Der falsche Zauber.

Plutoniummolekül in Lungengewebe.

Plutonium im Lungengewebe. Wie ein Amokschütze feuert es Helium-4-Atomkerne in alle Richtungen. Trifft nur einer davon die DNA eines Zellkerns, ohne die Zelle zu töten, ist der Grundstein für Krebs gelegt.

 

Warum ist Reprocessing eine idiotische Idee?

Diese sich aus dem vorherigen Post ergebende Frage kann auf vier DinA4-Seiten beantwortet werden. Alle seit dem Zweiten Weltkrieg in Betrieb genommenen, unvollendeten oder nur geplanten militärischen oder zivilen Wiederaufarbeitungsanlagen unterschieden sich nämlich – ganz anders als die zeitgleich entwickelten Reaktoren – nur im unbedeutenden Detail. Sie verbindet ausserdem, dass sie sich als Pleiten entpuppten und zwar nach allen hierfür erdenklichen Massstäben.

Jeder einzelne Produktionsschritt einer Wiederaufarbeitungsanlage erzeugt mindestens ein Problem, das nur durch solche Anlagen erzeugt wird und überdies unlösbar erscheint. Das Nichtvorhandensein grundlegender Lösungen äussert sich schon in der Tatsache, dass sich diese Anlagen seit 1945 kaum veränderten – die selben Grundrisse, die selben Apparate, die selben Defizite.

Das Verfahren ist immer gleich. Der erste Schritt ist die Anlieferung der abgebrannten Brennelemente aus dem Reaktor. Sie werden in einer abgeschirmten hohen Halle aus ihren Transportbehältern befreit und gelangen durch eine Schleuse in das benachbarte Zwischenlager, eine sehr viel grössere Halle über einem ebenso grossen Wasserbasin.

Lagerbecken für abgebrannten Brennstoff

Lagerbecken für abgebrannten Brennstoff

Hier begegnet uns Problem Nr. 1, das Quantitätsproblem. Zwar sind die Nachteile der Lagerung im Wasserbecken nicht grundsätzlich verschieden von denen baugleicher Pools, wie sie neben hunderten kommerziellen Reaktorblöcken zu finden sind. Die Brennelementebecken industrieller Wiederaufarbeitungsanlagen tendieren aber aus ökonomischen Gründen dazu, die dutzendfache Zahl an Brennstäben zu beherbergen. Der “Spent Fuel Pool” eines normalen Leistungsreaktors hat die Grösse eines kleinen Schulschwimmbeckens. Der einer grossen WAA hat olympischen Wettkampfstandard. Die vor vielen Jahren in Niedersachsen und später in Bayern geplante Anlage, die hier noch häufiger ein Thema sein wird, sollte in der Lage sein, tausende Tonnen abgebrannten Brennstoff in einem einzigen Gebäude zwischenzulagern (nämlich diesem hier):

Zwischenlager der nie fertiggestellten WAA Wackersdorf

Das gegen Flugzeugabstürze gesicherte Zwischenlager der nie fertiggestellten WAA Wackersdorf, heute ein Lager für Motoradersatzteile.

Stehen die Umwälzpumpen solcher Becken für einige Zeit still, weil sie etwa nicht mehr gewartet werden, etwa aufgrund einer Havarie oder eines Krieges, verdampft das Wasser in wenigen Tagen, so wie es in Fukushima um ein Haar passiert wäre. Der Bruch eines solchen Beckens etwa durch ein Erdbeben, eine Bombe oder einen Flugzeugabsturz erzeugt ein entsprechend schnelleres Szenario. In beiden Fällen würde es damit enden, dass die Brennstäbe am Grund des Beckens brennen würden wie trockene Äste in stählernen Körben. Die Produkte eines solchen Brandes könnten auf keine Weise zurückgehalten werden. Sie würden sich über viele Landesgrenzen hinweg verteilen.

Wenn ihre Zeit gekommen ist, werden die Brennelemente einzeln in eine niedrigere Abteilung geschleust, die über besonders dicke Wände verfügt. Wollte man die Abfolge der Stationen einer WAA mit einem Tempelkloster vergleichen, wäre dieses “Head-End Building” der Vorraum des Allerheiligsten, wo das Material entkleidet und gereinigt wird. Roboter nehmen sich der Brennelemente an und zerschneiden sie in fingergrosse Stücke, die in ein darunterliegendes Säurebad fallen. Die Zirkalloyhüllen lösen sich auf. Der Rest wird herausgefischt.

Problem Nr. 2 betrifft das wichtigste Instrument im Head-End, die Schere, die ganze Bündel von Brennstäben wie Schilf zerschneidet. Es betrifft aber zugleich auch alle anderen mechanischen Komponenten einer jeden WAA. Es ist das Wartungsproblem. Die Klingen müssen regelmässig gewechselt werden, wofür es natürlich eine Automatik gibt. Doch die Automatik ist anfällig. Es ist kein guter Ort für Technik. Die Luft ist heiss und von korrosiven Säuredämpfen erfüllt. Sie greift zuerst die fragilen Kohlenstoffpolymere der Dichtungen, Hydraulikschläuche und elektrischen Isolierungen an, die durch die harte Strahlung ohnehin einer beschleunigten Alterung ausgesetzt sind. Wenn die Schere oder irgendein anderes Teil – tatsächlich ist es sehr oft die Schere – aus solchen Gründen klemmt, müssen die dysfunktionalen Teile ferngesteuert flottgemacht oder ersetzt werden. Nur sind ferngesteuerte Arbeiten in den “Hot Cells” von Wiederaufarbeitungsanlagen keine Leichtigkeit. Sie sind im Gegenteil fast unmöglich. Nicht einmal der Betrieb von Videokameras ist über längere Zeit möglich. Was sich in den Zellen abspielt, offenbaren nur die Instrumente und der verzerrte, stark eingetrübte Blick durch meterdicke Bleiglasfenster. Diese stets grünlichen Glasbausteine, die fast nur in Wiederaufarbeitungsanlagen vorkommen, sind übrigens der Grund dafür, warum sich heute viele Menschen – und auch etwa viele Comiczeichner – die radioaktive Strahlung als ein grünliches Leuchten vorstellen. Dabei ist radioaktive Strahlung, wo sie überhaupt sichtbar wird, eher blau.

Hülsenfragment eines zerschnittenen Brennstabs.

Hülsenfragment eines zerschnittenen Brennstabs.

Problem Nr. 2, das Wartungsproblem, ist kein geringes. Wenn alle ferngesteuerten Reparaturversuche gescheitert sind, muss die ganze Anlage abgefahren und eine Begehung vorbereitet werden. Diese Vorbereitung besteht aus Abklingzeiten sowie langwierigen Bemühungen, die betroffene Zelle zu reinigen und sie im Verlauf dieses Vorgangs erst möglichst spät zu betreten. Das dauert im besten Fall Wochen, im Normalfall Monate und in Einzelfällen sogar Jahre und ist nicht ohne eine erhöhte Strahlenbelastung der angrenzenden Räumlichkeiten, vor aller aber der Mannschaft zu haben. Spätestens hier ist es nötig zu verstehen, was der Begriff der harten Strahlung in der Praxis bedeutet. Er bedeutet nicht kontaminierten Staub, dessen Einatmung verhindert werden muss, sondern eine Teilchenstrahlung, die selbst stärkste Schutzanzüge durchdringt, wenn sich nur ein Spritzer des Materials auf der gegenüberliegenden Wand befindet. Gibt es in einer der Zellen eine grössere Verunreinigung, läuft ein Behälter über oder ist ein Rohr verstopft, kann diese harte Strahlung sogar in der Lage sein, die dicken Betonwände und Glasbausteine zu durchdringen. Dann steigt auch die Dosis der Facharbeiter, die den Prozess in der sogenannten Galerie durch einen Wald aus Anzeigern, Greifersteuerungen und Ventilhebeln überwachen. Radiologische Anlagen sind nicht wie Thermoskannen, die entweder auslaufen oder nicht. Selbst wenn die Wände meterdick sind, lassen sie immer etwas durch. Ob es schädlich ist, hängt von der Dosis ab, die bei Störfällen drastisch ansteigt.

Bei schweren Störfällen wird die individuelle Jahreshöchstdosis des Stammpersonals in Windeseile erreicht. Die Mannschaft ist verbraucht. Dann muss die Dosis aufgeteilt werden, was im Normalfall durch das Heranführen unzureichend trainierter Helfer erfolgen wird. Das alles ist sehr, sehr langwierig und teuer. Und es ist keine böswillige Theorie. In der durchgehend von Misserfolgen geprägten Geschichte der Experimental-, Pilot-, Demonstrations- und Produktions-WAAs gibt es viele Beispiele für Reparaturarbeiten, die aufwendig genug waren, um die wirtschaftliche Bilanz einer Anlage für Jahre ins Negative zu verkehren. Verschmerzbar war das nur, weil die Anlagen stark subventioniert und für die Energieversorgung irrelevant waren. Es wurden aber, so etwa in Westdeutschland bis in die 1980er Jahre, auch gigantische Anlagen geplant, die viel mehr sein sollten als Testballons, nämlich Herzstücke einer zentralistischen und ganz auf die Atomkraft vertrauenden nationalen Energieversorgung. Die hohe Wahrscheinlichkeit langer Stillstandszeiten wurde dabei ignoriert. Es dominierte die in der Atomindustrie übliche Zuversicht, dass eine Lösung für die zahlreichen Probleme schon gefunden werde, wenn die Sache erst richtig anläuft. Gerade Wiederaufarbeitungsanlage haben jedoch die Eigenschaft, eine Nachrüstung oder Modernisierung sehr zu erschweren oder gar unmöglich zu machen. Funktionieren sie nicht wie erwünscht, können sie im Grunde nur stillgelegt und mit äusserster Vorsicht zurückgebaut werden.

Wir betreten nun das nächste Gebäude, das mit Abstand grösste der Anlage, den Haupttempel. Wir betreten ihn nicht wirklich, wir umlaufen ihn auf der Galerie, jener streng separierten, vergleichsweise beengten zweiten Raumfolge, die für Menschen errichtet wurde.

 

Das Herz jeder WAA - der "Canyon", hier im Bau (Hanford, USA)

Das Herz jeder WAA – der “Canyon”, hier im Bau (Hanford, USA)

Dieser Haupttempel wird im Fachjargon als Canyon bezeichnet. Er besteht aus einer langen, in einigen Fällen sogar über 100 m langen Reihe von Zellen, in denen das gelöste Material den sogenannten PUREX-Prozess durchläuft, die “Plutonium-Uranium-Extraction”. Alle Zellen werden von einer einzigen, im Normalfall menschenleeren Halle überwölbt, die bei den meisten Wiederaufarbeitungsanlagen – von den militärischen Fabriken der USA auf der berühmten Hanford Site bis zur drei Jahrzehnte später erbauten Pilotanlage WAK bei Karlsruhe, schon aus der Luft als langgestreckter Gebäuderiegel zu erkennen ist. Die Widerstandskraft solcher Gebäude etwa gegen bunkerbrechende Raketenwaffen war immer wieder Gegenstand von Studien, weil in ihnen mehr Strahlung in hochflüchtiger Form konzentriert wird als in irgendeinem anderen Bestandteil des sogenannten Brennstoffkreislaufs.

Amerikanische PUREX-Anlage aus der Luft.

Amerikanische PUREX-Anlage aus der Luft, Hanford, Washington.

Einige Zellen enthalten die Stationen des PUREX-Prozesses in Form von Mischern, Entmischern und Filtern, andere die Behälter, Pumpen und Puffertanks. Jede einzelne wird durch eine meterdicke Betonplatte verschlossen, die wie der Deckstein eines megalithischen Grabes auf ihr lastet. Diese Platten bilden zugleich den Boden der darüberliegenden Halle. Will man eine Zelle betreten, muss die Platte mit einem Portalkran, der sich unter der Hallendecke bewegt, angehoben werden. Dabei wird die ganze Halle verstrahlt und muss anschliessend ebenfalls dekontaminiert werden.

Abdeckplatte einer PUREX-Zelle

Abdeckplatte einer PUREX-Zelle

Problem Nr. 3 ist ein kerntechnisches Problem. Was eben noch als zwar tödliches, aber zumindest kalkulierbares, weil fest eingeschlossenes, trockenes, metallartiges Oxid vorlag, zirkuliert nun als flüssige Mixtur aus Uran und Plutonium, hochaggressivem Tributylphosphat, Salpeter- und anderen Säuren sowie beträchtlichen Mengen Kerosin durch ein weitverzweigtes Rohrsystem. Diese Mixtur ist ätzend, leicht entzündlich und ungeheuer energiereich, weil in ihr immer noch Kernspaltung stattfindet. Sie enthält genug Plutonium, um kritische Massen zu bilden und unkontrollierte Kettenreaktionen in Gang zu setzen. Was dann passiert, zeigt ein Unfall im japanischen Tokaimura, wo 1999 ein einziger Behälter von der Grösse einer Badewanne falsch befüllt wird, nämlich mit zu viel flüssigem Plutonium. Die Neutronen- und Gammastrahlung breitet sich wie Licht aus. Sie durchdringt nicht nur den Arbeiter Hisashi Ouchi und zwei seiner Kollegen, sondern auch die massiven Wände der Fabrik. Sie wird noch in einer Entfernung von 250 m, nämlich am Standort einiger Wohnhäuser, in einer bemerkenswerten Intensität gemessen.

Blick in eine geöffnete PUREX-Zelle.

Blick in eine geöffnete PUREX-Zelle.

Kritikalitätsvermeidende, nämlich in die Länge gezogene Anordnungen von Behältern sollen eigentlich verhindern, dass es zu solchen Situationen kommt. Aber wie stets ist es unmöglich, alle Eventualitäten zu berücksichtigen. Schliesslich ist das, was nun vorliegt, auch ohne Störfälle sehr schlecht einzuschliessen. Es erzeugt zum Beispiel radioaktiven Dampf, der abgeführt werden muss, aber so aggressiv ist, dass er die meisten Filter schnell zerstört. Es erzeugt radioaktive Aerosole, die nur sehr schwer zu filtern sind. Und es erzeugt Stoffe, die überhaupt auf keine bekannte Weise zuverlässig gefiltert werden können, etwa radioaktives Americium oder Tritium. Diese Stoffe verlassen die Anlage durch den Schornstein und sorgen dafür, dass eine einzige WAA schon im Normalbetrieb soviel Strahlung absondert wie hundert kommerzielle Reaktoren. Das Aufschneiden intakter abgebrannter Brennstäbe ist die schmutzigste Angelegenheit der Welt und wird es immer sein. Die Kamine von Wiederaufarbeitungsanlagen sind deshalb noch höher als die im letzten Post erwähnten Schlote von Kernkraftwerken.

Ob es nicht vorteilhafter wäre, die Brennstäbe sofort ins Endlager zu transportieren, war aus diesem Grund schon immer heiss umstritten. Dieser Streit war ausschliesslich an die Frage gekoppelt, ob der Preis für frisches Uran eines Tages dramatisch ansteigen werde, wie es von den Befürwortern des Reprocessings inständig beschworen wurde. Dazu kam es nie. Trotzdem wird in einigen Ländern fast verzweifelt an der Technologie festgehalten. Der Gedanke, dass es hierbei auch um ihren Zweitnutzen geht, ist naheliegend. Ohne PUREX kein Atomwaffenarsenal. So einfach ist es.

Am Ende verlassen die gereinigten Plutonium- und Uranlösungen  – jedenfalls in den zivilen Anlagen – den Canyon durch Rohre in Richtung der Brennelementefertigung. Dort wird die Lösung mehrfach umgewandelt, schlussendlich in eine feste Form gesintert und zu Brennstoffpillen gepresst. Problem Nr. 4 ist nicht so sehr die Gefährlichkeit dieser Arbeit mit rezykliertem metallischen Plutonium, das nun erst recht überkritisch werden und sich auch zum Beispiel spontan entzünden kann. Es ist die Tatsache, dass solche Arbeiten überhaupt durchgeführt werden können, nämlich nur unter Verwendung staubdichter Handschuhkästen. Problem Nr. 4 ist ein Proliferationsproblem.

Französische Plutoniumschmiede in Cadarache.

Französische Plutoniumwerkstatt in Cadarache.

Wer mit einem intakten, einige Jahre alten Brennstab auf der Schulter einen Reaktor verlassen wollte, käme nicht einmal bis zum Zaun, dann wäre er tot, nur wegen der Eigenschaften des von ihm entwendeten Materials. Wer aber das in Plastikbeutel verschweisste Produkt einer WAA, insbesondere das Plutonium, hinaustragen wollte, hätte gar keine Probleme. Er könnte es in der Unterhose befördern. Weder würde die Alphastrahlung, die einzig von solchem Material abgesondert wird, seine Hoden perforieren, noch würde das Wachpersonal zwingend auf ihn aufmerksam. Detektorschleusen, die am Körper getragenes alphastrahlendes Material anzeigen, sind heute noch in einem frühen Entwicklungsstadium.

In dieser für den Einzelnen harmlosesten Form ist das Material für die Gesamtheit am gefährlichsten. Kommerzielles rezykliertes Plutonium ist, wie man heute weiss, sehr wohl zum Bau einfacher Atombomben geeignet. Die Geschichte dieses Erkenntnisprozesses werde ich sicherlich bald einmal erzählen. Jedenfalls benötigt man nur wenige Kilogramm. Eine WAA mit ernstzunehmenden industriellen Dimensionen isoliert in einem einzigen Jahr die hundertfache oder tausendfache Menge. Den Verbleib dieses hochbrisanten Materials, der andernfalls mit den Brennstäben unter der Erde verschwinden würde, ist dabei nur schwer zu bilanzieren. Das liegt zu einem nicht unwesentlichen Teil an der Tatsache, dass die radioaktive Lösung schon im Rohrsystem des Canyons Ablagerungen verursacht, wie sie in keiner anderen verfahrenstechnischen Anlage zu finden sind. Dieser “Crud” verschmilzt förmlich mit den Rohren und führt nicht nur zur unwiderruflichen Verstopfung der Anlagen. Er macht auch die Bilanzierung des Materialeingangs bzw. Materialausgangs zu einer prinzipiell unlösbaren Aufgabe. Man weiss nie, wieviel Plutonium für immer im System verbleibt, um erst gefunden zu werden, wenn die Anlage eines Tages verschrottet wird. Man weiss nicht einmal, wieviel Plutonium überhaupt in das System gelangt. Sein Anteil in den abgebrannten Brennelementen schwankt nämlich und kann vor der Rezyklierung nur aufgrund äusserer Messungen geschätzt werden. Diese prinzipielle Unschärfe der Bilanz ist umso grösser, je grösser die Wiederaufarbeitungsanlage ausgelegt ist. Beim Nuklearen Entsorgungszentrum (NEZ), dem ehrgeizigen Projekt der Regierung Helmut Schmidt, sollte sie das Äquivalent einiger Nagasaki-Bomben umfassen. Dieses Äquivalent hätte theoretisch aus der Anlage entwendet werden können, ohne in den Büchern jemals aufzufallen. Problem Nr. 4, das Proliferationsproblem, ist also kein geringes. Und es ist, wie alle anderen, überregional.

Was zurückbleibt, wenn der zu Pillen gepresste und in neue Brennstäbe eingefädelte, zu neuen Brennelementen zusammengefügte Stoff diese seltsame Fabrik verlässt, ist Problem Nr. 5. Es ist nach meiner Ansicht das gravierendste, das die Kosten-Nutzen-Rechnung der Wiederaufarbeitung endgültig auf den Kopf stellt. Ein ökologisches Problem. Die flüssigen Rückstände des PUREX-Prozesses enthalten zwar nur noch wenig Plutonium und Uran, dafür aber riesige Mengen der anderen üblichen Radionuklike, deren klingende Namen ich mir hier aufzuzählen spare. Sie sind alle da und sie sind so aktiv, dass sie noch für Jahre Wärme produzieren. Schon aus diesem Grund sollte der hochradioaktive Flüssigabfall von Wiederaufarbeitungsanlagen eigentlich zur gefährlichsten Kategorie des radioaktiven Mülls gezählt werden. Dann aber würde das Volumen dieses Mülls nicht, wie von der Wiederaufarbeitungslobby behauptet, auf einen Bruchteil verringert, sondern durch das Reprocessing erst vervielfacht. Die einzige Lösung bestünde darin, sehr viel weniger Lösungsmittel zu verwenden. Dann aber würden auch die Kritikalitätsprobleme zunehmen und zwar exponentiell.

Die unterirdischen Tanks der Hanford-Site im Bau.

Die unterirdischen Tanks der Hanford-Site im Bau.

Die Suppe wird nach bestmöglicher Volumenreduktion etwa durch Eindampfung in riesigen unterirdischen Tanks gelagert. Was passiert, wenn diese Tanks nicht ausreichend gekühlt werden, zeigt der drittschwerste Atomunfall der Geschichte, das Unglück von Majak, einem sowjetischen, bis heute in Betrieb befindlichen Plutoniumkombinat im Ural. Die an den Wänden der dortigen Tanks auskristallisierten Nitratsalze explodieren im Jahr 1957 mit der Wucht einer kleineren taktischen Atombombe. Das gesamte angrenzende Gebiet wird unbewohnbar.

Tanks wie diese, die nur zerlegt und überhaupt erst betreten werden können, nachdem sie löffelweise geleert und mit der Zahnbürste gereinigt wurden, gibt es in La Hague, in Sellafield und es gibt sie natürlich in den USA, nämlich vor allem auf der stillgelegten Hanford Site an den Ufern des Columbia River, wo im Laufe der Jahrzehnte nicht nur ein Canyon arbeitete, sondern mehrere gleichzeitig. Die dortigen Behälter gelten schon lange nicht mehr als sicher. Ihr Boden ist von harten, schlammförmigen und flüssigen Residuen bedeckt, die in den vielfältigsten Farben leuchten. Besonders die ausgehärteten Ablagerungen erschweren heute den Rückbau. Sie müssen ferngesteuert zersägt werden, und zwar, um die Wände nicht zu verletzen, durch einen hochkonzentrierten Wasserstrahl. Weil das hierfür benötigte Wasser die Menge des schwerbelasteten flüssigen Abfalls erhöhen würde, nimmt man als Trennmittel stattdessen die im Tank vorhandenen flüssigen Abfälle. Solche Ideen braucht es viele, um die Rückbaumassnahmen erfolgreich abzuschliessen. Und es braucht viele Jahre, viele Vorerkundungen und viele Milliarden Dollar. Die Krusten am Boden dieser Tanks sind wie das verkleinerte Pendant der Mondoberfläche. Jedenfalls ist es nicht weniger kostspielig, sie zu erforschen und zu betreten. Dabei sehen sie so harmlos aus.

Hochradioaktive PUREX-Abfälle in einem Tank der Hanford-Site.

Hochradioaktive PUREX-Abfälle in einem Tank der Hanford-Site.

Bleibt Problem Nr. 6, ein wirtschaftliches Problem. Es fährt davon auf Tiefladern, in stossfesten Spezialcontainern, in die Richtung eines nahen oder weitentfernten Atomkraftwerks, und wurde im vorherigen Post bereits besprochen. Es ist der aus ökonomischer Sicht unnötige, aus proliferatorischer Sicht bedenkliche und aus ökologischer Sicht hirnrissige MOX-Brennstoff, mit dem der ganze Aufwand in Ländern wie Frankreich, Russland oder Japan heute ausschliesslich rechtfertigt wird. Früher, nach dem Zweiten Weltkrieg, waren die Rechtfertigungen wenigstens weniger umständlich.

Zu den Details einzelner Anlagen später mehr.

 

 

 

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