Vor­trag in Kir­cheh­ren­bach: “Radio­ak­ti­ve Strah­lung und Kern­ener­gie”

Radio­ak­ti­ve Strah­lung ist über­all

Dipl.-Ing. für Elektrotechnik Axel Bergbauer

Dipl.-Ing. für Elek­tro­tech­nik Axel Berg­bau­er

Die CSU – Kir­cheh­ren­bach hat­te am ver­gan­ge­nen Mitt­woch den Fach­re­fe­ren­ten Dipl.-Ing. für Elek­tro­tech­nik Axel Berg­bau­er zum The­ma „Radio­ak­ti­ve Strah­lung und Kern­ener­gie“ ein­ge­la­den. Der Refe­rent hat sich über vie­le Jah­re mit Kern­ener­gie, Radio­ak­ti­vi­tät und Strah­len­schutz in einem glo­ba­len Unter­neh­men beruf­lich befasst. Ca. 45 Bür­ger ver­folg­ten auf­merk­sam die Erläu­te­run­gen zu die­sem hoch­ak­tu­el­len The­ma.

Die gesam­te Welt und damit auch die Men­schen sind stän­dig ioni­sie­ren­der Strah­lung aus­ge­setzt. Die Ursa­che dafür sind natür­li­che Strah­len­quel­len, die unab­hän­gig vom Men­schen ent­stan­den sind und exi­stie­ren. Aus dem Welt­all gelangt kos­mi­sche Strah­lung auf die Erde. Auf­grund der schüt­zen­den Luft­hül­le ist die Stär­ke von der Höhen­la­ge abhän­gig. Eine wei­te­re Strah­lungs­quel­le sind die natür­li­chen Radio­nu­kli­de in den Böden und Gestei­nen der Erd­kru­ste, die als ter­re­stri­sche Strah­lung bezeich­net wird. Ursa­che sind Radio­nu­kli­de, die vor der Ent­ste­hung des Son­nen­sy­stems gebil­det wur­den und nun auf­grund ihrer lan­gen Halb­wert­zeit noch übrig geblie­ben sind. Aus dem Boden gelan­gen die natür­li­chen Radio­nu­kli­de in Was­ser, Pflan­zen und Tie­re und damit in die Nah­rung des Men­schen. Alle Nah­rungs­mit­tel und auch das Was­ser ent­hal­ten gerin­ge Kon­zen­tra­tio­nen natür­li­cher Radio­nu­kli­de. Am häu­fig­sten ist das radio­ak­ti­ve Ele­ment Kali­um-40. Dies führt dazu, dass auch der Mensch selbst eine gewis­se Men­ge natür­li­cher Radio­nu­kli­de ent­hält. Eine beson­de­re Stel­lung unter den natür­li­chen Radio­nu­kli­den nimmt das Radon ein. Radon-222 ist ein radio­ak­ti­ves Edel­gas, das aus dem Boden stammt und in gerin­ger Kon­zen­tra­ti­on prak­tisch über­all vor­kommt. Es ent­steht aus dem Zer­fall von Uran und zer­fällt selbst in eine Rei­he wei­te­rer Nukli­de. Im Frei­en wird es rasch ver­dünnt, in Woh­nun­gen kann es sich jedoch unter Umstän­den zu höhe­ren Kon­zen­tra­tio­nen anrei­chern, ins­be­son­de­re in eini­gen Gebie­ten Deutsch­lands, in denen beson­de­re geo­lo­gi­sche Ver­hält­nis­se exi­stie­ren. Durch ent­spre­chen­des Lüf­ten der Woh­nun­gen wird Radon-222 schnell aus­ge­tauscht. Deutsch­land nimmt mit etwa 1,3 Rönt­gen­auf­nah­men pro Ein­woh­ner und Jahr einen Spit­zen­platz ein. Die medi­zi­ni­sche Anwen­dung von ioni­sie­ren­der Strah­lung führt zu einer zusätz­li­chen Strah­len­ex­po­si­ti­on. Auf die­se las­sen sich theo­re­tisch 1,5 % der jähr­li­chen Krebs­fäl­le zurück­füh­ren.

Radio­ak­ti­vi­tät ist die Eigen­schaft man­cher che­mi­scher Ele­men­te (Radio­nu­kli­de, Radio­iso­to­pe), unter Aus­sendung einer unsicht­ba­ren Strah­lung und Bin­dung ande­rer Ele­men­te zu zer­fal­len. Bei der beim radio­ak­ti­ven Zer­fall auf­tre­ten­den und aus dem Atom­kern stam­men­den Strah­lung unter­schei­det man die α‑Strahlung, die β‑Strahlung, und die γ ‑Strah­lung, die eine ener­gie­rei­che elek­tro­ma­gne­ti­sche Strah­lung ist. Wegen ihrer posi­ti­ven bzw. nega­ti­ven Ladung wer­den die Bah­nen der α- und β‑Strahlung im magne­ti­schen Feld abge­lenkt und las­sen sich dadurch leicht von der γ‑Strahlung unter­schei­den. Die Geschwin­dig­keit des radio­ak­ti­ven Zer­falls wird durch die Halb­werts­zeit ange­ge­ben, die bei den ver­schie­de­nen radio­ak­ti­ven Ele­men­ten zwi­schen Bruch­tei­len von Sekun­den und Mil­lio­nen von Jah­ren betra­gen kann. Zur Mes­sung der Radio­ak­ti­vi­tät wird die durch die radio­ak­ti­ve Strah­lung bewirk­te Ioni­sa­ti­on der Luft gemes­sen (mit Hil­fe des Geiger’schen Zähl­rohrs).

Kern­kraft­wer­ke (KKW) sind Anla­gen zur Erzeu­gung von Strom mit Hil­fe von Kern­re­ak­to­ren. 2010 wur­den von den 17 in Deutsch­land in Betrieb befind­li­chen Kern­kraft­wer­ken 23,3% der öffent­li­chen Strom­pro­duk­ti­on erreicht. Zum Ver­gleich sind in Frank­reich zur­zeit 59 KKW mit 78% der öffent­li­chen Strom­pro­duk­ti­on am öffent­li­chen Netz betei­ligt. In den USA sind 104 KKW in Betrieb mit einer Strom­pro­duk­ti­on von 19%.

Die Mehr­zahl der Kraft­wer­ke sind sog. Leicht­was­ser­re­ak­to­ren, bei denen zwi­schen Druck­was­ser- und Sie­de­was­ser-reak­to­ren unter­schie­den wird.

Beim Druck­was­ser­re­ak­tor (DWR) dient das Was­ser als Mode­ra­tor und Kühl­mit­tel. Der Betriebs­druck des Was­sers wird hier, anders als beim Sie­de­was­ser­re­ak­tor, so hoch gewählt, dass es bei der vor­ge­se­he­nen Betriebs­tem­pe­ra­tur nicht sie­det. Dadurch erfolgt eine gleich­mä­ßi­ge Benet­zung der Brenn­stä­be und im Ergeb­nis an der Ober­flä­che der Brenn­stä­be eine aus­ge­gli­che­ne Wär­me­ver­tei­lung ohne Kor­ro­si­ons­ge­fahr in der Dampf­pha­se. Die­se gleich­mä­ßi­ge Wär­me­ver­tei­lung bewirkt ein gut­mü­ti­ges Regel­ver­hal­ten bei guter Aus­nut­zung der frei­wer­den­den Ener­gie. Das im Reak­tor­kern erhitz­te Was­ser (Pri­mär­kreis­lauf) gibt in einem Dampf­erzeu­ger sei­ne Wär­me an einen getrenn­ten Was­ser-Dampf-Kreis­lauf ab, den Sekun­där­kreis­lauf. Der Sekun­där­kreis­lauf ist frei von radio­ak­ti­ven Par­ti­keln aus Abrieb und ohne Kon­ta­mi­na­ti­on des Was­sers, was z. B. die War­tung der Dampf­tur­bi­ne erleich­tert.

Der Sie­de­was­ser­re­ak­tor (SWR) hat nur einen Was­ser- bzw. Dampf­kreis­lauf. Der Kreis­lauf des radio­ak­tiv bela­ste­ten Kühl­mit­tels ist somit nicht auf den Sicher­heits­be­häl­ter (Con­tain­ment) beschränkt wie beim Druck­was­ser­re­ak­tor. Der erreich­ba­re Wir­kungs­grad eines Sie­de­was­ser­re­ak­tors liegt gering­fü­gig über dem Wert für Druck­was­ser­re­ak­to­ren. Durch Bil­dung von Dampf­bla­sen direkt auf den Brenn­stä­ben erfolgt eine lokal ungleich­mä­ßi­ge Benet­zung der Brenn­ele­ment­stä­be und im Ergeb­nis an der Ober­flä­che der Brenn­stä­be eine dyna­misch wech­seln­de Wär­me­ver­tei­lung mit beson­de­rer Kor­ro­si­ons­ge­fahr in der Dampf­pha­se. Die­se dyna­mi­sche Wär­me­ver­tei­lung bie­tet jedoch ein gutes Regel­ver­hal­ten für die Kon­trol­le der Kern­spal­tung bei hoher Aus­nut­zung der frei­wer­den­den Ener­gie.

Die Deut­sche Reak­to­ren zäh­len mit zu den sicher­sten Reak­to­ren der Welt. Sie wur­den auch in ande­ren euro­päi­schen Staa­ten gebaut z.B. Nie­der­lan­de, Schweiz, Spa­ni­en.

Am Ende des Vor­tra­ges wur­den noch eine Viel­zahl von Fra­gen zu dem Unglück von Tschernobyl/​Ukraine und Fukushima/​Japan gestellt.
Durch das KKW Tscher­no­byl 4 hat der Druck­röh­ren­re­ak­tor mit sei­nem ver­hee­ren­den Unglück im April 1986 Berühmt­heit erlangt. Ein Druck­röh­ren­re­ak­tor (RBMK) ist eine beson­de­re Bau­form eines Kern­re­ak­tors, bei der sich die Brenn­ele­men­te nicht in einem gemein­sa­men gro­ßen Reak­tor­druck­be­häl­ter, son­dern ein­zeln in Druck­röh­ren befin­den. Die Druck­röh­ren wer­den vom Kühl­mit­tel durch­strömt. Das Kühl­mit­tel ist aber nicht gleich­zei­tig Mode­ra­tor, son­dern der Mode­ra­tor (in fester oder flüs­si­ger Form) umgibt die Druck­röh­ren außen. Beim RBMK dient als Kühl­mit­tel leich­tes Was­ser und Gra­phit als Mode­ra­tor. Der Kühl­kreis­lauf steht aller­dings unter hohem Druck und ist getrennt vom Mode­ra­tor­tank.

Die Unglücks­re­ak­to­ren Fuku­shi­ma 1 – 4 in Japan sind Sie­de­was­ser­re­ak­to­ren aus den 70ziger Jah­ren. Die Zer­stö­rung erfolg­te nicht durch das Erd­be­ben der Stär­ke 9,0 son­dern durch den aus dem Beben her­vor­ge­gan­ge­ne Tsu­na­mi in Höhe von ca. 15m. Die Aus­wir­kun­gen der Radio­ak­ti­vi­tät auf Euro­pa dürf­ten bis auf Pro­duk­te (Lebens­mit­tel, Fische) aus Japan und hier nur aus dem direk­ten Umfeld der Reak­to­ren gering sein.

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