Strahlung
Strahlung ist allgegenwärtig. Wir alle sind ständig einem unterschiedlichen Maß an ionisierender Strahlung ausgesetzt. Sie stammt aus natürlichem Radongas (aus dem Zerfall von natürlichem Uran im Boden), aus kosmischer Strahlung (aus der Wechselwirkung zwischen Photonen und Alphateilchen aus dem Weltraum und der Erdatmosphäre) und sogar aus Lebensmitteln und Getränken (Bananen, Paranüsse, rotes Fleisch, Karotten und manches abgefüllte Quellwasser). Bei kosmischer Strahlung nimmt die Belastung mit der Höhe zu. Deshalb wird das Flugpersonal offiziell als "Strahlenarbeiter" bezeichnet. Bei jedem Transatlantikflug ist jeder Passagier im Durchschnitt einer Strahlendosis ausgesetzt, die 5 Röntgenaufnahmen der Brust entspricht. Weitere wichtige Quellen der Strahlenbelastung sind medizinische Strahlen (durch Röntgenaufnahmen, CT-Scans und nukleare Bildgebung). Selbst einige im Vereinigten Königreich verwendete Baumaterialien geben Strahlung ab.
Außerdem ist das Thema Strahlung kompliziert und für die Allgemeinheit oft nicht nachvollziehbar. So kann beispielsweise das Isotop "Jod 131", das etwa 45 % der durch den Unfall in Tschernobyl freigesetzten Radioaktivität ausmachte, Schilddrüsenkrebs verursachen. Dieser Schilddrüsenkrebs kann jedoch leicht vermieden werden, indem man Kaliumiodidtabletten einnimmt, so wie man auch ein paar Paracetamol einwerfen würde. Das liegt an der Art und Weise, wie die Chemie im Inneren der Schilddrüse funktioniert. Leider waren die sowjetischen Behörden von der Geheimhaltung besessen. Daher verteilten sie die Tabletten nicht. Auch warnten sie die Bevölkerung nicht vor dem Risiko. Infolgedessen kam es zu einem unkontrollierten Anstieg der Schilddrüsenkrebsfälle, vor allem bei Kindern, die Kuhmilch tranken, die durch den radioaktiven Niederschlag des havarierten Reaktors kontaminiert war. Diese medizinischen Fälle werden von Atomkraftgegnern als Beweis für die Gefahren der Strahlung angeführt, während sie in Wirklichkeit die Gefahren einer paranoiden Diktatur belegen. Schilddrüsenkrebs ist jedoch leicht zu behandeln. Kontraintuitiv wird er oft mit ... Jod 131(!) behandelt, das alle verbleibenden Krebszellen abtötet. Jod 131 ist zwar hochradioaktiv, hat aber eine Halbwertszeit von nur 8 Tagen, was bedeutet, dass z. B. ein Stück Käse, das nach der Bestrahlung mit Jod 131 radioaktiv war, nur 3 Monate später nicht mehr radioaktiv ist und (abgesehen von Schimmel) völlig unbedenklich genießbar wäre.
Strahlung kann jedoch am besten als Energie in Bewegung beschrieben werden (https://www.abebooks.co.uk/Radiation-Reason-Impact-Science-Culture-Fear/22511507048/bd). Strahlung, die durch Radioaktivität entsteht, ist das Ergebnis von Veränderungen in der Struktur des Atomkerns. Es gibt verschiedene Arten von Radioaktivität: Alpha- und Betateilchen, Gammawellen und Neutronenteilchen, die jeweils Strömen von Helium-Ionen, Elektronen, elektromagnetischer Strahlung (ähnlich wie Röntgenstrahlen) und ungeladenen Teilchen entsprechen.
Gammastrahlung ist Teil des elektromagnetischen Wellenspektrums, das den Bereich der langwelligen Radiowellen bis hin zu den sehr kurzwelligen Röntgen- und Gammastrahlen umfasst. Das sichtbare Spektrum bildet dabei ein sehr schmales Band mit mäßigen Energieniveaus. Je kürzer die Wellenlänge, desto mehr Energie ist in einem Energiequant (Photon) enthalten und desto mehr Schaden kann die Exposition anrichten. Das Spektrum lässt sich grob in zwei Teile unterteilen, die durch etwa 10 Elektronenvolt (eV) voneinander getrennt sind. Strahlung mit Energien über 10 eV wird als ionisierende Strahlung bezeichnet, die darunter liegende als nicht ionisierende. Ionisierende Strahlung ist in der Lage, Moleküle zu ionisieren und aufzubrechen. Sie ist der Bereich des Spektrums, der Radioaktivität enthält, d. h. sie liegt am energiereicheren Ende des UV-Lichts. Nicht-ionisierende Strahlung, z. B. von Überlandleitungen oder Mobiltelefonen, kann nur durch Erwärmung Schaden anrichten, und wenn es nicht zu einer Erwärmung kommt, ist diese Art von Strahlung sicher.
Die Schlüsselfrage lautet: Wie viel ionisierende Strahlung kann der menschliche Körper vertragen, bevor Schäden auftreten? Ursprünglich, in den 1940er und 1950er Jahren, war die Arbeitshypothese, dass Strahlung bei jeder Dosis Schaden anrichten könnte, d. h. bei Diskussionen über die Auswirkungen von Strahlung wurde ein lineares Modell ohne Schwellenwert (LNT) verwendet. Mit dem zunehmenden Wissen über Strahlenschäden an biologischem Gewebe wird nun jedoch zunehmend akzeptiert, dass es einen Schwellenwert gibt, unterhalb dessen keine Strahlenschäden an biologischem Gewebe auftreten. Die Grundlage für diese Aussage bilden umfangreiche Studien, die seit 1950 an den folgenden Gruppen von Personen durchgeführt wurden, die Strahlung ausgesetzt waren:
a) Überlebende der Bombenangriffe auf Hiroshima und Nagasaki;
b) Auswirkungen der Strahlung nach dem Unfall von Tschernobyl;
c) Die Häufigkeit von Lungenkrebs und ihr Zusammenhang mit der Radioaktivität in dem Gebiet, in dem die Menschen leben;
d) Die Gesundheitsakten von Personen, die mehrere Jahrzehnte lang mit Strahlung gearbeitet haben, einschließlich medizinischer Radiologen;
e) Personen, die in den Jahrzehnten bis 1950 mit Leuchtfarben gearbeitet haben; und
f) Personen, die im Rahmen der medizinischen diagnostischen Bildgebung oder der Strahlentherapie bestrahlt werden.
Auf einige dieser Beispiele wird im Folgenden näher eingegangen.
Um die Wirkung der Strahlung zu beurteilen, muss nicht nur die Menge gemessen werden, die ein Körper erhalten hat, sondern es muss auch ein Faktor bestimmt werden, der die Empfindlichkeit der Körperregion berücksichtigt. Ein weiterer Faktor ist die Fähigkeit der Strahlung, in das innere Gewebe einzudringen. Die Gammastrahlung ist die am stärksten durchdringende Strahlung, die Betastrahlung ist weniger durchdringend. Die am wenigsten durchdringende Strahlung ist die Alphastrahlung, deren Strahlung die unversehrte Haut nicht durchdringt und durch Papier aufgehalten werden kann. Wenn jedoch Alphateilchen in den Körper eindringen, sei es durch einen Schnitt, eine Injektion oder durch Einatmen in die Lunge, sind sie sehr gewebeschädigend, da es sich um relativ große ionisierte Teilchen handelt.
Die Einheit zur Messung der von einem Körper aufgenommenen Strahlendosis ist das Sievert. Bei der Definition eines Sievert wird nicht nur die Menge der pro Gramm Gewebe aufgenommenen Strahlung berücksichtigt, sondern auch die Wirkung der Strahlungsart auf das Gewebe. Röntgen-, Gamma- und Betastrahlen haben einen Gewichtungsfaktor von 1 und Alphateilchen von 20.
Die durchschnittliche Strahlenbelastung der britischen Bevölkerung beträgt 2,7 Millisievert (mSv) pro Jahr. Etwa 50 % davon sind auf Radon- und Gammastrahlung zurückzuführen, die von natürlichen radioaktiven Quellen in Wasser, Boden und Gestein ausgeht. Die kosmische Strahlung macht 12 % der Hintergrundstrahlung aus, medizinische Behandlungen 15 %. Im Gegensatz dazu ist die durch berufliche Tätigkeiten (z. B. Arbeiter in der Nuklearindustrie und durch Fallout) aufgenommene Radioaktivität mit 0,5 % der durchschnittlichen Gesamtdosis unbedeutend. Public Health England (PHE) stellte 2011 fest, dass eine Person während eines Transatlantikflugs einer Strahlung von 0,08 mSv ausgesetzt ist, während ein Arbeiter in einem Kernkraftwerk 0,18 mSv/Jahr ausgesetzt ist. Ein Passagier, der von London nach New York fliegt, erhält also nach 2-3 Reisen mehr Strahlung als ein Mitarbeiter in einem Kernkraftwerk in einem Jahr.
Überlebende von Hiroshima und Nagasaki
Zum Zeitpunkt der Bombardierung lebten in den Städten 429.000 Menschen. Schätzungen zufolge starben durch die Explosion, das Feuer und die ersten Auswirkungen der Strahlung mehr als 103 000 Menschen. Seit 1950 wurden die Auswirkungen der Strahlung auf die Überlebenden eingehend untersucht.
Eine wichtige Frage ist, wie viele Einwohner dieser japanischen Städte im Jahr 1945 im Zeitraum 1950-2000 an strahlenbedingtem Krebs erkrankten. Die Gesamtschlussfolgerung ist, dass die Chance, bis 1950 zu überleben und dann zwischen 1950 und 2000 an (nicht durch Strahlung verursachtem) Krebs zu sterben, 7,9 % betrug. Im Vergleich dazu betrug die Chance, zu überleben und dann an strahlenbedingtem Krebs zu sterben, in diesem Zeitraum nur 0,4 %.
Hiroshima von Rap Dela Rea.
Am wichtigsten für unser Verständnis der Auswirkungen niedriger bis mittlerer Strahlendosen auf Krebserkrankungen ist die Erkenntnis, dass Strahlendosen unter 100 Millisievert die Zahl der Leukämiefälle nicht signifikant erhöhen. Überlebende, die Strahlendosen von über 200 Millisievert erhielten, hatten leider ein erhöhtes Risiko, an Leukämie zu erkranken. Bei der Kontrollgruppe dieser Studie handelte es sich um eine Gruppe von 25 580 Personen, die in Japan außerhalb der bombardierten Städte lebten und keine nennenswerte Strahlung erhalten hatten.
Was waren die gesundheitlichen Folgen von Tschernobyl?
Der Unfall von Tschernobyl 1986 ist der einzige kommerzielle Reaktorunfall, bei dem Menschen ums Leben kamen.
Dies soll die Bedeutung des Unfalls nicht schmälern, sondern ihn in den Kontext der Tausenden von Todesfällen stellen, die in den letzten 50 Jahren durch Unfälle in der fossilen Brennstoffindustrie verursacht wurden.
Zwei Menschen starben unmittelbar nach dem Unfall an den Folgen der Explosion, ein dritter an einem Herzinfarkt. 237 Ersthelfer wurden ins Krankenhaus eingeliefert, und bei 134 von ihnen wurde ein akutes Strahlensyndrom diagnostiziert. Fünf Feuerwehrleute starben in der ersten Nacht und weitere 23 starben innerhalb eines Monats an einem akuten Strahlensyndrom. Bis 2004 starben weitere 19 Personen aus der Gruppe mit der höchsten Strahlenbelastung, möglicherweise an den Folgen der Radioaktivität, der sie nach Tschernobyl ausgesetzt waren. Infolge des Unfalls in Tschernobyl starben also insgesamt 28 Menschen an akuten Strahlenfolgen, einer an einem Herzinfarkt und 19 aus unklarer Ursache.
Es wurden zahlreiche Studien über die langfristigen gesundheitlichen Folgen für die Menschen durchgeführt, die der Strahlung des Tschernobyl-Unfalls ausgesetzt waren. Da für die Zeit vor 1986 nur wenige Informationen über die Gesundheit der exponierten Bevölkerung zur Verfügung standen, ist es schwierig, genaue Bewertungen vorzunehmen. Die Internationale Atomenergie-Organisation (IAEO) richtete 2003 ein Tschernobyl-Forum ein, um die Umwelt- und Gesundheitsfolgen des Unfalls zu untersuchen. Der endgültige Bericht über den Unfall wurde 2006 veröffentlicht. Dem Tschernobyl-Forum gehörten Experten der IAEO, der WHO und des Wissenschaftlichen Ausschusses der Vereinten Nationen für die Auswirkungen der atomaren Strahlung (UNSCEAR) sowie Vertreter aus Belarus, der Ukraine und der Russischen Föderation an. Im Jahr 2006 veröffentlichte das Tschernobyl-Forum einen umfassenden Bericht, in dem prognostiziert wurde, dass möglicherweise 4.000 Menschen an Krebserkrankungen im Zusammenhang mit dem Tschernobyl-Unfall sterben werden.
Tschernobyl, Oblast Kiew von Viktor Hesse
Zwei weitere Berichte, einer von Greenpeace, der behauptet, dass bis 2004 bis zu 200.000 Menschen an den Folgen von Tschernobyl gestorben sind, und der zweite von TORCH, der von der Partei der Grünen/Freie Europäische Allianz in Europa in Auftrag gegeben wurde, schätzen, dass 30.000 bis 60.000 Krebstote auf Tschernobyl zurückzuführen sind. Zwischen dem offiziellen wissenschaftlichen Bericht und den von den Umweltschützern in Auftrag gegebenen Berichten besteht eindeutig eine große Diskrepanz - wer hat also Recht?
Eine Möglichkeit zur Schätzung der wahrscheinlichen Krebstodesfälle durch Tschernobyl besteht darin, die Strahlungswerte, denen verschiedene Personengruppen ausgesetzt waren, mit den natürlichen Strahlungswerten in der Region zu vergleichen und dann die Krebswerte für jede Gruppe mit Hintergrundstrahlung mit den Schätzungen des Tschernobyl-Forums und der Umweltgruppen zu vergleichen. Dies ist vergleichbar mit den Analysen, die zu den Auswirkungen der Strahlung auf die Krebsraten nach Hiroshima und Nagasaki durchgeführt wurden.
Es gab vier Gruppen von Menschen, die einer erheblichen Strahlendosis aus Tschernobyl ausgesetzt waren.
a) 240.000 Personen, die an den Aufräumarbeiten beteiligt waren (die Liquidatoren). Die durchschnittliche Strahlenbelastung für diese Gruppe betrug 100 mSv.
b) Eine Gruppe von 116.000 Menschen, die 1986 aus der hochgradig kontaminierten 30-km-Sperrzone evakuiert wurde. Diese Gruppe hatte eine durchschnittliche Dosis von 33mSv.
c) Eine Gruppe von 220.000 Personen, die zwischen 1986 und 2005 aus einem größeren Gebiet evakuiert wurden, mit einer kumulativen Dosis von über 50 mSv in diesen Jahren.
d) 5 Millionen Menschen, die in der größeren Zone leben, die vom Fall-out des Unfalls betroffen war und im Zeitraum 1986-2005 Dosen von 10-20 mSv erhalten hat.
Die Dosen für alle anderen Europäer waren vernachlässigbar gering. Im Gegensatz dazu akzeptiert der TORCH-Bericht nicht, dass die Dosen für das übrige Europa vernachlässigbar waren, und hat daher Schätzungen für die Auswirkungen der Strahlung auf alle kontaminierten Gebiete in Europa aufgenommen. In allen Berichten wird jedoch betont, dass die angegebenen Zahlen mit erheblicher Unsicherheit behaftet sind.
Zur Veranschaulichung: Die jährliche Hintergrundstrahlung variiert in den verschiedenen Teilen der Welt.
Im Vereinigten Königreich sind es 2,7 mSv. Im Laufe von 20 Jahren erhalten die Bürger des Vereinigten Königreichs also im Durchschnitt eine kumulative Dosis von 54 mSv. Der größte Teil davon stammt von Radon, einem Gas, das von mineralischen Quellen wie Wasser, Boden und Gestein abgegeben wird. Die Radonemission ist in Teilen von Devon und Cornwall höher als im übrigen Vereinigten Königreich. Es gibt keine Hinweise darauf, dass Lungenkrebs in diesen Grafschaften signifikant häufiger vorkommt als im übrigen Vereinigten Königreich. (Lungenkrebs ist die relevante Krebsart, da Radon, ein Alphastrahler (Halbwertszeit (t1/2) = 3,8 Tage), in die Lunge eingeatmet wird).
Die Hintergrunddosis der Strahlung in Kiew liegt bei knapp 1 mSv pro Jahr oder einer kumulativen Dosis von 20 mSv über 20 Jahre. Weitere wichtige Zahlen sind, dass eine Einzeldosis von 5.500 mSv zu 50 % Sterblichkeit führt und dass Krebsrisiken oberhalb von 100 mSv nachweisbar sind, Strahlungsdosen unter 100 mSv jedoch im Wesentlichen risikolos sind. Es hat also den Anschein, dass nur die 240.000 Mitglieder der Gruppe (a) der Liquidatoren (die Gruppe von Personen, die unmittelbar nach dem Unfall zur Beseitigung der Schäden eingesetzt wurde) ein erhöhtes Risiko haben, infolge der Strahlenbelastung nach Tschernobyl an Krebs zu erkranken. Ausgehend von der Zahl der Todesfälle nach Hiroshima und Nagasaki wurde ein zusätzliches Krebsrisiko pro 1000 Menschen infolge der Strahlenbelastung mit 0,9-1,3 % berechnet. Die Internationale Strahlenschutzkommission berechnet das Risiko eines krebsbedingten Todes mit 5 % pro Mann-Sievert (kollektive Dosis in einer Gruppe von Menschen über einen bestimmten Zeitraum). Die Strahlenbelastung der Bevölkerung nach Tschernobyl wird auf 150.000 Mann-Sievert geschätzt. Ausgehend von einer 5 %igen Wahrscheinlichkeit krebsbedingter Todesfälle würde dies eine Zahl von 7.500 krebsbedingten Todesfällen bedeuten. Schließt man jedoch die niedrigen Strahlendosen aus, was auf der Grundlage der aktuellen Daten die korrekte Anpassung wäre, dann würde die Zahl der krebsbedingten Todesfälle um etwa 4.000 über der erwarteten Zahl liegen, wenn Tschernobyl nicht stattgefunden hätte.
Wir haben uns ausführlich mit den krebsbedingten Todesfällen in Tschernobyl befasst, um ein Gefühl für die ungefähre Höhe der Zahlen zu vermitteln und um deutlich zu machen, dass alle bisherigen Beweise dafür sprechen, dass die von den Umweltverbänden genannten Todeszahlen eher hoch angesetzt sind. Eine ausführlichere Darstellung der Auswirkungen der Strahlung auf die Bevölkerung von Hiroshima, Nagasaki und Tschernobyl mit Quellenangaben findet sich in Kapitel 6 dieses Buches.
Es gibt eine wichtige Ausnahme von der obigen Aussage. Jod-131 wurde infolge des Tschernobyl-Unfalls freigesetzt. Dieses gelangt über die Milch von Kühen, die mit Jod-131 verseuchtes Gras fressen, leicht in die Nahrungskette und reichert sich so in der Schilddrüse von Kindern an. Zwischen 1986 und 2002 wurde bei 4.837 Kindern und Jugendlichen in den Nachbarländern von Tschernobyl Schilddrüsenkrebs diagnostiziert. Das ist etwa das Zehnfache der Erkrankungsrate, die zu erwarten wäre, wenn Tschernobyl nicht stattgefunden hätte. Dies ist besonders beschämend, denn hätten die russischen/ukrainischen Behörden schnell gehandelt und den Kindern in dem betroffenen Gebiet mehrere Wochen lang Kaliumjodid verabreicht, hätte dies das radioaktive Jod verdünnt und die Wahrscheinlichkeit, an Schilddrüsenkrebs zu erkranken, erheblich verringert. Es sind nur wenige Wochen erforderlich, da die t1/2 (Halbwertszeit) von Jod acht Tage beträgt. Die meisten Betroffenen wurden erfolgreich behandelt, aber bis 2002 gab es 15 Todesfälle (IAEA (2006) Chernobyl's Legacy).
Eine letzte Bemerkung zu den Nachwirkungen von Tschernobyl. Trotz der relativ hohen Kontaminationswerte in der Stadt Pripjat, die an den Tschernobyl-Reaktor angrenzt, wurden bei einem Besuch im September 2012 nur minimale Umweltauswirkungen festgestellt. Die allgemeine Schlussfolgerung lautete sogar, dass die Umwelt die Radioaktivität viel leichter überleben kann als die menschliche Besiedlung.
Studien haben im Laufe der Jahre gezeigt, dass biologische Zellen über ausgeklügelte Mechanismen verfügen, um Zellen und DNA-Schäden zu reparieren, die durch niedrige Strahlungsdosen (bis zu 100 mSv) verursacht werden. Daher wird ein Sicherheitswert von 100 mSv pro Monat für chronische Strahlendosen empfohlen. Es gibt inzwischen gute Belege dafür, dass biologisches Gewebe, einschließlich menschliches Gewebe, niedrigen Strahlungsdosen standhalten kann.
Vergleichende Sicherheit
Ein Vergleich der Todesfälle pro Terawattstunde für verschiedene Energiequellen zeigt, dass die Kernenergie im Vergleich zu Wind- und Solarenergie zu den am wenigsten gefährlichen Arten der Energieerzeugung gehört. Die folgenden Werte für kohlenstoffarme Energiequellen werden als Todesfälle pro Terawattstunde angegeben.
Diese Schlussfolgerung wird durch zwei weitere Studien gestützt: eine vom Paul-Scherrer-Institut und die andere durch das EU-Projekt ExternE. In beiden Studien hatte die Kernenergie weniger Todesfälle pro GWy (Giga-Watt-Jahr) als die Windenergie. Bei beiden Energiequellen lag die Sterblichkeitsrate unter 0,2 pro GWy, was deutlich besser ist als bei Biomasse mit etwa 1,5 Todesfällen pro GWy. Eine andere Studie nennt Zahlen (pro tausend Terawattstunden) von 1.400, 440, 150 und 90 für Wasserkraft, Solarenergie auf Dächern, Windenergie bzw. Kernenergie.
Abfallentsorgung
Ein Aspekt der Kernenergie, der sich daraus ergibt, dass es sich um eine sehr konzentrierte Energiequelle handelt, ist die Tatsache, dass das Abfallvolumen sehr gering ist und bis zu einer Million Mal kleiner sein kann als das Abfallvolumen, das bei einem entsprechenden Kraftwerk für fossile Brennstoffe anfällt.
Der Durchschnittsbürger des Vereinigten Königreichs verbraucht etwa 16 kg fossile Brennstoffe pro Tag, wodurch 11 Tonnen CO2 pro Jahr (30 kg pro Tag) entstehen - das entspricht dem Gewicht von 53 Litern Milch. Im Gegensatz dazu werden für die gleiche Energiemenge nur 2 Gramm Uran benötigt, und die dabei entstehenden Abfälle wiegen 0,25 Gramm. Mit anderen Worten: Die Abfälle aus den 10 britischen Kernreaktoren entsprechen 840 ml pro Person und Jahr (das ist das Volumen einer Flasche Wein). Davon entfallen 760 ml auf schwach radioaktive Abfälle, 60 ml auf mittelaktive Abfälle und nur 25 ml auf hochaktive Abfälle (d. h. mit langer Halbwertszeit). Diese Zahlen verdeutlichen das Problem des Umgangs mit hochaktiven Abfällen. Das Problem der Lagerung relativ kleiner Mengen hochradioaktiver Abfälle für Tausende von Jahren ist technisch machbar.
Es wurde berechnet, dass der hochaktive Atommüll von 60 Millionen Menschen im Laufe ihres Lebens bei 25 ml pro Jahr das Volumen von 35 olympischen Schwimmbecken einnehmen würde. Würde man diese Abfälle in einer Schicht von einem Meter Tiefe vergraben, so würden sie einen Zehntel eines Quadratkilometers einnehmen.
Es ist wichtig zu betonen, dass es kein unmittelbar drängendes Problem bei der Lagerung von Atommüll gibt.
Derzeit werden die Abfälle in Kernkraftwerken einige Jahre lang in Kühltanks gelagert, damit ein Großteil der Wärme und Strahlung abklingen kann. Der nächste Schritt ist die trockene Lagerung der Abfälle in Behältern entweder vor Ort oder in regulierten Lagerstätten. Branchenexperten, die Atomaufsichtsbehörden, Wissenschaftler und die Nationale Akademie der Wissenschaften der USA sind sich weitgehend einig, dass dies eine sichere Art der Lagerung von Atommüll ist, die bei Bedarf bis ins nächste Jahrhundert fortgesetzt werden kann.
Eine wichtige Frage ist, ob die Abfälle recycelt oder einfach dauerhaft in trockenen Behältern unter der Erde gelagert werden sollen. Frankreich, England und Japan haben gezeigt, dass es sowohl wirtschaftlich als auch sicher ist, "Abfall" aus Kernkraftwerken zu recyceln.
Im Allgemeinen werden radioaktive Stoffe derzeit und seit den frühen 1940er Jahren mit einer der vier folgenden Strategien verwaltet: 1, Wiederaufbereitung und Wiederverwendung; 2, Konzentrieren und Einschließen; 3, Verdünnen und Verteilen; und 4, Verzögern und Abklingen. Abgebrannte Brennelemente und ihre Hüllrohre aus Reaktoren sind die am stärksten radioaktiven Abfallarten. Für die Entsorgung werden nacheinander die Strategien 4, 1 und 2 angewandt.
In Waffen umgewandelter Abfall
Siehe Kapitel 8 in diesem Buch.
Gelegentlich wird die Sorge geäußert, dass Terroristen oder Schurkenstaaten, wenn sie in den Besitz von Atommüll gelangen, diesen zur Herstellung von Waffen verwenden könnten. Diese Befürchtung ist aus den folgenden Gründen äußerst unwahrscheinlich.
Erstens ist Atommüll nicht nur durch sichere Standorte gut geschützt, sondern auch durch die Tatsache, dass er radioaktiv ist. Das macht es extrem schwierig, ihn zu stehlen.
Zweitens, und das ist der wichtigste Punkt, ist die Konzentration von Uran- und/oder Plutoniumisotopen in Abfällen aus Kernkraftwerken, die für Kernwaffen geeignet sind, äußerst gering. Niemand verwendet heute Plutonium, das als Abfallprodukt aus zivilen Kernkraftwerken anfällt, zur Herstellung von Kernwaffen. So liegt die Konzentration von Uran-235 im Atommüll bei etwa 1 %, während die für den Bau einer Atomwaffe erforderliche Konzentration von Uran-235 bei 80 % liegt. Im Gegensatz dazu bestand das Hauptziel der frühen Kernkraftreaktoren, die während des Kalten Krieges entwickelt wurden, darin, sie so zu betreiben, dass die Produktion von Plutonium-239 maximiert wurde. Es wurde relativ wenig Strom erzeugt, da dies nur eine untergeordnete Rolle spielte. Kommerzielle Kernreaktoren sind heute darauf ausgerichtet, mehrere Jahre lang zu laufen, um die Stromerzeugung aus jeder Charge Brennstoff zu maximieren. Das Ergebnis ist, dass nukleare Abfälle aus kommerziellen Kernreaktoren, selbst wenn sie von Terroristen gestohlen würden, als Quelle für waffenfähiges Plutonium höchst ungeeignet wären.
Dies liegt daran, dass in einem Kernkraftwerk Plutonium-239 zu Beginn des Brennstoffkreislaufs erzeugt wird. Im weiteren Verlauf des Brennstoffkreislaufs wird ein zunehmender Anteil des Plutonium-239 in Plutonium-240 umgewandelt, das nicht für die Herstellung von Kernwaffen geeignet ist. Bei einem Brennstoffzyklus von 2-3 Jahren ist die Konzentration von Plutonium-239 in den nuklearen Abfällen also zu gering, um als Quelle für waffenfähiges Plutonium zu dienen.
Die Gründe für diese zuversichtliche Aussage bedürfen einer Beschreibung der atomaren Struktur und der Kernphysik, die an anderer Stelle auf dieser Website dargelegt werden. Ausführlichere Beschreibungen sind hier zu finden.
Leider ist die Wahrnehmung in der Öffentlichkeit durch die Erfahrungen mit den frühen Kernkraftwerken geprägt, deren Hauptzweck die Entwicklung von waffenfähigem Plutonium-239 und nicht von Haushaltsstrom war.
Drittens besteht eine zusätzliche Sicherheit darin, dass die internationale Gemeinschaft bei der Entwicklung der Kernenergie als nützliche Quelle der Stromerzeugung die Internationale Atomenergie-Organisation (IAEO) als unabhängigen Arm der Vereinten Nationen gegründet hat. Diese hatte den Auftrag, Kernkraftprogramme auf der ganzen Welt zu inspizieren und sicherzustellen, dass das zivile Kernkraftprogramm nicht zur Herstellung von Brennstoff für Kernwaffen als Nebenziel verwendet wird.
Die IAEO hat sich als sehr effektiv erwiesen. Ihre Inspektoren haben die Befugnis, intrusive Inspektionen durchzuführen, Kameras vor Ort zu lassen, um die Arbeit von zivilen Kernkraftwerken zu überwachen, Behälter zu versiegeln, damit sie nicht heimlich geöffnet werden können, und Wissenschaftler zu befragen, um zu überprüfen, dass keine geheime Herstellung von waffenfähigem Brennstoff stattfindet.
In der heutigen Welt ist es sehr schwer, nukleare Geheimnisse zu bewahren. Als der Iran Uran anreicherte, erfuhr die Welt davon. Als Nordkorea eine Vereinbarung traf, seine Plutoniumproduktion einzustellen, aber weiterhin ein geheimes Urananreicherungsprogramm betrieb, fand die Welt das heraus.
Der Punkt ist, dass die Welt davon erfährt, wenn Schurkenstaaten versuchen, ihre zivilen Nuklearprogramme zu unterwandern, um waffenfähigen Brennstoff zu erzeugen. Es mag ein Problem sein, Schurkenstaaten davon zu überzeugen, keine Atomwaffen zu produzieren, aber das ändert sich nicht dadurch, ob der Rest der Welt zivile Atomprogramme entwickelt oder nicht. Übrigens haben sowohl Israel als auch Nordkorea Atomwaffen, aber keines der beiden Länder verfügt über zivile Kernkraftwerke.
Unfälle in Kernkraftwerken
Weitere Einzelheiten zu den folgenden drei Unfällen finden Sie in Kapitel 10 dieses Buches und in diesem Buch.
Drei-Meilen-Insel (TMI)
28. März 1979
Es handelte sich um einen Druckwasserreaktor (DWR). Um 4.00 Uhr morgens wurde TMI-2 während des normalen Betriebs überwacht, als eine Pumpe im sekundären Kühlsystem ausfiel und das System sich abzuschalten begann. Hätten die Bediener nicht auf die Warnleuchten und Sirenen reagiert, wäre das System weiter abgeschaltet worden.
Aufgrund von Verwirrung (zum Teil aufgrund von Konstruktionsfehlern) wurden jedoch eine Reihe von Bedienungsfehlern gemacht, die zu einer teilweisen Kernschmelze führten. Insbesondere schalteten die Betreiber das Notkühlwasser ab, weil sie dachten, es bestehe die Gefahr einer Überflutung. In Wirklichkeit war ein Ventil offen geblieben, so dass kontaminiertes Wasser in das primäre Containment-Gebäude gelangte. Erst als das Hilfspersonal um 6.00 Uhr morgens eintraf, wurde das Ventil abgestellt und das Kühlwasser wieder aufgedreht. Bis zum Ende des Tages war die Situation unter Kontrolle gebracht.
Am Morgen des 30. März wurden jedoch 13 Mio. Curies Edelgase (hauptsächlich Isotope von Xenon und Spuren von Jod-131 (17 Curies)) in die Atmosphäre freigesetzt. Die Gase zerstreuten sich schnell, aber Frauen und Kinder im Umkreis von 5 Meilen wurden aufgefordert, das Gebiet vorsichtshalber zu verlassen.
Eine weitere Sorge war, dass sich Wasserstoffgas ansammelte. Da sich jedoch kein Sauerstoff in der Kammer befand, kam es zu keiner Verbrennung oder Explosion.
Trotz Bedienungsfehlern, fehlerhaften Ventilen und Signalen war die Konstruktion des Containment-Gebäudes ausreichend robust, um die Kernschmelze einzudämmen, und es kam zu keiner Oberflächenkontamination des Bereichs.
TMI-2 wurde anschließend zerstört, der Standort gereinigt und eingemottet. TMI-1 ist weiterhin in Betrieb und hat eine Betriebsgenehmigung bis 2034.
Obwohl der TMI-Vorfall keine Todesopfer forderte, hatte er weitreichende Folgen für die Entwicklung der Kernenergie.
Nach Angaben einer Expertengruppe, der Ad Hoc Population Assessment Group, sind als Folge von TMI-2 nur ein Krebstod und 1-2 erbliche Mutationen wahrscheinlich. In der 2-Millionen-Bevölkerung, die in einem Umkreis von 50 Meilen um TMI lebt, ist mit etwa 450.000 Krebstoten (nicht durch Strahlung verursacht) zu rechnen. Die durchschnittliche Dosis für die 2 Millionen Menschen im 50-Meilen-Radius betrug etwa 0,01 mSv, und die maximale Dosis für eine Person an der Grenze von TMI-2 betrug etwa 1 mSv. Die durchschnittliche Strahlendosis für eine Person, die von London nach New York fliegt, beträgt etwa 0,08 mSv (PHE), und die durchschnittliche jährliche Strahlendosis durch natürliche Strahlung in Pennsylvania beträgt etwa 1 - 1,25 mSv.
Studien der Nuclear Regulatory Commission (NRC), des Department of the Environment (DOE), der EPA und des Pennsylvania Health Department sowie unabhängiger Forscher ergaben, dass es keine Auswirkungen auf Schwangerschaftsergebnisse, spontane Fehlgeburten, fötale und kindliche Sterblichkeit oder Krebs gibt.
Infolge von TMI-2 wurden von der NRC wichtige Änderungen an den Vorschriften und der Auslegung von Kernkraftwerken sowie an deren Betrieb und der Ausbildung der Betreiber vorgenommen. Seit TMI-2 hat es in den USA keine nuklearen Unfälle mehr gegeben, und TMI-1 ist bis heute sicher in Betrieb.
Dennoch gelang es den Atomkraftgegnern, die Entwicklung der Kernenergie in den USA zu blockieren, so dass von den 129 geplanten Kernkraftwerken nur 53 fertig gestellt wurden. Die traurige Tatsache für den Klimawandel ist, dass die nicht gebauten Kernreaktoren durch mit fossilen Brennstoffen betriebene Kraftwerke ersetzt wurden, die zumeist mit Kohle befeuert werden, wodurch Millionen Tonnen CO2 in die Atmosphäre gepumpt werden. Seit TMI-1 haben die USA 3.600 Reaktorjahre Erfahrung mit kommerziellen Kernreaktoren ohne Unfälle oder Verluste an Menschenleben. Die Risiken der Kernkraft sind also äußerst gering im Vergleich zu den erhöhten Risiken der globalen Erwärmung, die sich aus dem Ersatz der Kernkraft durch fossile Brennstoffe ergeben. Die Kernenergie hat die beste Sicherheitsbilanz aller großen Stromerzeuger in den USA.
Tschernobyl
Dies ist die schlimmste Reaktorkatastrophe, die sich am 26. April 1986 ereignete. Die Gründe für diese Katastrophe wurden untersucht und es wurde international darüber berichtet; siehe hier und hier.
Unzureichend ausgebildete Arbeiter begannen während einer planmäßigen Abschaltung von Block 4 mit einem nicht genehmigten Test. Sie wollten herausfinden, wie lange die abbremsende Turbine nach der Abschaltung des Reaktors noch Strom liefern konnte. Sie beschlossen, das Notkühlsystem des Reaktorkerns abzuschalten, da es Strom verbrauchen würde. Dies war der erste von mehreren schwerwiegenden Sicherheitsverstößen, die schließlich dazu führten, dass der Reaktor instabil wurde und die Leistung auf das Hundertfache der Betriebskapazität des Reaktors anstieg. Dadurch löste sich der Uranbrennstoff auf, was zu einer gewaltigen Explosion führte, die den 1.000 Tonnen schweren Reaktordeckel zur Seite sprengte. Eine zweite Explosion durchschlug die Reaktorwände, so dass eine radioaktive Trümmerwolke 10 km in die Atmosphäre aufstieg. Neben diesen Verstößen der Betreiber war auch die Konstruktion des Reaktors der Generation 2 fehlerhaft. Es handelte sich um einen sowjetischen RBMK-Typ, der weltweit einzigartig ist. Wie mehrere andere Reaktoren der Generation 2 war auch dieser für die Erzeugung von Strom und Plutonium ausgelegt. Eine Besonderheit dieses Reaktors ist der Graphitkern, der die Neutronen abbremst und über Wasserkanäle zur Kühlung des Kerns und zur Dampferzeugung verfügt. Die RBMK-Reaktoren, die heute nicht mehr hergestellt werden, waren weltweit die einzigen Reaktoren mit dieser Konstruktion. Ein zusätzlicher Fehler war, dass dieser Reaktor keine Containment-Struktur hatte, die eine Kernschmelze auffangen konnte, wie es bei TMI der Fall war.
Man kann davon ausgehen, dass es sich bei dem Unfall in Tschernobyl um einen einmaligen Vorfall handelte, der durch eine Kombination aus Bedienungsfehlern und mangelhafter Reaktorkonstruktion verursacht wurde.
Die Kernreaktoren der Generationen 3 und 4 sind mit ausreichenden Sicherheitsvorkehrungen ausgestattet, die einen weiteren "Tschernobyl"-Vorfall äußerst unwahrscheinlich machen.
Fukushima
Am 11. März 2011 wurde Japan von einer gewaltigen Naturkatastrophe heimgesucht: Ein Erdbeben der Stärke 9 ereignete sich auf See, 95 Meilen vom Kernkraftwerk Daiichi bei Fukushima entfernt.
In der Anlage in Fukushima gab es sechs Reaktoren. Die Blöcke 1-3 waren in Betrieb und wurden sofort abgeschaltet und auf Notkühlung mit Dieselgeneratoren umgestellt, nachdem das Erdbeben einen Stromausfall verursacht hatte. Die Blöcke 4-6 waren nicht in Betrieb und haben sich nicht überhitzt.
Die Reaktoren in den Blöcken 1-3 reagierten so, wie sie konzipiert waren. Das Problem war nicht das Erdbeben, sondern die anschließende 45 Fuß hohe Wasserwand, ein Tsunami, der die 20 Fuß hohe Wand, die die Reaktoren vor dem Meer schützen sollte, überwältigte. Diese Wasserwand überschwemmte die Dieselgeneratoren, so dass keine Kühlung stattfinden konnte. Infolgedessen überhitzten die Reaktoren, was schließlich zu einer Wasserstoffexplosion, einer teilweisen Kernschmelze und der Freisetzung von Radioaktivität führte.
Doch nur 7 Meilen weiter die Küste hinunter liefen die Blöcke des Kernkraftwerks Daini mit voller Leistung und konnten trotz der Abschaltung ihrer Dieselmotoren durch den Tsunami vollständig abgeschaltet werden.
Siebzig Meilen nördlich von Daiichi und noch näher am Epizentrum des Erdbebens waren im Kernkraftwerk Onagawa drei Reaktoren in Betrieb. Sie waren vor dem Tsunami geschützt, da die Schutzmauer 48 Fuß hoch war.
Im Gegensatz zu den Kernkraftwerksunfällen in Three Mile Island und Tschernobyl, die auf Bedienungsfehler und Konstruktionsmängel zurückzuführen waren, war der Unfall in Fukushima die Folge einer großen Naturkatastrophe. Die gesamte Infrastruktur eines großen Teils Nordjapans wurde durch das Erdbeben und den anschließenden Tsunami zerstört. Fast 20.000 Menschen starben infolge des Erdbebens, aber keiner durch den Atomunfall.
Folgen für Gesundheit und Umwelt.
Trotz der Kernschmelze in den Blöcken 1 bis 3 war die Freisetzung von Radioaktivität begrenzt, da die primären Sicherheitsbehälter nicht zerstört wurden.
Die freigesetzte Radioaktivität beschränkte sich auf drei größere Ausbrüche und betrug etwa 18 % des in Tschernobyl freigesetzten Jod-131, das aus I-131 und geringen Mengen Cäsium-137 besteht. Im Gegensatz zu Tschernobyl wurde Strontium-90 nicht in die Atmosphäre freigesetzt, möglicherweise weil die Kerntemperatur nicht ausreichend anstieg, um das Isotop zu verdampfen.
Sowohl der Tschernobyl- als auch der Fukushima-Unfall wurden auf der internationalen Skala für nukleare und radiologische Ereignisse (INES), einer logarithmischen Skala ähnlich der Richterskala, mit 7 bewertet. Allerdings gab es große Unterschiede zwischen den beiden Unfällen. Nach Tschernobyl gab es 28 Todesfälle durch Strahlenbelastung, 15 Todesfälle durch Schilddrüsenkrebs, 19 Todesfälle aus unbekannter Ursache und eine Lebenserwartung von 4.000 zusätzlichen Krebstoten sowie eine weit verbreitete Kontamination der Umwelt, die zur Evakuierung von 336.000 Menschen führte. Im Gegensatz dazu gab es in Fukushima, obwohl der Tsunami 20.000 Menschen tötete, keine Todesfälle durch Strahlenbelastung und eine Vorhersage von einer zusätzlichen Krebserkrankung bei den Arbeitern und möglicherweise 20-30 zusätzlichen Krebserkrankungen bei den Menschen im Fallout-Pfad. Die Kontamination erstreckte sich über ein ziemlich großes Gebiet und führte zur vorübergehenden Evakuierung von 100.000 Menschen, wobei die langfristigen Auswirkungen auf ein kleines Gebiet beschränkt sein dürften.
Obwohl Tschernobyl und Fukushima beides schlimme Unfälle waren, war Tschernobyl schlimmer, nicht nur, weil es aufgrund einer fehlerhaften Reaktorkonstruktion und menschlichen Versagens nicht hätte passieren dürfen, sondern weil die gesundheitlichen Folgen viel größer waren als in Fukushima.
Der Unfall in Fukushima ist der einzige Unfall aufgrund natürlicher Ursachen in der Geschichte der Kernenergieerzeugung und war nicht auf einen Fehler des Betreibers oder einen Konstruktionsfehler der Reaktion zurückzuführen. Das menschliche Versagen bestand darin, dass die Schutzmauer nicht so hoch gebaut wurde wie die im Kernkraftwerk Onagawa. Künftig werden die Kühlreservoirs auf dem Dach der Kernkraftwerke platziert, wenn sie sich in der Nähe des Meeresspiegels befinden.
Mitwirkende
1. Duncan Roy, Lewes Grüne Partei
2. Peter Vaughan, East Devon Green Party
3. Mark Yelland, Brighton & Hove Grüne Partei
Hauptbild: Ein Schild an der Wand des ersten Kernkraftwerks, das in Idaho gebaut wurde. Diese Anlage ist heute ein Museum. Dan Myers.