Brokdorf: Blackbox Reaktorkern

In den AKW Brokdorf und Grohnde korrodieren Brennstäbe, zum Teil deutlich stärker als erlaubt. Die Ursache ist ungeklärt. Gibt es Parallelen zum Skandal-AKW Leibstadt in der Schweiz? von Angela Wolff, Armin Simon

Am 19. Februar 2017 erreicht die Atomaufsicht in Schleswig-Holstein eine Eilmeldung aus dem AKW Brokdorf: Eon/PreussenElektra hat bei der jährlichen Revision des  Meilers  ungewöhnlich dicke Oxidschicht-Bildungen – sprich: Korrosion – an mehreren Brennstäben festgestellt. Zulässige Grenzwerte sind deutlich überschritten, selbst bei Brennstäben, die erst ein oder zwei der üblichen vier bis fünf Jahre im Reaktorkern im Einsatz waren. Offensichtlich korrodieren sie an einigen Stellen im Turbogang. Die Ursache für diese Vorgänge im Kern des Reaktors ist völlig unklar.

 

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Brennelemente von oben, betrachtet durch Detektor: Wo sind sie wie "heiß"?

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

Eon  zufolge  treten  die  bislang  festgestellten Korrosionsschäden  sämtlich  am  oberen  Ende der Brennstäbe auf. Brennstabhüllrohre  bestehen  aus  Zirkaloy,  einer  sehr  korrosionsbeständigen  Metalllegierung.  Unter  den  extremen  Bedingungen im Reaktorkern kommt es trotzdem zu Korrosionsprozessen,  im  Normalfall  allerdings  sehr langsam.  Selbst  bei  fünfjährigem  Einsatz  der Brennelemente  bleibt  die  Oxidschichtdicke  üblicherweise unterhalb der maximal erlaubten 0,1 Millimeter. Im AKW Brokdorf hingegen ist sie  bei  mehreren  Brennstäben,  die  nicht  mal zwei  Jahre  im  Einsatz  waren, schon  deutlich  dicker, in einem Fall sogar 0,15 Millimeter stark. Ab 0,16 Millimeter ist nicht mehr gewährleistet, dass  die  Brennstabhülle  dicht  bleibt;  hochradioaktive Spaltprodukte  könnten  dann  den Kühlkreislauf des Reaktors kontaminieren.

Unbekanntes Problem im Reaktorkern

Die Brennstabhülle ist eine der Barrieren gegen den Austritt radioaktiver Substanzen  aus  dem Reaktor. Bei zu starker Korrosion kann sie versagen, insbesondere wenn, etwa bei einem Störfall, die Brennstäbe noch höheren Belastungen als im Normalbetrieb ausgesetzt sind. Darüber hinaus sind die unerwartet starken Oxidschicht-Bildungen  auf  den  Brennstabhüllen  aber  auch ein  Symptom  eines  unbekannten  Problems  im Inneren des Reaktors. Sowohl das Problem selbst als auch seine Ursache sind bis heute ungeklärt.

Das  AKW  Brokdorf, das eigentlich nur bis zum 24. Februar 2017 in Revision sein sollte, liegt wegen der unerklärten Korrosionen noch immer still. Die Atomaufsicht hat den Brennelementehersteller  sowie  Sachverständige  zur Klärung der Vorgänge im Reaktorkern hinzugezogen. „Für die Zukunft muss ausgeschlossen sein,  dass  sich  erneut  Oxidschichten  bilden, die den Grenzwert überschreiten. Dafür ist ein Verständnis von den Ursachen der Oxidation erforderlich“, unterstrich der Leiter  der Atomaufsicht  in  Kiel,  Jan  Backmann. Noch-Umweltminister Robert Habeck (Grüne) schloss ein Wiederanfahren des AKW ohne eindeutige Untersuchungsergebnisse aus: „Erst, wenn die Ursache geklärt und ausgeschlossen ist, dass sich das Problem an anderen Brennstäben wiederholt, kommt ein Wiederanfahren in Betracht.“

Schon 2005 und 2012 war es im AKW  Philippsburg-2 zu ähnlichen, aber nicht so starken  Brennstab-Korrosionen gekommen. Bei aktuellen Untersuchungen fanden Sachverständige im April  2017 auch an Brennstäben im AKW Grohnde Korrosionsspuren, wie Brokdorf und Philippsburg-2 ein Reaktor vom Typ „Vor-Konvoi“. Die zulässige Oxidschichtdicke von 0,1 Millimetern war in Grohnde zwar noch nicht überschritten. Um die „Sicherheitsmargen“ zu erhöhen, erklärte sich Eon jedoch bereit, die maximale Leistung des Reaktors im kommenden Zyklus auf 95 Prozent zu begrenzen.

Parallelen zum AKW Leibstadt?

Im schweizerischen AKW Leibstadt, am Hochrhein direkt an der deutschen Grenze gelegen, wurden während der jährlichen Revision  im August 2016 ebenfalls  zahlreiche korrodierte Brennstäbe entdeckt. Mindestens 30 sind massiv  beschädigt. Die Korrosionsstellen sind bis zu 25 Zentimeter lang und befinden sich jeweils am oberen Ende der Brennstäbe. Verantwortlich sind nach Angaben der Schweizer Atomaufsicht (ENSI) sogenannte „Dryouts“: Bestimmte Stellen im Reaktorkern wurden  so  heiß,  dass  die Brennstäbe dort nicht mehr mit einem Wasserfilm bedeckt waren, weswegen sie so stark korrodierten. Wie und warum es zu diesen Dryouts kommen konnte, die eigentlich gar nicht auftreten dürfen, ist allerdings ebenfalls noch unklar.

Zwar ist in Druckwasserreaktoren wie Brokdorf und Grohnde der Druck  im  Reaktorkern deutlich höher als in einem Siedewasserreaktor wie Leibstadt. Das Kühlwasser würde folglich erst bei sehr viel höheren Temperaturen verdampfen, weswegen  Dryouts  hier  eher  unwahrscheinlich sind. In beiden Fällen ist die Brennstabkorrosion allerdings auf Vorgänge im Reaktorkern zurückzuführen,  die  niemand  erwartet  und  niemand vorhergesehen hat. Derlei unbekannte und unberechenbare  physikalische  Mechanismen  sind in einem AKW absolut inakzeptabel.

Kritik am Wiederanfahren

Trotzdem genehmigte die Schweizer Atomaufsicht  (ENSI) am 16. Februar, nach sechsmonatigem Stillstand, das Wiederanfahren des AKW Leibstadt mit leicht geminderter Leistung –  diese Auflage soll erneute Dryouts verhindern. Der für die Atomaufsicht im benachbarten Baden-Württemberg zuständige Umweltminister Franz Untersteller (Grüne) kann diese Entscheidung nicht nachvollziehen: „(…) die Frage einer ausreichenden Sicherheitskultur stellt sich schon, wenn physikalische  Vorgänge  im  Reaktorkern nicht vollständig bekannt sind und der Weiterbetrieb dennoch zugelassen wird.“ Rita Schwarzelühr-Sutter (SPD), parlamentarische Staatsekretärin im Bundesumweltministerium (BMUB), unterstreicht: „Es ist aus Sicht des BMUB von großer Bedeutung, die Ursachen für die Schäden an den  Hüllrohren restlos aufzuklären.“ Und die atompolitische Sprecherin der Grünen, Sylvia Kotting-Uhl, kritisierte: „Immer noch ist die genaue Ursache für die erhöhte Oxidation ungeklärt. Solange das der Fall ist, darf das AKW nicht wieder ans Netz gehen – auch nicht mit neuen Brennelementen.“

Die unerwartete Überhitzung mancher Stellen im Reaktorkern, welche die Dryouts verursachte, beschäftigt inzwischen auch die Reaktorsicherheitskommission. Denn üblicherweise werden Temperaturverteilung, Neutronenfluss und Kühlwasserströmung im Reaktorkern im Vorhinein am Computer simuliert, um eben solch unzulässige Überhitzungen auszuschließen, die es in Leibstadt offensichtlich gab. Die Dryouts dort sind also ein Hinweis darauf, dass die komplizierten Rechencodes für diese Simulation möglicherweise Fehler enthalten. Die in Deutschland verwendeten Codes aber sind dieselben wie in der Schweiz.

.ausgestrahlt  fordert, dass Eon und die schleswig-holsteinische Atomaufsicht die Ursachen für die unerwartet starken  Oxidschicht-Bildungen auf den Brennstäben im AKW Brokdorf eindeutig klären müssen. Denn aus unberechenbaren und unerklärten Vorgängen können unerwartete Gefahren erwachsen und unkontrollierbare Situationen entstehen. Ein AKW, bei dem auch nur die Möglichkeit besteht, dass es im Reaktorkern zu unbekannten oder unerwarteten Reaktionen kommt, die sogar Brennstäbe beschädigen können, darf nicht wieder ans Netz gehen!   

Dieser Text erschien im .ausgestrahlt-Magazin 35, Frühjahr 2017


 

Fragen und Antworten
zu den ungeklärten Oxidschicht-Bildungen an Brennstäben im AKW Brokdorf

Aktualisierte Fassung vom 21.7.2017

  • Was ist mit den Brennstäben im AKW Brokdorf los?

    Die betroffenen Brennstäbe im AKW Brokdorf weisen erhebliche Korrosionsschäden auf. Auf den Brennstabhüllen, die den radioaktiven Brennstoff ummanteln, haben sich dicke Oxidschichten abgelagert. Zulässige Grenzwerte sind deutlich überschritten, und zwar selbst bei Brennstäben, die erst ein oder zwei der üblichen vier bis fünf Jahre im Reaktorkern im Einsatz waren. Im AKW Brokdorf sind die Brennstäbe an einigen Stellen also im Turbogang korrodiert. Die Ursache für diese Vorgänge im Kern des Reaktors ist weiter unklar, sowohl die Atomaufsicht als auch Eon haben nur Mutmaßungen, die sich zudem noch unterscheiden.

  • Wie viele Brennstäbe und Brennelemente sind betroffen?

    Im Reaktordruckbehälter des AKW Brokdorf befinden sich 193 Brennelemente mit jeweils 263 Brennstäben. Die schleswig-holsteinische Atomaufsicht gibt an, dass ausschließlich Brennstabhüllrohre der Materialbezeichnung M5 Schäden durch eine verstärkte Oxidation aufweisen. Insgesamt wurden 92 M5-Brennelemente untersucht und dabei 5.405 der 24.196 darin enthaltenen Brennstäbe vermessen. 464 Brennstäbe wiesen einen höheren als zu erwartenden Oxidbefund auf. Bei 10 Brennstäben war der Grenzwert für Oxidschichtdicken von 100 Mikrometer – das entspricht einem Siebtel der Hüllrohrdicke – überschritten. Eon gibt an, dass die bislang festgestellten Korrosionsschäden ausschließlich am oberen Ende der Brennstäbe auftraten.

     

  • Ist eine gewisse Korrosion der Brennstäbe nicht normal?

    Brennstabhüllrohre bestehen aus Zirkaloy, einer sehr korrosionsbeständigen Metalllegierung. Unter den extremen Bedingungen im Reaktorkern finden dennoch Korrosionsprozesse statt, im Normalfall allerdings sehr langsam. Um die Stabilität und Dichtheit der Brennstäbe nicht zu gefährden, darf die Oxidschicht an der Oberfläche der Brennstabhüllrohre maximal 0,1 Millimeter dick sein. Dieser Grenzwert wird üblicherweise selbst bei fünfjährigem Einsatz eines Brennelements nicht erreicht.  Im AKW Brokdorf ist er bei mehreren Brennstäben, die nicht mal zwei Jahre im Einsatz waren, schon deutlich überschritten. In einem Fall beträgt der gemessene Wert sogar 0,15 Millimeter. Ab einer Oxidschichtdicke von 0,16 Millimeter ist nicht mehr gewährleistet, dass die Brennstabhülle dicht bleibt; hochradioaktive Spaltprodukte könnten dann den Kühlkreislauf des Reaktors kontaminieren.

  • Warum ist die starke Korrosion im AKW Brokdorf beunruhigend?

    Die Brennstabhülle ist eine der Barrieren gegen den Austritt radioaktiver Substanzen aus dem Reaktor. Bei zu starker Korrosion kann sie versagen, insbesondere wenn, etwa bei einem Störfall, die Brennstäbe noch höheren Belastungen als im Normalbetrieb ausgesetzt sind.

    Darüber hinaus sind die unerwartet starken Oxidschichtbildungen auf den Brennstabhüllen aber auch ein Symptom eines unbekannten Problems im Inneren des Reaktors. Sowohl das Problem selbst als auch seine Ursache sind bis heute ungeklärt. „Besorgniserregend ist vor allem, dass die Prozesse im Reaktorkern offensichtlich anders ablaufen als erwartet“, hat auch der schleswig-holsteinische Umweltminister Robert Habeck (Grüne) erkannt.

    Dass niemand weiß, was warum passiert – so etwas darf es in einer Hochrisikoanlage wie einem AKW nicht geben! Denn aus unberechenbaren und unerklärten Vorgängen können unerwartete Gefahren erwachsen und unkontrollierbare Situationen entstehen. Unter solchen Voraussetzungen darf ein Atomkraftwerk erst recht nicht in Betrieb gehen.

  • Wie hat die schleswig-holsteinische Atomaufsicht bisher reagiert?

    Das für die Atomaufsicht in Schleswig-Holstein zuständige Umweltministerium hat die Bundesatomaufsicht über die Situation im AKW Brokdorf informiert. Aufgrund der ungeklärten Brennstabkorrosion liegt der Reaktor, der eigentlich nur bis zum 24. Februar 2017 in Revision sein sollte, bis heute still. Die Atomaufsicht hat den Brennelementehersteller sowie Sachverständige zur Klärung der Vorgänge im Reaktorkern hinzugezogen. „Für die Zukunft muss ausgeschlossen sein, dass sich erneut Oxidschichten bilden, die den Grenzwert überschreiten. Dafür ist ein Verständnis von den Ursachen der Oxidation erforderlich“, sagte der Leiter der Atomaufsicht in Kiel, Jan Backmann. Umweltminister Habeck schloss ein Wiederanfahren des Atomkraftwerks ohne eindeutige Untersuchungsergebnisse aus: „Erst, wenn die Ursache geklärt und ausgeschlossen ist, dass sich das Problem an anderen Brennstäben wiederholt, kommt ein Wiederanfahren des Kernkraftwerks in Betracht.“

    Dennoch genehmigt Habeck am 14. Juli 2017 eine erneute Beladung des Reaktorkerns. Die Atomaufsicht habe mittels „akribischer Detektivarbeit“ ein „Ursachenbündel“ identifiziert. Verantwortlich für die starken Korrosionsschäden soll demnach ein Zusammenspiel aus der ab 2006 erhöhten Reaktorleistung und dem insbesondere ab 2015 häufigeren und intensiveren Herauf- und Herunterregeln der Reaktorleistung zur Anpassung an die Netzlast („Lastfolgebetrieb“) sein. Unter der Bedingung, dass Eon das AKW nur mit 95 Prozent seiner Maximalleistung betreibe, die bisher zulässige Maximalgeschwindigkeit beim Herauf- und Herunterregeln halbiere und die Wasserstoffkonzentration im Primärkühlkreislauf erhöhe, dürfe der Reaktor demnächst wieder in Betrieb gehen. Unter diesen Bedingungen, glaubt Habeck, sei eine erneute Grenzwertüberschreitung bei der Oxidation der Brennstäbe nicht zu erwarten. Ob dies wirklich so ist, soll bei der nächsten Revision – also voraussichtlich in einem Jahr – mit Messungen überprüft werden.

     

  • Könnten auch andere AKW betroffen sein?

    Das ist durchaus möglich und war in der Vergangenheit auch schon der Fall. So tauchten 2005 und 2012 im AKW Philippsburg‑2 ähnliche, aber nicht so starke Korrosionen an Brennstäben auf. Auch an Brennstäben im AKW Grohnde, wie Brokdorf und Philippsburg‑2 ein Reaktor vom Typ „Vor-Konvoi“, fanden Sachverständige bei Untersuchungen im April 2017 Korrosionsspuren. Die zulässige Oxidschichtdicke war dort zwar noch nicht überschritten. Um die Sicherheitsmargen zu erhöhen, erklärte sich Eon jedoch bereit, die maximale Leistung des Reaktors im kommenden Zyklus auf 95 Prozent zu begrenzen – so wie es die Atomaufsicht in Schleswig-Holstein nun auch beim AKW Brokdorf verlangt.

    Infolge der Grenzwertüberschreitungen im AKW Brokdorf ließ das Bundesumweltministerium die Gesellschaft für Anlagen-und Reaktorsicherheit (GRS) eine Weiterleitungsnachricht an alle AKW-Betreiber herausgeben. Die Ursachensuche in Brokdorf, teilte das Ministerium mit, verfolge man „aufmerksam“.

  • Auch das Schweizer AKW Leibstadt war zuletzt wegen massiver Korrosion von Brennstäben in den Schlagzeilen. Was ist dort passiert?

    Im AKW Leibstadt wurden während der jährlichen Revision im August 2016 ebenfalls zahlreiche korrodierte Brennstäbe entdeckt. Verantwortlich für die gravierende Korrosion an den Brennstabhüllen dort sind nach Angaben der Schweizer Atomaufsicht (ENSI) sogenannte „Dryouts“: Bestimmte Stellen im Reaktorkern werden so heiß, dass die Brennstäbe dort nicht mehr mit einem Wasserfilm bedeckt sind, weswegen sie stark korrodieren. Wie und warum es zu diesen Dryouts kommen konnte, die eigentlich nicht auftreten dürfen, ist jedoch noch unklar.

  • Was ist über das Ausmaß der Brennstabschäden im AKW Leibstadt bekannt?

    In 47 von 648 Brennelementen des Siedewasserreaktors weisen nach Angaben des Betreibers jeweils „einige“ Brennstabhüllen Verfärbungen auf. In 15 stärker betroffenen Brennelementen sind insgesamt 30 Brennstäbe massiv beschädigt. Was genau ein „massiver“ Brennstabschaden ist, erläutern weder der Betreiber noch die Atomaufsicht. Die Inspektion hat bislang ergeben, dass ausschließlich Brennstäbe, die seit einem Jahr im Einsatz sind, von den starken Oxidablagerungen betroffen sind. Die Korrosionsstellen sind bis zu 25 Zentimeter lang und befinden sich jeweils am oberen Ende der betroffenen Brennstäbe.

  • Welche Parallelen gibt es zwischen der Korrosion von Brennstäben im AKW Leibstadt und im AKW Brokdorf?

    In beiden AKW ist eine wichtige Barriere gegen Radioaktivität, die Brennstabhülle, beschädigt worden. Die Schäden sind relativ zeitgleich aufgetaucht. Da es sich um unterschiedliche Reaktortypen handelt, ist es dennoch eher unwahrscheinlich, dass die Schadensursache identisch ist. Bei der Brennstabkorrosion im AKW Leibstadt, einem Siedewasserreaktor, handelt es sich um einen Dryout-Effekt (lokale Überhitzung – Kühlwasser verdampft dort zu stark – Korrosion). In einem Druckwasserreaktor wie dem AKW Brokdorf ist der Druck im Reaktorkern deutlich größer. Das Kühlwasser würde daher erst bei höheren Temperaturen verdampfen, weswegen Dryouts hier eher unwahrscheinlich sind.

    In beiden Fällen ist die Brennstabkorrosion allerdings auf Vorgänge im Reaktorkern zurückzuführen, die niemand erwartet und niemand vorhergesehen hat. Derlei unbekannte und unberechenbare physikalische Mechanismen sind in einem AKW absolut inakzeptabel.

  • Wie hat die Schweizer Atomaufsicht im Fall des AKW Leibstadt reagiert?

    Das Eidgenössische Nuklearsicherheitsinspektorat (ENSI) hat ein Wiederanfahren des AKW Leibstadt zunächst untersagt und die Brennstabschäden analysiert – allerdings ohne durchschlagenden Erfolg: Die Ursache der Dryouts, die zu den starken Korrosionen führten, ist bis heute ungeklärt. Trotzdem genehmigt die Behörde am 16. Februar 2017, nach sechsmonatigem Stillstand, das Wiederanfahren des Atomkraftwerks mit leicht geminderter Leistung – diese Auflage soll erneute Dryouts verhindern. Die stark beschädigten Brennstäbe hat der Betreiber gegen Dummy-Stäbe ohne Uran ausgetauscht. Er hat also lediglich den Schaden beseitigt, nicht die Ursache.

  • Welche Reaktionen ruft die Wiederanfahrgenehmigung für das AKW Leibstadt hervor?

    Bürgerinitiativen, Umweltverbände und Politiker*innen protestieren dagegen, dass das AKW trotz ungeklärter Vorgänge im Reaktorkern wieder ans Netz darf. Der für die Atomaufsicht im benachbarten Baden-Württemberg zuständige Umweltminister Franz Untersteller (Grüne) kann die Entscheidung der Schweizer Behörde nicht nachvollziehen: „(…) die Frage einer ausreichenden Sicherheitskultur stellt sich schon, wenn physikalische Vorgänge im Reaktorkern nicht vollständig bekannt sind und der Weiterbetrieb dennoch zugelassen wird.“ Rita Schwarzelühr-Sutter (SPD), parlamentarische Staatsekretärin im Bundesumweltministerium (BMUB), unterstreicht: „Es ist aus Sicht des BMUB von großer Bedeutung, die Ursachen für die Schäden an den Hüllrohren restlos aufzuklären.“ Und die atompolitische Sprecherin der Grünen, Sylvia Kotting-Uhl, kritisiert: „Immer noch ist die genaue Ursache für die erhöhte Oxidation ungeklärt. Solange das der Fall ist, darf das AKW nicht wieder ans Netz gehen – auch nicht mit neuen Brennelementen.“

  • Ist die Ursache der unerwartet starken Korrosion der Brennstäbe im AKW Brokdorf inzwischen geklärt?

    Nein. Nach wie vor ist nicht klar, welche Vorgänge im Inneren des Reaktors derart starke Oxidationsprozesse an den Brennstäben in Gang setzen. Wenn die schleswig-holsteinische Atomaufsicht die Reaktorleistung und -fahrweise als Ursache für die Korrosionsschäden hinstellt, ist das Spekulation und kein abgesichertes Wissen. Auch Eon ist bisher von anderen Ursachen ausgegangen. Das Ministerium räumt ein: „Noch nicht schlüssig, abdeckend und widerspruchsfrei sind die chemischen und physikalischen Einzelparameter […] und ihr quantitativer Beitrag zu dem Prozess geklärt.“ Trotzdem suggeriert es der Öffentlichkeit, der Betrieb des Reaktors sei „sicher“, wenn dessen Leistung um fünf Prozent reduziert und die maximal zulässige Lastwechselgeschwindigkeit halbiert werde. Dieses Sicherheitsversprechen beruht allein darauf, dass die verordnete Reaktorfahrweise dem Modus von 2006 entspricht und seinerzeit keine vergleichbaren Korrosionsschäden an Brennstäben des gleichen Materials festgestellt wurden.

    Es ist unstrittig, dass der Lastwechselbetrieb ein zusätzliches Sicherheitsrisiko darstellt und Materialschäden hervorruft. Diese – zumal nicht neue – Erkenntnis ersetzt aber nicht eine validierte Klärung der Gegebenheiten im AKW Brokdorf – genau das hatte Habeck jedoch im März versprochen. „Besorgniserregend ist vor allem, dass die Prozesse im Reaktorkern offensichtlich anders ablaufen als erwartet“, kritisierte er damals. Die thermohydraulischen, radiologischen und chemischen Vorgänge im Reaktorkern des AKW Brokdorf sind nach wie vor ungeklärt. Die Entscheidung der schleswig-holsteinischen Atomaufsicht, unter diesen Bedingungen das Beladen des Reaktors zu genehmigen und Eon voraussichtlich noch im Juli die Erlaubnis zum Wiederanfahren erteilen zu wollen, ist verantwortungslos und waghalsig.
     

     


Was fordert .ausgestrahlt?

  • Eon und die schleswig-holsteinische Atomaufsicht müssen die Ursachen für die unerwartet starken Oxidschicht-Bildungen auf den Brennstäben im AKW Brokdorf eindeutig klären.
  • Ein AKW, bei dem auch nur die Möglichkeit besteht, dass es im Reaktorkern zu unbekannten oder unerwarteten Reaktionen kommt, die sogar Brennstäbe beschädigen können, darf nicht wieder ans Netz gehen!

 

Was Du tun kannst:

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