (leichtes Wasser, schweres Wasser, Graphit oder kein Moderator) (Der Moderator ist diejenige Substanz, die dafür sorgt, dass die Neutronen die zum Spalten optimale Geschwindigkeit bzw. Energie haben. Diese liegt in der Regel in einem Bereich von weniger als 0.1 Elektronenvolt. In schnellen Reaktoren, die ohne Moderator arbeiten, liegt die Energie von Neutronen bei mindestens 10'000 Elektronenvolt)
• das verwendete Kühlmittel (leichtes Wasser, schweres Wasser, Gas, Natrium) (Das Kühlmittel des Primärkreislaufs überträgt die Wärmeenergie über den Wärmetauscher auf das Wasser des Sekundärkreislaufs, das dann als Dampf die Dampfturbine antreibt).
Daneben gibt es weitere wichtige Unterschiede, wie zum BeispielTemperatur und Druck im primären Kühlkreislauf, unterschiedliche Brennstoffarten (angereichertes Uran, Natururan, Mischoxid, usw), verschiedene Reaktoreinbauten, Steuer- und Sicherheitssysteme etc.
Obwohl seit dem Beginn des Atomstromzeitalters in den 1950er Jahren immer wieder neue Konzepte entwickelt wurden, basieren heute mehr als 80% auf dem Konzept des leichtwassergekühlten Druck- oder Siedereaktors.
Was bleibt sich bei allen AKW gleich, egal von welcher Bauart sie sind?
Atomkraftwerke (AKW) sind thermische Kraftwerke (wie z.B. auch Kohle- oder Gaskraftwerke), die Wärme erzeugen. Mithilfe dieser Wärme wird Dampf erzeugt, der Turbinen und damit einen Generator antreibt. Der Dampf muss nach der Turbine wieder kondensiert und an den Ausgangspunkt zurückgeführt werden. Jene Kreisläufe, die direkt mit dem Reaktor verbunden sind, sind in sich geschlossen. Damit der Dampf nach der Turbine gekühlt und verflüssigt werden kann, ist ein zusätzlicher, offener Kreislauf nötig. Die abgeführte Wärme wird entweder an einen Fluss abgegeben (z.B. in Beznau oder früher in Mühleberg) oder über einen Kühlturm (in Gösgen und Leibstadt) an die Luft weitergeleitet.
Fakt Nr. 1
Von 100% bei der Kernspaltung freigesetzter Wärme gehen etwa 65 % an den Fluss oder an die Luft; nur aus 35 % der Wärmeenergie entsteht letztlich elektrische Energie. Ein AKW hat darum einen Wirkungsgrad von 30-40%. Einige neue Reaktorkonzepte versprechen höhere Wirkungsgrade. Bis heute existieren entsprechende Konzepte aber nur auf Papier. Die Tatsache, dass ein grosser Teil der in AKW erzeugten Wärme verloren geht, bleibt ungeachtet des Reaktorkonzepts bestehen.
Ein AKW braucht als «Brennstoff» schwere Atomkerne, die gespalten werden können. In den meisten Fällen ist dies Uran-235. Dieses Uran muss bergmännisch abgebaut und in eine chemisch und physikalisch brauchbare Form gebracht werden.
Fakt Nr. 2
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Fakt Nr. 3
Viele Bauteile von AKW werden durch Neutronen bestrahlt, was mit der Zeit zur Materialversprödung führt. Dies stellt ein enormes Sicherheitsrisiko dar.
Ein AKW nutzt die Wärme, die bei der Spaltung von Atomkernen freigesetzt wird. Bei jeder Spaltung werden 2 bis 3 Neutronen frei, von denen genau ein Neutron wieder einen Kern spalten muss. Die übrigen müssen (z.B. durch einen Absorber) aus dem Verkehr gezogen werden. Das nennt man kontrollierte Kettenreaktion. Die Wahrscheinlichkeit, einen Kern zu spalten, hängt von der Geschwindigkeit des Neutrons ab. Ist es zu schnell, verlässt es den Bereich von zu spaltenden Kernen, ohne dass eine Spaltung stattfindet. Darum sorgt ein Moderator, also eine Substanz, die das Neutron durch Stösse abbremst, für die passende Geschwindigkeit. Man sieht sofort, dass wir es mit sehr vielen, tendenziell zu schnellen Neutronen zu tun haben. Dieser Neutronenfluss lässt alle Materialien, durch die er tritt, insbesondere auch die Bauteile des Reaktorkerns und des Reaktordruckgefässes, rasch altern.
Die spaltbaren Atomkerne machen nur einen geringen Teil des Inventars im Reaktorkern aus. Dort gibt es viele nicht spaltbare Kerne, die sich durch Neutroneneinfang verändern können, aber auch Kernbruchstücke von gespaltenen Kernen. Beide, die veränderten Kerne und die Bruchstücke, sind mit grosser Wahrscheinlichkeit nicht stabil, sondern zerfallsfähig bzw. radioaktiv. Deren Zerfall führt zu Strahlung.
Fakt Nr. 4
Unabhängig vom Bautyp des AKW besteht das nicht vollends gelöste Problem der Langzeitlagerung der gefährlichen Abfälle
Sind Brennstäbe sogenannt «abgebrannt» geben sie noch extrem lange Wärme und Strahlung ab. Abgebrannte Brennstäbe enthalten den mit grossem Abstand grössten Teil der Radioaktivität aller radioaktiven Abfälle. Bisher hat sich kein Konzept durchgesetzt, das eine Alternative zur geologischen Tiefenlagerung für hochradioaktive Abfälle bieten könnte. Ein geologisches Tiefenlager muss die in abgebrannten Brennstäben enthaltenen Stoffe für bis zu einer Million Jahre von der Biosphäre fernhalten. Hochradioaktive Abfälle gelten als gefährlichste Abfälle der Welt. Unabhängig vom konkreten Bautyp des AKW ist mit dieser Technologie das Thema der Langzeitlagerung über unvorstellbare Zeiträume hinweg untrennbar verbunden.