Hanford Engineer Works

Karte der einzelnen Bereiche auf der Hanford Site

Straßenschild der Hanford Site

Hanford Site ist der Name eines US-amerikanischen Nuklearkomplexes am Columbia River im Südosten des US-Bundesstaats Washington in der Nähe der Stadt Richland. Das Gelände hat eine Größe von 1.517 km² und liegt größtenteils im Benton County. Der Bau der Anlage begann 1943 als Hanford Engineer Works beziehungsweise Site W im Rahmen des Manhattan-Projekts. Dafür kaufte die Bundesregierung die Städte White Bluffs und Hanford sowie das umgebende Farmland. Alle Einwohner wurden umgesiedelt. Hauptaufgabe der Hanford Site während des Zweiten Weltkrieges und des Kalten Krieges war die Produktion von Plutonium für Kernwaffen. Das in Hanford erzeugte Plutonium wurde benutzt, um die erste Atombombe zu bauen. Diese wurde im Testgebiet Trinity nahe Alamogordo in New Mexico gezündet. Ferner wurde es für die Bombe Fat Man, die auf Nagasaki (Japan) abgeworfen wurde, verwendet.

Zurzeit wird in Hanford die größte Reinigungsaktion der Welt durchgeführt, um die radioaktiven und giftigen Abfälle, die während der 50 Jahre dauernden Plutoniumproduktion für die amerikanischen Atomwaffen entstanden sind, sicher zu entsorgen. Dabei müssen technische, politische, gesetzliche und nicht zuletzt kulturelle Gesichtspunkte berücksichtigt werden. Die Aufräumaktion hat folgende Ziele:

• eine alternative Nutzung des Gebiets am Columbia River ermöglichen,
• das zentrale Plateau zur Bearbeitung und Lagerung von Atommüll mit langer Halbwertszeit vorbereiten.

Auch wenn der größte Teil von Hanford im Benton County liegt, so sind doch ca. 20% auf der anderen Seite des Columbia River in Grant County und Franklin County. Dieses Land wurde bereits freigegeben und an Privatpersonen und Firmen verkauft. Mittlerweile finden sich dort wieder bewässerte Felder und Obstgärten. Im Jahre 2000 wurden weite Teile des Geländes als Naturschutzgebiet Hanford Reach National Monument ausgewiesen.

Geschichte der Nuklearfabrik von Hanford

Im Juli 1942 startete das Uranium Committee des staatlichen Office of Scientific Research and Development (OSRD) ein intensives Forschungsprogramm über Plutonium am University of Chicago Metallurgical Laboratory (MetLab). Zu dieser Zeit war Plutonium noch ein seltenes Element, das erst neun Monate zuvor in den Laboren der University of California isoliert werden konnte.

Auswahl von Hanford

Im Juni 1942 gründete das Army Corps of Engineers den 'Manhattan Engineer District (MED), besser bekannt als das Manhattan-Projekt, um Plutonium und Uran im industriellen Maßstab für die MetLabs herzustellen. Im November 1942 unterzeichnete DuPont einen Vertrag zum Bau einer solchen Anlage. DuPont empfahl, die Plutoniumproduktion weitab von der Uranproduktion in Oak Ridge National Laboratory, Tennessee anzusiedeln.

Der ideale Ort sollte folgende Voraussetzungen erfüllen:

• Ein großes, abseits gelegenes Stück Land
• Ein gesicherter Gefahrenbereich von mindestens 19×26 km
• Raum für Labore, mindestens 13km vom nächsten Reaktor oder Anreicherungsanlage entfernt
• Keine Städte mit mehr als 1000 Einwohnern im Umkreis von 32 km um den Gefahrenbereich
• Keine Hauptverbindungsstraßen, Eisenbahntrassen und Arbeitersiedlungen näher als 16 km am Gefahrenbereich
• Saubere und verlässliche Wasserversorgung
• Genügend Elektrizität
• Fester Untergrund für massive Bauten

Nach intensiver Suche und Vorauswahl hatte General Leslie Groves, der Leiter des Manhattan Projekts, fünf Standorte zur Auswahl. Er entschied sich im Dezember 1942 für Hanford als "ideal in allen Belangen" (Matthias 1987) – mit Ausnahme der Dörfer White Bluffs und Hanford. General Groves gründete die Hanford Engineer Works Anfang Februar 1943. Die Bundesregierung enteignete das Land und siedelte die Bevölkerung der beiden Orte um. Auf Grund der Lebensmittelknappheit während des Krieges wurden Gefangene eingesetzt, um die noch von den früheren Bewohnern bestellten Felder und Obstgärten abzuernten.

Der Baubeginn

Die Arbeiten an den Hanford Engineer Works (HEW) begannen im März 1943. Noch vor dem Ende des Krieges im August 1945 hatte das HEW 554 Gebäude errichtet:

• Drei Reaktoren (100-B, 100-D, und 100-F)
• Drei 250 Meter lange Plutoniumverarbeitungsanlagen (200-T, 200-B, und 200-U)
• 64 unterirdische Tanks für hochradioaktive Abfälle
• Urananreicherungsanlagen
• 621 km Straße
• 254 km Eisenbahntrasse
• 4 Elektrische Verteilerstationen
• Dazu noch hunderte Kilometer Zäune

Dafür wurden 600.000 m³ Beton und 40.000 Tonnen Stahl zu einem Preis von insgesamt $230 Millionen Dollar verwendet.

In der Stadt Richland entstanden zudem Unterkünfte für Arbeiter.

Der Reaktorbau

Im Oktober 1943 begann DuPont mit dem Bau der ersten Reaktors in Hanford mit dem Codenamen B-Pile (Gebäude 100-B). (Die Spaltreaktoren wurde damals alle als Pile (Haufen) bezeichnet)

Der Bau war binnen eines Jahres fertig. Die ersten Tests begannen am 12. Juli 1944. Am 13. September 1944 wurde der Reaktor mit Hot-Dog-großen slugs beschickt. Slugs sind Zylinder aus einem Gemisch von ²³⁵U und ²³⁸U, welche sich in den Brennstäben des Reaktors befinden.

Der Produktionsprozess für Plutonium wurde am 26. September 1944 begonnen, und nach einigen Schwierigkeiten wurde am 6. November 1944 das erste Plutonium produziert. Das Plutonium wurde in der Einheit 221-T raffiniert und am 5. Februar 1945 nach Los Alamos gebracht. Dort wurden daraus die Bombe für den Trinity-Test sowie Fat Man, die Bombe, die auf Nagasaki abgeworfen wurde, hergestellt.

Nach dem Begin des Baus am ersten Reaktor, baute DuPont zwei weitere identische Reaktoren:

• 100-D begann mit der Plutoniumproduktion im Dezember 1944
• 100-F im Februar 1945.

Jeder der drei Reaktoren hatte eine Leistung von 200 Megawatt thermisch. Sie hatten aber die ganze Zeit über einen rein militärischen Einsatzzweck. Die Stromproduktion durch Kernspaltung wurde weltweit erst in den 50er Jahren begonnen.

Produktion von Plutonium

Hanford Site

Der Herstellungsprozess von Plutonium beginnt mit der Absorption eines Neutrons durch einen ²³⁸U-Kern. Das dadurch entstandene ²³⁹U zerfällt mit einer Halbwertszeit von 23,5 Minuten durch einen β⁻-Zerfall zu ²³⁹Np, welches mit einer Halbwertszeit von 3384 Minuten (2,35 Tage) durch einen weiteren β⁻-Zerfall zu ²³⁹Pu zufällt.

Die bestrahlten Brennstäbe wurden zunächst in Wasserbecken gelagert und dann per ferngesteuerter Bahn zu einer der 16 km entfernt liegenden drei Separationsanlagen gebracht. Dort wurde das Plutonium vom Uran und von den restlichen Aktivierungs- und Spaltprodukten getrennt. Die erste Anlage hieß T-Plant und wurde im Dezember 1944 fertig.

In einem Becken von 260m Länge, 20m Breite und 26m Tiefe wurde das Plutonium gelöst und über zahlreiche Reinigungsstufen angereichert. Zurück blieb ein Gemisch aus Uran, Aktivierungs- und Spaltprodukten.

Wegen der dort herrschenden Radioaktivität musste der gesamte Prozess ferngesteuert betrieben und überwacht werden.

1956 wurde die Wiederaufbereitung in T-Plant eingestellt.

Der Kalte Krieg

Bau des B Reaktors

Der B Reaktor

Der B Reaktor

Die Demontage des D Reaktors

Der N Reaktor

Zu Beginn des Kalten Krieges 1949 baute das HEW den H-Reakor mit 400 MW Leistung. 1950 wurde der der 250 MW DR (D-Replacement) Reaktor in Betrieb genommen. Auch neben den B-Reaktor wurde gebaut, der C-Reaktor mit 600 MW thermisch wurde 1952 in Betrieb genommen. Er wurde bald der Hauptforschungsreaktor in Hanford. Der C-Reaktor wurde für Forschung und Entwicklung gebaut. Schon drei Monate nach seinem Start wurde er hauptsächlich zum Test für den Doppel-K-Reaktor (KE und KW, mit jeweils 1.800 MW thermischer Leistung) benutzt.

Mit Beginn der 60er Jahre hatten durch zahlreiche Verbesserungen die fünf Reaktoren aus den 40er Jahren eine Leistung zwischen 2.015 bis 2.210 MW, Der C-Reaktor von 2.500 MW und der K-Reaktor von 2*4.400 MW.

Der B-Reaktor arbeitete in den 60er Jahren an der Produktion von Tritium u. a. für die Wasserstoffbomben. Am 12. Februar 1968 wurde er außer Dienst gestellt. Seitdem wurde der größte Teil der Anlage demontiert und vergraben. Die anderen Reaktoren wurde eingemottet, um ihre Radioaktivität abklingen zu lassen. Der Rest des B-Reaktor wurde zum Museum.

Die Reaktoren wurden am Ufer des Columbia River erbaut, da sie dessen Wasser zur Kühlung benötigten. Gewaltige Pumpwerke transportierten das Wasser zu den Reaktoren und wieder zurück. Da diese Reaktoren ohne Sekundärkühlkreis arbeiteten, war das die Reaktoren verlassende Kühlwasser stark mit radioaktiven Spaltprodukten belastet. Obwohl man es vor der Einleitung in den Columbia River 6 Stunden in riesigen Becken abklingen ließ, gelangten auf diesem Weg jeden Tag mehrere Terabecquerel langlebiger Nuklide in den Fluss und damit in die Umwelt, was um 1960 zu Protesten durch die Gesundheitministerien von Oregon und Washington sowie den U.S. Public Health Service führte.

Der N-Reaktor von Hanford wurde am 31. Dezember 1963 kritisch. Im Gegensatz zu den anderen Reaktoren war er graphitmoderiert, aber noch wassergekühlt. Seine Hauptaufgabe war die Plutoniumproduktion, er produzierte nebenbei aber noch Strom. Damit war er der einzige Reaktor in den USA, der sowohl militärisch als auch zivil genutzt wurde.

Übersicht: Reaktoren in Hanford

Name	Baubeginn	Prod.Start	Shutdown
B Reaktor	7. Juni 1943	26. Sept. 1944	12. Feb. 1968
D Reaktor	Nov. 1943	17. Dez. 1944	26. Juni 1967
F Reaktor	Dez. 1943	25. Feb. 1945	25. Juni 1965
DR Reaktor	Dez. 1947	3. Okt. 1950	31. Dez. 1964
H Reaktor	März 1948	29. Okt. 1949	21. Apr. 1965
C Reaktor	Juni 1951	18. Nov. 1952	25. Apr. 1969
KW Reaktor	Nov. 1952	Jan. 1955	1. Feb. 1970
KE Reaktor	Jan. 1953	Apr. 1955	28. Jan. 1971
N Reaktor	Mai 1959	31. Dez. 1963	Okt. 1989

Brennstab-Probleme und Unfälle

Auf Grund der steigenden Nachfrage nach Plutonium bekamen die Reaktoren immer mehr Probleme mit den Brennstäben. Die Hüllen der Brennstäbe waren aus Aluminium, und eindringendes Kühlwasser verursachte ein Aufquellen des Urans und blockierte den Kühlfluss. Dies führte teilweise sogar zum Schmelzen einiger Teile im Brennstab.

Während des zweiten Weltkrieges kam es zu keinem Zwischenfall, aber im Dezember 1945 wurden bei einer visuellen Inspektion 125 Brennstäbe mit Beschädigungen gefunden.

1948 trat aus der Anlage eine radioaktive Wolke aus. Allein der Anteil Jod-131 betrug 5500 Curie, das sind 250 mal mehr als gemäß offiziellen Angaben 1979 beim Unfall im Kernkraftwerk Three Mile Island bei Harrisburg in die Umgebung gelangten. Die radiologische Gefährlichkeit von Jod-131 für die Schilddrüse war in den 1940er Jahren noch nicht erkannt, es konnte auch im bestimmungsgemäßen Betrieb ungefiltert aus den Anlagen entweichen.

In den folgenden Jahren wurden beschädigte Brennstäbe unter Wasser geöffnet und untersucht. Dazu wurden sie in das Gebäude 111-B gebracht und in Stahltanks auf einer speziellen Drehbank (Lathe) geöffnet. Auch nachdem die Radiometallurgie in Gebäude 327 beendet war, wurden dort weiter Brennstäbe untersucht.

In den 25 Jahren des Betriebs wurden viele technische Probleme gelöst und zahlreiche neue Maschinen und Methoden entwickelt, um die Effizienz der Anlage zu steigern. Das Abfallproblem konnte aber nicht gelöst werden, der Abfall wurde über die gesamte Nutzungsdauer in den Columbia River eingeleitet.

Die meisten Reaktoren in Hanford wurden in den 1960er Jahren abgeschaltet, aber keine Entsorgung und Dekontamination durchgeführt. Etwa 11.000 Arbeiter sind zurzeit (2006) damit beschäftigt, kontaminierte Gebäude und Böden zu sanieren um die Strahlungsintensität auf dem Gelände auf ein akzeptables Niveau zu reduzieren. Diese Maßnahmen werden nach Schätzungen bis zum Jahre 2030 dauern.

Der jetzige Plan sieht vor, dass schwach radioaktive Abfälle in großen Gruben vergraben und anschließend viele Jahre sorgfältig beobachtet werden.

Der hoch radioaktive Abfall, einschließlich der Tanks mit flüssigen Abfällen aus der chemischen Plutoniumextraktion sind ein größeres Problem. So hat zum Beispiel Plutonium eine Halbwertszeit von 24.100 Jahren, so dass der Zerfall von 99,9 % des vorhandenen Plutoniums etwa 241.000 Jahre ( 24100 Jahre * log₂1000) dauert. Da es jedoch für Plutonium keine zulässige, ungefährliche Dosis gibt (das heißt vom toxikologischen Standpunkt muss jede Belastung des Körpers mit Plutonium vermieden werden, egal wie klein sie ist), ist eine sichere Lagerung über einen annähernd unendlich langen Zeitraum erforderlich. Die Beherrschung dieses Problems ist Teil einer andauernden Debatte. Zurzeit untersucht das Department of Energy Verglasung als mögliche Lösung, aber eine endgültige Entscheidung steht noch aus.

Hanford heute

Die Fast Flux Test Facility (FFTF)

Da die Zeit der Urananreicherung und Plutoniumproduktion in Hanford zu Ende geht, wird versucht, für die vielen hochqualifizierten Wissenschaftler und Techniker eine neue Beschäftigung zu finden. So wurde nördlich von Richland das von der Bundesregierung und dem Battelle Memorial Institute betriebene Pacific Northwest National Laboratory errichtet.

Andere Einrichtungen in Hanford sind:

• die Fast Flux Test Facility (FFTF), seit 1992 abgeschaltet.
• das LIGO des Hanford Observatoriums und des Observatoriums in Livingston, Louisiana, ein Interferometer zur Suche nach Gravitationswellen.
• das Kernkraftwerk Columbia, ein kommerzielles Kernkraftwerk zur Stromproduktion mit 1200 MW elektrischer Leistung. Der Siedewasserreaktor wurde von General Electric gebaut.

Verbleib des Plutoniums

Es ist relativ genau bekannt, was mit dem Plutonium in den USA geschehen ist. Die ersten 6 kg wurden 1945 für den Trinity-Test benutzt. Die nächsten 6 kg wurden in Fat Man über Nagasaki abgeworfen.

Seitdem sind weitere 1200 Tonnen Plutonium produziert worden, ungefähr 260 Tonnen davon sind waffenfähiges Plutonium.

Am 1. März 1995 verkündete Präsident Bill Clinton, dass 200 Tonnen aus dem Vorrat entfernt werden. Davon waren ca. 38 Tonnen waffenfähiges Material, und 20 Tonnen "Müll". Das US-Militär soll etwa 85 Tonnen besitzen, davon sind 64 Tonnen in Atomwaffen verbaut. Die restlichen 21 Tonnen sind in Form von Lösungen und Atommüll in Rocky Flats und anderen Einrichtungen gelagert.

Waffenfähig ist eine relative Qualitätsangabe, denn man kann durchaus mit stärker verunreinigtem Material eine Bombe bauen.

Qualitätsstufen:

• Waffenfähig enthält weniger als 7% ²⁴⁰Pu
• Industriequalität enthält zwischen 7 und 19% ²⁴⁰Pu
• Reaktorfähig enthält mehr als 19% ²⁴⁰Pu

Die Hanford Tank Farm

Das Innere von Tank 101-SY

Öffnung der Environmental Restoration Disposal Facility (ERDF)

Von Anfang an war der radioaktive Abfall der chemischen Plutoniumextraktion ein Problem. Da man ihn nicht einfach in die Umwelt leiten konnte, wurde er in riesige unterirdische Tanks gefüllt. Die Tanks wurden nacheinander gefüllt. In der Zeit von 1943 bis 1998 wurden so 177 Tanks mit einem Fassungsvermögen von 250.000 bis 4.546.000 Litern mit flüssigen radioaktiven Abfällen gefüllt. So haben sich bis zuletzt 241.000.000 Liter radioaktiver chemischer Abfälle mit von Tank zu Tank unterschiedlicher und oft nicht genau bekannter Zusammensetzung angesammelt.

Von den 177 Tanks sind 149 einwandige Tanks aus der Zeit von 1943 bis 1964. Danach wurden noch 28 doppelwandige Tanks gebaut. Die beim Abklingen der radioaktiven Stoffe entstehende Wärme macht eine permanente Kühlung notwendig. Dazu kommt radiolytisch entstehendes Wasserstoffgas, welches nicht nur einen erheblichen Druck aufbauen kann, sondern durch das enthaltene Tritium (³H) radioaktiv ist. Durch Sedimentation sammeln sich die in den flüssigen Abfällen suspendierten Feststoffanteile, was zu weiteren Problemen wie Wärmestau durch mangelnde Konvektion und schwierige Entleerung der Tanks führt .

Die Tanks lassen sich in 4 Kategorien teilen

1. Tanks mit exothermem Inhalt - sie müssen gekühlt oder Wasser hinzugefügt werden.
2. Tanks mit Eisencyanidhaltigem Inhalt - der Inhalt wird explosiv ab einer kritischen Temperatur
3. Tanks mit organischen Chemikalien (meist Lösungsmitteln)- leicht entflammbar
4. Tanks mit wasserstoffproduzierendem Inhalt - der entstehende Wasserstoff enthält radioaktives Tritium

Die beim Bau vorgesehene Lebensdauer war für die einwandigen Tanks 30 Jahre und für die doppelwandigen Tanks 50 Jahre. Die ältesten Tanks erreichen daher bereits das zweifache ihrer geplanten Nutzungsdauer. Durch Korrosion und bestrahlungsbedingte Versprödung der Tankwände sind nach Schätzungen bereits 67 der Tanks undicht geworden. Um eine weitere Kontamination des umgebenden Erdreichs zu verhindern wird seit 2003 der Inhalt der einwandigen Tanks in neue doppelwandige Tanks umgefüllt.

2008 wird in einem Bericht des Government Accountability Office das Energieministerium heftig kritisiert. Obwohl nach Schätzungen mehr als 4 Millionen Liter radioaktive Flüssigkeit aus den Behältern ausgelaufen sind, verzögern sich die Aufräumarbeiten weiter. Sie sind 2008 bereits 19 Jahre hinter der Planung zurück. ^{[1] [2] [3]}

Zwischenlager in Hanford

In Hanford wird der Müll nicht nur in der Tank Farm, sondern auch an anderen Orten zwischengelagert.

T-Plant wird seit seiner Schließung 1956 zu Dekontaminationsarbeiten und nebenbei auch als Lager für verschiedenste hochradioaktive Materialien benutzt.

U-Plant (Anlage U-221) wurde ursprünglich dafür benutzt, das Uran aus den Schlacken der Tank Farm rückzugewinnen. Jetzt wird dort kontaminiertes Gerät gelagert.

Die K-Becken: Nach der Abschaltung des K-Reaktor (1970) standen zwei große Becken (42 Meter lang, 22 Meter breit und 7 Meter tief) zur Zwischenlagerung von abgebrannten Brennstäben zur Verfügung. 1975 wurde begonnen, dort abgebrannte Brennstäbe aus amerikanischen Kernkraftwerken einzulagern. Zur Zeit befinden sich in den Becken ca. 2100 Tonnen Brennstäbe, das sind ungefähr 80% aller abgebrannten Brennstäbe in den USA.

Im Becken des KE-Reaktors lagern rund 1000 Tonnen Brennelemente, was problematisch ist, da diese Brennelemente nicht zur Lagerung unter Wasser gebaut wurden. Als Folge davon sind viele beschädigt und am Grund des Becken konnte sich Sediment ansammeln. Zudem wird die Beckenabdichtung angegriffen, was im Februar 1993 zu einem Leck führte, durch das über mehrere Monate kontaminiertes Wasser auslaufen konnte.

Die PUREX-Anlage (S222) extrahierte seit 12. Januar 1956 Plutonium und Uran aus den abgebrannten Uranbrennstäben der Reaktoren in Hanford. Zusätzlich wurde hier ²³³U aus den Thoriumbrennstäben des N-Reaktors gewonnen. Die Anlage wurde 1993 geschlossen und dient seit 1995 als Lager für einen großen Teil der 200 Tonnen Plutonium, die auf Anordnung Präsident Clintons aus den Vorratslagern entfernt wurden.

Die Z Plant (Plutonium Finishing Plant) wurde von 1951 bis 1989 betrieben. Dort wurden die Plutoniumverbindungen aus dem PUREX-Prozess zu metallischem Plutonium verarbeitet. Nach dem Ende der Produktion verblieben noch ca. 4 Tonnen Plutoniumabfälle und zahllose andere radioaktive Abfälle aus der Produktion in der Anlage.

Der Columbia River im Naturschutzgebiet

Hanford Reach National Monument

Der ehemalige Sicherheitsstreifen mit einer Breite von 6 Meilen (ca. 10 km) rund um das Gelände und die Schleife des Columbia Rivers wurden 2000 durch Präsident Bill Clinton als Naturschutzgebiet Hanford Reach National Monument ausgewiesen und dem U.S. Fish and Wildlife Service unterstellt. Das Gebiet umfasst derzeit knapp 790 km² und soll in der Zukunft um dekontaminierte Flächen erweitert werden. In der Flussschleife laichen rund 80% aller Königslachse des oberen Columbia Rivers, die Landflächen wurden als Sicherheitszone seit 1943 nicht mehr von Menschen betreten und haben daher Wildnischarakter.

Siehe auch

• Majak (sowjet. Bombenproduktion)

Quellen

• D'Antonio, Michael, Atomic Harvest:Hanford and the Lethal Toll of America's Nuclear Arsenal (New York: Crown, 1993). ISBN 0-517-58981-8
• Weisskopf,Gene, "Historic American Engineering Record B Reactor (105-B Building)," HAER No. WA-164 (December 2000)This Report has been scanned but is not yet online.
• Gerber, Michele et al., National Register of Historic Places Multiple Property Documentation Form - Historic,Archaeological and Traditional Cultural Propertiesof the Hanford Site, Washington, DOE/RL-97-02,
• Chapter5: The Manhattan Project and Cold War Eras, Plutonium Production at the Hanford Site, Washington, December 1942-1990" (February 1997)

Einzelnachweise

1. ↑ http://www.hanfordnews.com/sections/doe/story/11740.html GAO: More information needed on viability of Hanford tanks
2. ↑ New Scientist Nr. 2664 S.7 "Toxic Time Bomb"
3. ↑ http://www.gao.gov/new.items/d08793.pdf Original Bericht (pdf,eng.)

Weblinks

• US Department of Energy: Hanford Site (Offizielle Seite) (engl.)
• Übersicht bei Globalsecurity.org
• Zeittafel
• Webseite zum B-Reaktor

46.5-119.57Koordinaten: 46° 30′ 0″ N, 119° 30′ 0″ W