Eiswand am F1-KKW offiziell betriebsbereit

Arbeiter auf dem Gelände des Fukushima-Daiichi-Kernkraftwerkes (F1-KKW) von TEPCO [Tokyo Electric Power Company Holdings, Inc.] haben am 22. August 2017 von 9 bis 9:30 Uhr die Ventile der Gefrierrohre auf dem bergseitig-westlich gelegenen, sieben Meter langen letzten Abschnitt der idealiter in naher Zukunft wasserundurchlässigen „Eiswand“ [engl. frozen-soil shielding wall oder auch frozen soil wall, jp. tōdo shasuiheki 凍土遮水壁, kurz tōdoheki 凍土壁] um die Reaktorgebäude und die Maschinenhäuser der F1-KKW-Reaktoren Nr. 1 bis 4 geöffnet. Die Eiswand ist somit vollumfänglich betriebsbereit und in Betrieb genommen. Wie lange es dauern wird, bis auf den letzten sieben Metern Gefrierkörper um die Gefrierrohre entstehen und sich zu größeren Frostkörpern im Boden zusammenfügen, hängt von der Fließgeschwindigkeit des Grundwassers ab, die hier relativ groß ist. Man rechnet mit etwa zwei bis drei Monaten. Die Ortsdosisleistung der Arbeiter während ihres Einsatzes soll laut TEPCO 100 Mikrosievert pro Stunde betragen haben.

Die Eiswand ist etwa 1,5 Kilometer lang, 5 bis 6 Meter dick und 30 Meter tief. Die Eiswand durchziehen 1.568 Gefrierrohre mit einem Durchmesser von jeweils etwa 10 Zentimetern. Als Kühlflüssigkeit beziehungsweise Kälteträger dient nicht Flüssigstickstoff, sondern eine wässrige Lösung von Kalziumchlorid. Jede der installierten 30 Kältemaschinen soll 70 Tonnen für 24 Stunden auf minus 30 Grad Celsius gefrieren lassen können. In 85 Zentimeter Entfernung von den Gefrierrohren verteilen sich 360 Glasfaserthermometer, um die Bodentemperatur im Vollbetrieb ständig überprüfen zu können. Darüber hinaus dienen 82 Brunnen zur ständigen Beobachtung des Grundwasserspiegels.

Zweck der in diesem Maßstab weltweit erstmals verwirklichten Bodenvereisung ist ein Schutzwall gegen eindringendes Grundwasser seit der Dreifachkatastrophe vom 11. März 2011 (Erdbeben, Riesenflutwelle, Kernschmelzen in den Reaktoren Nr. 1 bis 3). Lange Zeit strömten täglich rund 300 bis 400 Tonnen [Kubikmeter] Grundwasser in die zerstörten Kernreaktorgebäude des F1-KKW hinein und zum Teil auch wieder heraus. Dabei wurde es unvermeidlicherweise radioaktiv kontaminiert. Der ingenieurwissenschaftlichen Theorie nach soll die wasserundurchlässige Eiswand die Wasserkontaminations- und Stilllegungsprobleme des Betreibers TEPCO wenn nicht lösen, so doch erheblich reduzieren.

Hauptvertragsnehmer für die Eiswand ist seit Ende 2013 die weltweit tätige Baufirma Kajima AG [Kajima Corporation, jp. Kajima Kensetsu KK 鹿島建設株式会社]. Über die Technologie zur Bodenvereisung verfügt in Japan neben Kajima nur noch das mittelgroße Unternehmen Chemical Grouting Co., Ltd. [jp. Kemikaru Gurauto KK]. Die Eiswand wurde nicht auf einmal abrupt als Ganzes in Betrieb genommen, sondern nach Abschnitten stufenweise, um die Auswirkungen und den Wirkungsgrad messen und erforderlichenfalls leichter gegensteuern zu können; wenn der Grundwasserspiegel als Folge des Eiswandbetriebes sinken sollte, könnte der Wasserspiegel in den Reaktorgebäuden steigen und das kontaminierte Wasser austreten, so eine Befürchtung der beteiligten Ingenieure und Wissenschaftler. Zu so einem Austritt kam es tatsächlich am 2. August bei einem Brunnen in der Nähe des Reaktors Nr. 4, das Ganze blieb jedoch örtlich begrenzt. Die erste Kältemaschine hatte am 31. März 2016 den Betrieb aufgenommen.

Die Kosten für die Eiswand hat nicht TEPCO beglichen, sondern die Regierung mit bislang etwa 34,5 Milliarden Yen (etwa 260 bis 300 Millionen Euro) Steuergeldern finanziert. Für den laufenden Betrieb sind aktuell eine Milliarde Yen (rd. 8 Millionen Euro) pro Jahr veranschlagt. TEPCO-Geschäftsführer Naohiro Masuda – bis 2011 Leiter des Fukushima Daini-Kernkraftwerkes (F2-KKW), seit April 2014 in Personalunion Präsident des Unternehmens zur Dekontamination und Stilllegung des F1-KKW [engl. Fukushima Daiichi Decontamination and Decommissioning Engineering Company, jp. Fukushima Daiichi Hairo Suishin Kanpanī 福島第一廃炉推進カンパニー] – gab sich vor dem 22. August vorsichtig optimistisch, aber schon vor der Inbetriebnahme gab es erhebliche Zweifel am Wirkungsgrad der Eiswand, nicht zuletzt auch von Seiten der japanischen Atomaufsichtsbehörde sowie verschiedener beteiligter Ministerien.

Masato Kino, der zuständige Beamte für Reaktorstilllegung und Maßnahmen gegen kontaminiertes Wasser im Amt für Bodenschätze und Energie (ANRE) [Agency for Natural Resources and Energy, jp. Shigen Enerugī Chō 資源エネルギー庁] unter der Ägide des Wirtschaftsministeriums sagte in diesem Zusammenhang, dass die Eiswand eine von mehreren Maßnahmen zur Verringerung der Wasserkontamination auf dem Gelände des F1-KKW sei. Hiermit dürften unter anderem das Umleiten von Grundwasser, die Grundwasser-Drainagebrunnen, das Abpumpen und das technisch machbare Dekontaminieren gemeint sein. Mit der Schließung des letzten Abschnitts der Eiswand versprechen sich TEPCO und das Wirtschaftsministerium eine Verringerung der Einströmungsmenge von Grundwasser auf unter 100 Tonnen pro Tag. Von einer bergseitigen „wasserundurchlässigen Eiswand“ im strengen wörtlichen Sinne kann also noch keine Rede sein, schon gar nicht monokausal.

TEPCO-Vorstand Takashi Kawamura sagte Mitte Juli 2017 vor Medienvertretern unter dem Druck von bereits dicht an dicht in Metalltanks auf dem Gelände des F1-KKW stehenden 800.000 Tonnen Wasser in einem in Japan vielbeachteten Interview, dass die Entscheidung, das zu etwa drei Vierteln um 62 Radionuklide – darunter Cäsium und Strontium – dekontaminierte Wasser [mit bislang unfilterbarem Tritium (Halbwertszeit 12,32 Jahre)] ins Meer abzulassen, „bereits gefallen“ sei, was zu einem Sturm der Entrüstung nicht nur bei lokalen Fischereigenossenschaften geführt hat.

Nukleares Ereignis der INES-Stufe 2 im Ōarai-FuE-Zentrum der JAEA

Im Ōarai-Forschungs- und Entwicklungszentrum [Oarai Research and Development Center, jp. Ōarai Kenkyū Kaihatsu Sentā 大洗研究開発センター] der Japanischen Agentur für Kernenergie JAEA [Japan Atomic Energy Agency, jp. Nihon Genshiryoku Kenkyū Kaihatsu Kikō (Genshiryoku Kikō) 日本原子力研究開発機構(原子力機構)] ereignete sich am 6. Juni 2017 etwa 110 Kilometer nordöstlich von Tōkyō nahe Tōkai-mura in der Präfektur Ibaraki ein nuklearer Störfall. Fünf Arbeiter in ihren 50er Jahren erlitten eine interne Strahlenexposition, als sie in einem Lagerraum einen Vorratsbehälter mit Plutonium- und Uranpulver öffneten. Die Arbeiter setzten die Untersuchung von Proben aus dem Vorratsbehälter fort, obwohl die Plastikbehälter anschwollen. Als sie schließlich aufplatzten, inhalierten die Arbeiter radioaktiven Staub. Im Urin der Arbeiter wurde Plutonium und Americium nachgewiesen. Fachleute schätzen die innere Strahlenbelastung eines Arbeiters auf 100 bis 200 Millisievert. Der Unfall wurde auf der siebenstufigen Internationalen Bewertungsskala für nukleare und radiologische Ereignisse als Ereignis der INES-Stufe 2 [INES, International Nuclear and Radiological Event Scale] bewertet.

Zum FuE-Zentrum in Ōarai (ca. 16.000 Einwohner) der JAEA gehören unter anderem der japanische Materialtestreaktor JMTR [Japan Materials Testing Reactor, jp. Zairyō Shikenro 材料試験炉], der Schnellbrüter-Versuchsreaktor Jōyō [Jōyō Fast Breeder Experimental Reactor, jp. Kōsoku Zōshokuro no Jikkenro Jōyō 高速増殖炉の実験炉常陽] und ein heliumgekühlter, graphitmoderierter Hochtemperaturreaktor zu Test- und Forschungszwecken.

Der Leiter der japanischen Atomaufsichtbehörde, Shunichi Tanaka, rügte die Dienstsorgfaltspflicht der JAEA und appellierte an ihre Verantwortung gegenüber der Gesundheit ihres Personals. Die betroffenen Arbeiter wurden bislang mehrfach im NIRS [National Institute of Radiological Sciences, jp. Hōshasen Igaku Sōgō Kenkyūjo Byōin 放射線医学総合研究所病院, kurz Hōiken 放医研], einer Forschungs- und Behandlungseinrichtung unter der Ägide der QST [National Institutes for Quantum and Radiological Science and Technology, jp. Ryōshi Kagaku Gijutsu Kenkyū Kaihatsu Kikō 量子科学技術研究開発機構, kurz Ryōken Kikō 量研機構], untersucht und als ambulante Patienten wieder entlassen. Ein NIRS-Vertreter veröffentlichte am 19. Juni das vorläufige Untersuchungsergebnis: „Keine akute Situation.“ [Shinkoku na jōkyō de wa nai 「深刻な状況ではない」]. Im Rahmen der vierten Untersuchung wurden drei der fünf Arbeiter am 24. Juli im NIRS kontrolliert und nach vier Tagen wieder entlassen. Laut QST-Pressemitteilung gab es bis zum Ende der vierten Untersuchung am 28. Juli „keine besonderen Veränderungen des Gesundheitszustandes der Patienten“ [Kanja-san no yōdai ni tokudan no henka wa arimasen 「患者さんの容態に特段の変化はありません」].

In Japan gab es bereits in den 1990er Jahren nukleare Ereignisse der INES-Stufen 1, 2 sowie 3. So starb der Arbeiter Hisashi Ōuchi am 21. Dezember 1999 als Folge des Kritikalitätsunfalls vom 30. September desselben Jahres in der Tōkai-Fabrik der Firma JCO Co. [früher: Japan Nuclear Fuel Conversion, Ltd.], die mit der Rekonversion von Uran zur Herstellung von Kernbrennstoffen befaßt war, und gilt in Japan als der erste Tote als Folge eines Nuklearunfalls in einer kommerziellen Fabrik. Als Folge zunehmender Stör- und Unfälle spätestens seit der Mitte der 1980er Jahre akzeptierten die zuständigen Ministerien und Ämter erstmals Runde Tische zur Kernenergiepolitik [Genshiryoku Seisaku Entaku Kaigi 原子力政策円卓会議] zwischen nuklearen Optimisten und Pessimisten mit Teilnehmerzahlen im dreistelligen Bereich. Nach ein, zwei Dutzend Treffen über Monate hinweg gipfelten die zum Teil hitzig geführten Debatten meist in der Übergabe von zahlreichen Verbesserungsvorschlägen an die Zuständigen.

Unterwasserroboter liefert erstmals Bilder des Coriums in Reaktor 3 des F1-KKW

Ein wegen seiner Form „Kleiner Mondfisch“ [engl. „Little Sunfish“, jp. „Mini Manbō“ 「ミニマンボウ」] genannter Unterwasserroboter hat seit dem 19. Juli 2017 über drei Tage hinweg bei drei Einsätzen das Innere des Primärsicherheitsbehälters von Reaktor 3 des Fukushima-Daiichi-Kernkraftwerkes (F1-KKW) der Tokyo Electric Power Company Holdings, Inc. (TEPCO) inspiziert. Er hat digitale Bilder des mutmaßlichen Coriums unterhalb des Reaktordruckgefäßes sowie Temperaturdaten und Strahlenwerte übermittelt.

Bei seiner – aktuellen und zukünftigen – Mission geht es vor allem um die Lokalisierung, Kartierung und Quantifizierung des geschmolzenen Brennstoffes, damit effiziente, effektive, ökonomische und sichere Methoden der Stilllegung und des Rückbaus vor allem der havarierten Reaktoren 1 bis 3 des F1-KKW entwickelt werden können. Man geht dabei allgemein von einem Zeithorizont von drei bis vier Jahrzehnten aus. Die Kosten sind realistisch noch nicht bezifferbar, dürften nach bisherigen Erfahrungen jedoch exorbitant und sicherlich sozialisiert werden.

Da das Einstiegsloch in den Primärsicherheitsbehälter für „Kleiner Mondfisch“ nur einen Durchmesser von 14 cm besitzt, durfte die Breite beziehungsweise Dicke des Roboters nicht mehr als 13 cm betragen. Er ist 30 cm lang und mit 2 kg viel leichter als seine schlangen- – virtuell auch U-förmigen – und skorpionförmigen Vorgänger, die im Februar und März 2017 in den Reaktoren 1 und 2 des F1-KKW an einer identischen Mission gescheitert sind.

Ein Grund für den relativen Erfolg von „Kleiner Mondfisch“, der bis zu 200 Sievert tolerieren kann, dürfte seine verbesserte Strahlungsresistenz sein. Ein Mensch würde bei einer so hohen Strahlendosis sofort sterben. 100 Sievert haben schwere Verbrennungen zur Folge, lassen das zentrale Nervensystem versagen und führen innerhalb von Stunden bis wenigen Tagen zum Tod. Der Magen-Darm-Trakt wird bei einer Strahlendosis von 10 Sievert irreparabel geschädigt. 5 Sievert führen selbst bei sofortiger medizinscher Behandlung zum Exitus mindestens der Hälfte aller Bestrahlten. 3 Sievert zerstören Knochenmark und machen Transplantationen erforderlich, die manchmal helfen und manchmal auch nicht. Akute Verstrahlung, die nicht direkt zum Tod führt, ruft Übelkeit, Durchfall und Blutungen hervor, läßt die Haare ausfallen, schwächt das Immunsystem und erhöht allgemein die Infektionsgefahr.

Der Unterwasserroboter „Kleiner Mondfisch“ wurde von Toshiba und dem japanischen Forschungskonsortium IRID [engl. International Research Institute for Nuclear Decommissioning, jp. Kokusai Hairo Kenkyū Kaihatsu Kikō 国際廃炉研究開発機構] entwickelt. IRID wurde im August 2013 gegründet und ist in Japan rechtsförmlich eine „Genossenschaft für Technologieforschung“ [Gijutsu Kenkyū Kumiai]. Das ist ein Zusammenschluß aus 18 juristischen Personen, namentlich der Japanischen Agentur für Kernenergie JAEA [engl. Japan Atomic Energy Agency, jp. Nihon Genshiryoku Kenkyū Kaihatsu Kikō, kurz Genshiryoku Kikō] unter der Ägide des Forschungs- sowie des Wirtschaftsministeriums, des Staatlichen Forschungsinstituts für Industriewissenschaften und Technologie [engl. National Institute of Advanced Industrial Science and Technology (AIST), jp. Sangyō Gijutsu Sōgō Kenkyūjo, kurz Sansōken], zwölf Stromunternehmen mit Nuklearanlagen, d.h. allen alteingesessenen ohne Okinawa Electric Power Co., Inc. sowie den Anlagenbauern Toshiba Corp., Hitachi-GE Nuclear Energy, Ltd., Mitsubishi Heavy Industries, Ltd. sowie ATOX Co., Ltd. Für IRID arbeiten neben drei internationalen Beratern auch externe Fachleute aus den USA, England, Frankreich, Rußland und der Ukraine, die ihre Expertise aus den Nuklearunfällen von Three Mile Island (1979) und Tschernobyl (1986) einbringen.

„Kleiner Mondfisch“ wird von vier Hinterradpropellern und einem Vorderradpropeller angetrieben, verfügt vorn und hinten über Leuchtdioden und je eine Kamera, sammelt Strahlungsdaten mit Hilfe eines Dosimeters und wird von vier Toshiba-Operateuren über ein Kabel ferngesteuert. Die Bilder, die der Unterwasserroboter vor allem am dritten und letzten Einsatztag geliefert hat, zeigen eine nukleare Wüstenei: Sedimente und massive Ablagerungen in rund ein Meter dicken Schichten unterhalb des Reaktordruckgefäßes, lavaartige Zapfen und rotbraune Klumpen und Trümmerteile. TEPCO vermutet, dass sich geschmolzener Kernbrennstoff mit Steuerstäben, Steuerstabantrieben sowie mit dem Sockel des Druckgefäßes vermischt und mit Wasser, Luft und Dampf chemisch reagiert haben. Gitterroste, Bodenplatten, Betoneinspannungen, Einbettungen des Sicherheitsbehälters und Kabelschächte sind ebenfalls in Mitleidenschaft gezogen.

Ablagerungen und im Kühlwasser treibende Sedimente stellen ein Hindernis für zukünftige Untersuchungen und die Beseitigung von Nuklearmüll dar. Diese sollen nach dem Robotereinsatz mit Schläuchen und vermittels Röntgenfluoreszenzanalyse identifiziert werden, um entscheiden zu können, wie sie behandelt und beseitigt werden können. Die Lage und die Menge des geschmolzenen Kernbrennstoffes konnten in den havarierten Reaktoren 1 bis 3 noch nicht exakt festgestellt werden, aber das Ausmaß der strukturellen Schäden erscheint in Reaktor 3 größer als in Reaktor 2.

Das von der Bergseite her in die ehemaligen Reaktorräume einströmende Grundwasser wird weiterhin täglich in einem Umfang von rund 300 Tonnen radioaktiv verstrahlt und ist die Quelle für weit über tausend Stahltanks mit einem Fassungsvermögen von rund 300 Tonnen je Einheit, die auf dem Gelände des F1-KKW bereits dicht an dicht stehen und seit Jahren mit Leckagen immer wieder für Schlagzeilen sorgen, weil viele Tanks aus Stahlplatten gefertigt sind, die mit Schrauben und Muttern zusammengehalten werden und leichter lecken können, vor allem wenn das Fundament unter den Stahltanks nachgibt.

Von den rund 6.000 auf dem Kernkraftwerksgelände tätigen Arbeitern ist die Hälfte allein mit dem Problem der Behandlung und der Entsorgung des täglich anfallenden kontaminierten Wassers befaßt. Da die Kapazität der Tanks nahezu erschöpft ist, denkt TEPCO laut über eine Entsorgung von tritiumhaltigem Wasser ins Meer nach. Die Halbwertszeit von Tritium beträgt mehr als zwölf Jahre. Die regionalen Fischereigenossenschaften protestieren gegen die Einlassung von radioaktiv kontaminiertem Wasser ins Meer. Der Verweis auf eine gängige Praxis von Nuklearanlagenbetreibern weltweit konnte die Fischer auch nicht überzeugen. Die japanische Atomaufsichtsbehörde wird sich zu diesem Thema zeitnah erklären müssen.

Mittel- bis langfristig wird auch Japan nicht darum herumkommen, eine Energiewende des Inhalts Wind, Wasser und Sonne statt Kohle, Öl und Kernenergie in Kombination mit Elektromobilität politisch und gesellschaftlich anzustreben und technisch und wirtschaftlich zu verwirklichen. Für langfristig angelegte globale Entwicklungsstrategien – anfänglich nachholend, mitterweile in nicht wenigen Bereichen technologisch führend –, wie sie die VR China betreibt und mit Macht weiter forciert, in relativ wenigen Jahren Wind-, Wasser- und Solarenergiesysteme installiert zu haben, deren Kapazität aktuell den Potenzen der USA, Indiens, Deutschlands und Spaniens zusammen entsprechen, den Kohlestromausstieg zu vollziehen und gleichzeitig [!] das größte nationale Atomstrom-Ausbauprogramm der Welt inklusive Nukleartechnologieexporten zu realisieren, besitzt zur Zeit anscheinend kein anderes Land der Erde den politischen Willen und die materiellen sowie immateriellen Ressourcen.