AVR (Jülich)

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AVR (Jülich)
AVR Jülich
AVR Jülich
Lage
AVR (Jülich) (Nordrhein-Westfalen)
AVR (Jülich)
Koordinaten 50° 54′ 10,6″ N, 6° 25′ 16,3″ O50.9029361111116.4212083333333Koordinaten: 50° 54′ 10,6″ N, 6° 25′ 16,3″ O
Land: Deutschland
Daten
Eigentümer: Arbeitsgemeinschaft Versuchsreaktor GmbH
Betreiber: Arbeitsgemeinschaft Versuchsreaktor GmbH
Projektbeginn: 1961
Kommerzieller Betrieb: 19. Mai 1969
Stilllegung: 31. Dez. 1988

Stillgelegte Reaktoren (Brutto):

1  (15 MW)
Eingespeiste Energie seit Inbetriebnahme: 1.506 GWh
Stand: 25. Juli 2007
Die Datenquelle der jeweiligen Einträge findet sich in der Dokumentation.
Reaktor mit Materialschleuse

Das Kernkraftwerk AVR Jülich (Arbeitsgemeinschaft Versuchsreaktor Jülich), ein Versuchskernkraftwerk[1], war der erste deutsche Hochtemperaturreaktor (HTR). 'Geistiger Vater' der Anlage war Rudolf Schulten.

Der AVR war ein Kugelhaufenreaktor und hatte eine elektrische Nettoleistung von 13 Megawatt. Die Anlage steht in Jülich unmittelbar benachbart zum Gelände des Forschungszentrums Jülich (FZJ).

1967 wurde das Kraftwerk, welches auch Strom ins öffentliche Netz einspeiste, in Betrieb genommen. Bauherr und Betreiber war ein Konsortium aus lokalen Elektrizitätsversorgern unter Führung der Stadtwerke Düsseldorf, welche dazu die AVR GmbH gegründet hatten. Die AVR GmbH war bis 2003 zwar formal eine eigenständige Gesellschaft, de facto aber abhängig vom FZJ: Das FZJ zahlte hohe Betriebskostenzuschüsse an AVR GmbH, da die AVR-Stromerzeugung nur einen kleinen Teil der Betriebskosten deckte. Mitte der 1970er Jahre etwa standen 3 Mio DM Stromerlös/Jahr Betriebskosten von 11 Mio DM/Jahr gegenüber.[2] FZJ war und ist auch Eigentümer der AVR-Brennelemente. In Verträgen zwischen AVR GmbH und FZJ wurden Einzelheiten des AVR-Betriebs festgelegt. Außerdem erfolgte die wissenschaftliche Begleitung des AVR-Betriebs durch das FZJ. Nach 21 Betriebsjahren wurde der Reaktor am 31. Dezember 1988 abgeschaltet. Insgesamt produzierte der Reaktor rund 1,7 Milliarden Kilowattstunden Strom.[3] Eine Rückschau zum Versuchsbetrieb des AVR legte der Verein Deutscher Ingenieure VDI 1990 vor [4]

Das Stillegungskonzept wurde in den Folgejahren von „Sicherer Einschluss“ über „Entkernung“ in „vollständiger Abbau“ geändert. Dazu wurde die AVR im Jahr 2003 in das bundeseigene Rückbau-Unternehmen Energiewerke Nord integriert. Derzeit laufen Vorbereitungen für die vollständige Beseitigung der Anlage. Im Jahr 2006 wurde eine 60 × 40 Meter große Materialschleuse aus Stahl vor dem Reaktorgebäude errichtet, um das Ausschleusen des Reaktorbehälters zu ermöglichen. Bis zum Jahr 2015 sollten die Rückbauarbeiten nach Zeitplänen aus dem Jahr 2009 beendet und der Zustand „Grüne Wiese“ hergestellt sein,[5] während der Reaktorbehälter 200 m entfernt für mindestens 60 Jahre zwischengelagert wird. Aktuell (2012) wird mit mindestens zwei weiteren Jahren Verzögerung bei der Herstellung der „Grünen Wiese“ gerechnet. Aufgrund der hohen Kontamination des Kühlkreislaufs bereitet der Rückbau nämlich erhebliche Probleme. Im Jahr 2000 räumten die Betreiber ein, dass die beta-Kontamination (Strontium-90) des AVR-Reaktors sogar die höchste aller Reaktoren und Nuklearanlagen weltweit ist und zudem noch in der ungünstigsten Form, nämlich staubgebunden vorliegt.[6][7]

Inhaltsverzeichnis

[Bearbeiten] Aufbau

Aufbau des AVR-Reaktors

Abweichend von der normalerweise genutzten Anordnung des Dampferzeugers neben dem Reaktorkern wurde der Dampferzeuger beim AVR oberhalb des Reaktorkerns angeordnet, was einen besonders kleinen Flächenverbrauch zur Folge hat. Die Abschaltstäbe werden in separaten Graphitsäulen, die den Reaktorkern durchdringen, von der Unterseite des Reaktors eingefahren. Ebenfalls auf der Unterseite des Reaktors befinden sich die Kühlgebläse und die Kugelabzugsvorrichtung.[8] Abgeleitet von der vertikalen Anordnung und dem kleinen Flächenverbrauch gab es bei BBC/HRB Pläne für ein HTR-100-Industriekraftwerk, das direkt in Industrieanlagen für Prozesswärme- und Stromerzeugung genutzt werden sollte. Im Betrieb des AVR zeigte sich jedoch, dass konstruktiv auf jeden Fall verhindert werden muss, dass Wasser in den Reaktorkern dringen kann und eine vertikale Anordnung demzufolge risikobehaftet ist.[9] Beim Bau des kommerziellen Prototyps THTR-300 in Hamm-Uentrop wurden die Dampferzeuger daher neben dem Kern angeordnet und die Kernstäbe ohne Graphitsäulen direkt von oben in den Kugelhaufen gefahren, was einen kompakteren Kernaufbau ermöglicht. Diese direkt in den Kugelhaufen einfahrenden Kernstäbe erwiesen sich jedoch als Fehlschlag, da zu viele Brennelemente zerstört wurden, sodass neuere Konzepte diesbezüglich wieder auf dem AVR aufbauen. Die Anordnung von Dampferzeugern in separaten Behältern neben dem Kernbehälter verringert zwar die Wahrscheinlichkeit des Eindringens von flüssigem Wasser in den Kern, erhöht aber das Risiko von Lufteinbrüchen mit Graphitbrand wegen der Verbindungsleitung zwischen den Behältern als Schwachstelle. Daher wurde das integrierte Behälterkonzept des AVR auch nicht vollständig aufgegeben, sondern lebt in einigen Projektvorschlägen weiter.

Technische Daten[8] AVR-Versuchsreaktor
thermische Leistung
46 MW
elektrische Leistung
13 MW
Mittlere Leistungsdichte
2,6 MW/m³
Reaktorkern Höhe/Durchmesser
2,8 m / 3 m
Spaltstoff
235U
Höhe Reaktordruckbehälter
24,9 m
Durchmesser Reaktordruckbehälter
5,8 m
Material Reaktordruckbehälter
Stahl
Kühlmittel
He
Eintrittstemperatur
275 °C
Austrittstemperatur
950 °C
Druck
10,8 bar
Frischdampftemperatur
505 °C

[Bearbeiten] Störfälle

Vom 13. bis 22. Mai 1978[10] traten infolge eines Lecks im Überhitzerteil des Dampferzeugers 27,5 t Wasser in den He-Primärkreislauf und damit in den Reaktorkern ein.[11] Obwohl dieser Störfall nur in die Kategorie C eingeordnet wurde, stellt er wegen des positiven Reaktivitätseffekts des Wassers (Möglichkeit einer prompten Überkritikalität des Reaktors) und der möglichen chemischen Reaktion des Wassers mit dem Graphit mit Bildung explosionsfähiger Gase einen der gefährlichsten Störfälle für einen Hochtemperaturreaktor dar. Der Störfall blieb wahrscheinlich nur deshalb ohne schwere Folgen, weil der Kern nur Temperaturen unter 500 °C aufwies und weil das Leck klein blieb.[12] Trotzdem musste der Reaktor fast ein Jahr lang durch das Fahren mit verringerter Temperatur „getrocknet“ werden, um die mit Spaltprodukten kontaminierten Wasserreste zu entfernen.[13] Unter dem Reaktor befindet sich noch durch den Störfall radioaktiv belastetes Erdreich und Grundwasser. Durch den Störfall wurde nämlich das Fundamentkammerwasser, welches mit der Umgebung in direktem Kontakt steht, mit Strontium-90 und Tritium erheblich radioaktiv kontaminiert.[3] Infolge dieses Störfalles wurden bei nachfolgenden Designs von Hochtemperaturreaktoren Vorkehrungen getroffen, die eine Flutung des Kerns mit flüssigem Sekundärkühlmittel verhindern sollen. Diese Vorkehrungen erhöhen aber das Risiko von Leckagen an der Primärkreisumschliessung und damit von Lufteinbrüchen mit Reaktorbrand.

Darüber hinaus wurde im Jahr 2008 ein Bericht von Rainer Moormann, Mitarbeiter des FZJ, veröffentlicht, in dem die übermäßig starke radioaktive Kontamination des Reaktors auf eine unzureichende Überwachung des Reaktorkerns sowie einen länger andauernden Betrieb bei unzulässig hohen Temperaturen zurückzuführen ist. Dies habe u. a. dazu geführt, dass Spaltprodukte aus den Graphitkugeln austreten konnten. Moormann verweist darauf, dass es sich dabei um inhärente Probleme von Kugelhaufenreaktoren handelt und nicht nur um ein AVR-Problem und stellt die Frage, ob das Kugelhaufenprinzip überhaupt machbar bzw. verantwortbar ist.[14][15]

Erst im Jahr 1999 wurde entdeckt, dass der AVR-Bodenreflektor, auf dem der Kugelhaufen ruht, im Betrieb zerbrochen war und dass sich ca. einige hundert Brennelemente im gebildeten Riss verklemmt haben[7], bzw. als Bruchstücke hindurchgefallen sind. Diese Brennelemente konnten großenteils nicht entfernt werden. Zu eventuellen sicherheitstechnischen Auswirkungen dieses Ereignisses gibt es bisher keine Untersuchungen.

Der ehemalige Chef-Konstrukteur des damaligen Bau-Konsortiums Dr. Urban Cleve verweist hingegen auf den ursprünglichen Sicherheitsbericht, der diese Störfälle angeblich bereits mit betrachtete und verneint daher jegliche Gefährdung.[16] Auch der Leiter der Reaktortechnik des FZJ, Prof. Allelein, bezeichnete den AVR im April 2011 als hinreichend sicher.[17][18] Seit 2011 ist jedoch ein Gutachten für die NRW-Landesregierung von 1988 zugänglich, welches gravierende Sicherheitsmängel bei Kugelhaufenreaktoren, speziell beim AVR benennt.[19] Dazu gehört vor allem das oben diskutierte Risiko prompter Überkritikalitäten bei Störfällen mit Einbruch von flüssigem Wasser in den Kern bei kritschem Reaktor, welches eine katastrophale Zerstörung der Anlage zur Folge haben kann. Das Risiko prompter Überkritikalitäten wird von anderen Autoren bestätigt.[20][21] In diesem Sicherheitsgutachten wird vom Chernobyl-Syndrom des Kugelhaufenreaktors gesprochen und darauf verwiesen, dass die Betriebsmannschaft den AVR-Reaktor, als während des vorgenannten Störfalls von 1978 flüssiges Wasser in den Reaktor strömte, für drei Tage sogar dadurch nuklear kritisch gemacht hat, dass sie das Reaktorschutzsystem unzulässig manipulierte. Des Weiteren kritisiert das Gutachten das unzureichende Abschaltsystem des AVR: Die außerhalb des Kugelhaufens installierten Abschaltstäbe allein reichten nicht zur Abschaltung aus, sondern es musste zusätzlich über einen elektrisch beheizten Hilfskessel eine Mindesttemperatur von 130 °C im Reaktorkern aufrechterhalten werden, oder es mussten einige tausend Brennelemente entnommen werden, um unkontrollierte Rekritikalität zu verhindern. Andere Sicherheitsmängel betreffen einen völlig unzureichenden Schutz gegen Flugzeugabsturz und terroristische Angriffe. Es ist zu vermuten, dass dieses Sicherheitsgutachten wesentlich zur Entscheidung beigetragen hat, den Reaktor Ende 1988 stillzulegen.

Die Einlässe von Rainer Moorman werden von Kugelhaufenbefürwortern überwiegend als destruktiv angesehen[22], vereinzelt aber auch mit der Begründung als hilfreich bezeichnet, dass alle am Versuchskernkraftwerk AVR gewonnenen Erkenntnisse dazu beitragen können, für die Zukunft zu einer besseren Konzeption des Hochtemperaturreaktors zu kommen[23].

[Bearbeiten] Rückbau, Zwischen- und Endlagerung

Der kontaminierte Reaktorbehälter wird zunächst nicht zerlegt. Im November 2008 wurde er stattdessen mit 500 Kubikmeter Porenleichtbeton verfüllt, um so die radioaktiv hoch kontaminierten Graphitstaubteilchen zu fixieren. 2011 soll der 2100 Tonnen schwere Behälter mittels 7 Kränen und eines Luftkissen-Transportschlittens zur Zwischenlagerung in eine 200 Meter entfernte Halle transportiert werden, damit der mit Strontium-90 radioaktiv kontaminierte Boden bzw. das Grundwasser unter dem Reaktor gereinigt werden können. Das genaue Ausmaß der Boden- und Grundwasserkontamination unter dem Reaktor ist noch nicht bekannt, da die vermutlich am stärksten kontaminierten Bereiche noch unzugänglich sind. Bisherige Messungen an weniger kontaminierten Bereichen zeigten jedoch schon, dass die Strontium-Konzentration um bis einen Faktor 600 über der Unbedenklichkeitsschwelle (Freigabewert) liegt.[24] Derzeit wird diskutiert, aus Kostengründen nicht das gesamte Erdreich vollständig zu reinigen, sondern nur die oberen Schichten. Für die tieferen Schichten soll ggf. nur durch Rechnungen gezeigt werden, dass von ihnen keine Gefahr ausgeht.[25] Problematisch ist auch die sehr starke Strahlung des Reaktorbehälters, die in der Transportphase nach Berechnungen die zulässigen Grenzwerte am Zaun der Anlage praktisch erreichen wird. Vorläufige Messungen am mit Beton verfüllten Behälter haben sogar ergeben, dass die Strahlung um bis zum Faktor 130 höher sein könnte.[25] Sollten sich diese Messungen bestätigen, würden sich weitere erhebliche Rückbauprobleme ergeben. Im Januar 2011 hat die AVR GmbH eine Änderung der Transportgenehmigung des Reaktorbehälters beantragt, mit dem Ziel, statt eines Luftkissenschlittens ein Vielradfahrzeug verwenden zu dürfen. Da dieses ferngelenkt werden könnte und die Transportzeit verringert würde, erhofft man sich davon eine Verkleinerung der Strahlenbelastung. Kosten für den bis 2015 zu beendenden Teilrückbau werden von der Bundesregierung auf mehr als 600 Millionen Euro geschätzt.[26] Erst nach einer weiteren Abklingzeit von etwa 60 Jahren soll der Behälter schließlich von Robotern zerlegt werden und in ein Endlager überführt werden.[3] Problematisch bzgl. Endlagerung des Reaktorbehälters ist der sehr hohe Gehalt an Kohlenstoff-14 (Halbwertszeit = 5730 Jahre), da dieser die im Endlager Schacht Konrad zulässige Gesamtaktivität an C-14 zu 75 % ausschöpfen würde. Damit kommt eine Endlagerung in Schacht Konrad praktisch nicht in Frage. Diskutiert wird daher auch ein separates, evtl. oberirdisches Endlager für den AVR-Reaktorbehälter. Die ab 2015 anfallenden Kosten wurden noch nicht abgeschätzt.

Derzeit werden 300.000 verbrauchte Brennelementekugeln in 152 Castor-Behältern in einem Zwischenlager auf dem Gelände gelagert. Deren Genehmigung läuft 2013 ab; deshalb beabsichtigt das Forschungszentrum, die Castor-Behälter (per LKW oder Bahn) in das Zwischenlager Ahaus zu überführen. 102 Fässer mit bestrahlten AVR-Graphitkugeln ohne Kernbrennstoff und 8 Fässer mit in Forschungsreaktoren testweise bestrahlten AVR-Brennelementkugeln wurden bereits 1974–78 im Versuchsendlager Asse eingelagert.[27]

Im April 2011 wurde durch eine kleine Anfrage der Grünen bekannt, dass 2285 radioaktive Brennelementekugeln abhandengekommen sein sollen. Die Wirtschaftsministerin Svenja Schulze vermutet, dass diese Brennelementekugeln ebenfalls in das Versuchsendlager Asse gebracht wurden. Dies sei jedoch nicht mehr nachvollziehbar, da die im Versuchsendlager „eingelagerten Mengen nicht bekannt sind“. Es wurde weiterhin berichtet, dass im Versuchsendlager Asse keine Brennelemente eingelagert werden durften, da es nur für die Lagerung schwach- und mittelradioaktiver Abfälle zugelassen war.[28][29] Die Unzulässigkeit der Einlagerung von AVR-Brennelementen in die Asse ist jedoch eine Fehleinschätzung, denn es hatte am 4. März 1976 eine Genehmigung der Physikalisch-Technischen Bundesanstalt und des Oberbergamtes Clausthal zur Einlagerung von 100.000 AVR-Brennelementen in der Asse gegeben, die erst am 30. Juni 1978 auslief. Die Kugelgebinde sollten dabei so zusammengesetzt sein, dass sie nach damaliger Rechtslage an der oberen Grenze von mittelaktivem Abfall lagen. Zur Einlagerung der AVR-Brennelemente kam es seinerzeit nur deshalb nicht, weil die Bevölkerung um die Asse sich unter Führung des stellvertretenden Landrates von Wolfenbüttel, Reinhold Stoevesandt, zur Wehr setzte.[30]

Das Forschungszentrum widersprach den Vorwürfen zu fehlenden Brennelementen und versicherte, dass der Bestand an Brennelementkugeln "bis auf das Milligramm genau" dokumentiert sei.[31] Wirtschaftsminister Harry Voigtsberger (SPD) räumte eine fehlerhafte Kommunikation seitens der Landesregierung ein und sagte: „Für die Atomaufsicht des Landes ist entscheidend, dass keine Menge spaltbaren Materials fehlen.“[32] Mitte Juli 2011 konstituierte sich ein Untersuchungsausschuss des NRW-Landtags zur Klärung der Fragen um die evtl. verschwundenen AVR-Brennelemente. Sowohl von Landesministerien als auch von Vertretern des Bundesforschungsministeriums wurde vor dem Untersuchungsausschuss ein nachlässiges "nonchalantes" Vorgehen des FZJ bei der Dokumentation der Kugeln gerügt[33], welches damit letztlich zur Unsicherheit beim Verbleib der Kugeln geführt habe.

[Bearbeiten] Weblinks

[Bearbeiten] Einzelnachweise

  1. vgl. z.B. Versuchskraftwerk Jülich im Dezember 1969, spiegel.de, 24. Juli 2009
  2. Wird Jülichs Reaktor zur Atomruine? Welt am Sonntag, 9. Juli 1978
  3. a b c Heinsberger Nachrichten, 26. November 2008
  4. VDI-Society for Energy Technologies (Publ.), AVR-Experimental High-Temperature Reaktor - 21 years of successful operation for a future technology, VDI-Verlag GmbH, Düsseldorf 1990
  5. Deutsches Atomforum e. V.: Jahresbericht 2008 - Zeit für Energieverantwortung. Berlin 2009, ISSN 1868-3630. Seite 32
  6. Mark Hibbs, Decommissioning costs for German Pebble Bed Reactor escalating, NUCLEONICS WEEK, Vol. 43, No. 27, S. 7 (July 2002)
  7. a b http://www.wmsym.org/archives/2000/pdf/36/36-5.pdf
  8. a b Broschüre Hochtemperaturreaktoren BBC/HRB Druckschrift Nr. D HRB 1033 87 D
  9. Sicherheitstechnische Neubewertung des AVR-Kugelhaufenreaktors (Moormann, R. (2008): A safety re-evaluation of the AVR pebble bed reactor operation and its consequences for future HTR concepts. Berichte des Forschungszentrums Jülich JUEL-4275, Forschungszentrum Jülich (Hrsg.) (PDF-Datei, englisch)
  10. Zusammenfassender Bericht über Meldepflichtige Ereignisse 1977/1978, Bundesministeriums für Strahlensicherheit
  11. Bericht Safety-Related Experiences With The AVR Reactor K.J. Krüger, G.P. Invens, Arbeitsgemeinschaft Versuchs-Reaktor G.m.b.H.
  12. Reiner Priggen: Die beinahe Atom-Katastrophe im „inhärent sicheren“ Reaktor in Jülich
  13. Veröffentlichung Fission Product Transport and Source Terms in HTRs: Experience from AVR Pebble Bed Reactor (2008) Rainer Moormann, FZJ, Jülich
  14. http://www.spiegel.de/politik/deutschland/0,1518,637916,00.html
  15. Präsentation Graphite Dust in AVR, Bärbel Schlögl, FZJ, Jülich
  16. Die Technik der Hochtemperaturreaktoren, beschrieben von Dr.-Ing. Urban Cleve, Dortmund
  17. WDR3-Fernsehen, Aktuelle Stunde, Beiträge zum AVR von Astrid Houben und Martin Herzog, 6. April, 7.April, 8.April 2011
  18. ARD-Tagesthemen, 8.April 2011
  19. J.Benecke, P.Breitenlohner, D.Maison, M.Reimann, E.Sailer: Überprüfung kerntechnischer Anlagen in NRW: Kritik der Sicherheitseinrichtungen und der Sicherheitskonzepte des THTR-300 und des Versuchsreaktors Jülich (AVR), Gutachten für die NRW Landesregierung, März (1988). Das Gutachten war lange Zeit vertraulich, kann aber jetzt gemäß Umweltinformationsgesetz bei der Atomaufsicht im NRW-Wirtschaftsministerium in Düsseldorf eingesehen werden. Die Zusammenfassung zum Wassereinbruchstörfall ist abgedruckt in http://bwv-verlag.de/shop/bwv/index.php?page=detail&match=LISA_NR2=3021
  20. J.Szabo et al.: Reactivity effects of water ingress in HTGRs - a review. In: Technical committee on reactivity transient accidents. Proc. of the first technical committee meeting organized by the IAEA and held in Vienna, 17.-20.11.1987. Document IAEA-TC-610
  21. J.Szabo et al., Nuclear safety implications of water ingress accidents in HTGRs, Nuclear Society of Israel, Transactions 1987, IV-13 ff
  22. M.Täubner, Kann denn Wahrheit Sünde sein ? Brand Eins, Mai 2012 S. 106-109
  23. Majorie Mazel Hecht: Modular High-Temperature-Reactors Can Change The World, 21st Century Science & Technology, Fall 2008, Seite 51 ([1])
  24. Sonderbericht der NRW-Landesregierung zur AVR Boden/Grundwasserkontamination (2001)
  25. a b Bericht der Strahlenschutzkommission zum AVR-Rückbau (2008)
  26. Bundesministerium für Bildung und Forschung: Antwort des Bundesministeriums auf eine Anfrage auf einen Abgeordneten
  27. Udo Leuschner: Energiechronik August 2008
  28. SPON: "NRW-Regierung vermisst 2285 Brennelementkugeln"
  29. Antwort der Landesregierung auf die Kleine Anfrage 583 vom 24. Februar 2011 des Abgeordneten Hans Christian Markert (Bündnis 90/Die Grünen), Drucksache 15/1429. Landtag Nordrhein-Westfalen, 31. März 2011, abgerufen am 3. April 2011.
  30. Die „Jülich-Kugeln“, abgenutzte Kugelbrennelemente eines Versuchsreaktors. Artikelsammlung auf www.spurensuche-meinung-bilden.de, abgerufen am 1. August 2011
  31. Heinsberger Nachrichten vom 5. April 2011
  32. Kristian Frigelj: Das seltsame Spiel mit den Brennelemente-Kugeln. Welt Online, abgerufen am 15. April 2011.
  33. Die Jülicher Atomkugeln wurden «nonchalant» gezählt, Aachener Nachrichten, 10.02.2012 http://www.aachener-nachrichten.de/artikel/2095370
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