Kernkraftwerk Three Mile Island

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Kernkraftwerk Three Mile Island
Kernkraftwerk von Three Mile Island, in dem es 1979 zur Kernschmelze kam
Lage
Koordinaten	40° 9′ 17″ N, 76° 43′ 30″ W40.154722222222-76.725Koordinaten: 40° 9′ 17″ N, 76° 43′ 30″ W
Land:	USA
Daten
Eigentümer:	Exelon
Betreiber:	Exelon
Projektbeginn:	1968
Kommerzieller Betrieb:	2. September 1974
Aktive Reaktoren (Brutto):	1  (837 MW)
Stillgelegte Reaktoren (Brutto):	1  (959 MW)
Eingespeiste Energie im Jahre 2010:	6.633,75 GWh
Eingespeiste Energie seit Inbetriebnahme:	186.817,74 GWh
Stand:	5. Juni 2011
Die Datenquelle der jeweiligen Einträge findet sich in der Dokumentation.

Das Kernkraftwerk Three Mile Island (englisch Three Mile Island Nuclear Generating Station, Abkürzung TMI) liegt auf der gleichnamigen Insel im Susquehanna River in Pennsylvania, bei Harrisburg, USA. Am 28. März 1979 ereignete sich ein Kernschmelzunfall in Block 2.

Technik

Das Kernkraftwerk hat zwei Druckwasserreaktor-Blöcke mit einer elektrischen Nettoleistung von 805 MW bzw. 880 MW. Block 1 wurde 1974, Block 2 1978 in Betrieb genommen. Ursprünglich war geplant, den noch voll funktionstüchtigen Block 1 im April 2014 vom Netz zu nehmen. Im Oktober 2009 gab die Nuclear Regulatory Commission jedoch bekannt, die Betriebserlaubnis bis 2034 verlängert zu haben.^[1]

Stör- und Unfälle

Der Unfall vom 28. März 1979

In diesem Kernkraftwerk ereignete sich am 28. März 1979 ein Ernster Unfall (INES-Stufe 5),^[2] bei dem es im Reaktorblock 2 zu einer partiellen Kernschmelze kam, in deren Verlauf etwa ein Drittel des Reaktorkerns fragmentiert wurde oder schmolz.

Unfallhergang

Am 28. März 1979 um 4:36 Uhr Ortszeit schloss während Arbeiten an der Kondensatreinigungsanlage durch eine Fehlfunktion der pneumatischen Steuerung ein Ventil in der Speiseleitung vom Kondensator zu den beiden Hauptspeisepumpen im sekundären Kreislauf. Die Pumpen schalteten sofort ab, in der Folge fiel die Kühlung des Reaktors durch die zwei Dampferzeuger aus. Auf einer Webseite über das Unglück^[3] behauptet der Publizist Scott Johnson, jemand hätte das Instrument Air System, die Druckluftversorgung der pneumatischen Steuerung von Sicherheitseinrichtungen des Kraftwerks, mittels eines Gummischlauchs mit einer Wasserleitung verbunden. So drang Wasser in die Steuerung ein, woraufhin sich fälschlich Ventile schlossen. Ob dieses Anschließen des Schlauchs aus Versehen geschah oder um das Wasserversorgungssystem unter Druck zu setzen, ist nicht geklärt. Es wird als Konstruktionsfehler betrachtet, dass sowohl Druckluft- als auch Wasserversorgungssystem über gleiche Chicago Pneumatic Fittings (Anschlüsse) verfügten, die zudem noch schlecht markiert gewesen sein sollen. Außerdem sei es vor Ort dunkel gewesen. Auch der Bericht der Kommission des Präsidenten enthält Aussagen über Wasser in dem besagten Druckluftsystem.

Als Folge des Pumpenausfalls wurde die Schnellabschaltung aktiviert, das heißt, die Regelstäbe fallen zwischen die Brennstäbe und beenden die Kettenreaktion. Dadurch fällt die nukleare Wärmeleistung plötzlich ab, allerdings nicht auf null. Im Fall des TMI-Reaktors betrug diese sogenannte Nachzerfallswärmeleistung unmittelbar nach dem Abschalten etwa 6 % der thermischen Reaktornennleistung, also ca. 155 MW. Diese musste durch die Notkühlung abgeführt werden. Hilfsspeisepumpen sprangen wie erwartet an, konnten aber kein Wasser in die Dampferzeuger fördern, weil mehrere Ventile geschlossen waren. 42 Stunden vor dem Unfall war das Notfall-Speisewassersystem getestet und das anschließende Öffnen der Ventile versäumt worden.

Vereinfachte schematische Darstellung von Block 2

Ohne Kühlung stiegen Temperatur und Druck im Primärkreislauf des Reaktors schnell an. Gegen einen gefährlichen Überdruck gab es am oberen Ende des Druckhalters ein Sicherheitsventil. Dies sollte bei Normalbetrieb bis 151 bar sicher dicht schließen, damit keine Radioaktivität austritt. Bei etwas höherem Druck, sollte es jedoch weit öffnen, um durch Abblasen von einer Tonne Dampf pro Minute seine Sicherheitsfunktion zu erfüllen. Dazu ist es zweistufig aufgebaut (Pilot-operated relief valve, PORV). Es handelte sich um ein Vollhub-Sicherheitsabblasventil (SBV), das mit Hysterese an dem oberen Druckwert, 158 bar, voll öffnet und dann offen bleibt bis der untere Schaltpunkt, 155 bar, erreicht ist. Dazu hätten 13 Sekunden genügt. In diesem Fall klemmte das Ventil und blieb offen. Im Kontrollraum gab es keine direkte Anzeige der Ventilstellung, sodass diese Störung unbemerkt blieb. Der radioaktive Dampf schoss zunächst in einen großen, wassergefüllten Abblasetank und kondensierte dort unter Erwärmung des Tankinhalts, bis bei knapp einem Bar Überdruck dessen Berstscheibe brach und das Kühlmittel ins Containment, den Sicherheitsbehälter des Reaktors, austrat.

Auch das blieb unbemerkt, sodass es nicht viel half, dass nach acht Minuten die geschlossenen Ventile der Notspeisung bemerkt und geöffnet wurden: Zwar wurde nun der Primärkreislauf wieder gekühlt, aber am oberen Ende des Reaktordruckgefäßes bildete sich durch den Kühlmittelverlust eine stetig wachsende Dampfblase. Eigentlich sollte der Druckhalter Dampfblasen im Primärkreislauf verhindern, indem dieser im Normalbetrieb mit 22 m³ Wasser und darüber mit 19 m³ Dampf gefüllte Zylinder an einer hohen, heißen Stelle des Primärkreislaufs angeschlossen ist. Hoch gelegen bedeutet geringeren hydrostatischen Druck, heiß bedeutet größeren Dampfdruck, sodass dort die einzige im Primärkreislauf zugelassene Dampfblase entstehen sollte. Das Verdampfen von einer Tonne Kühlwasser pro Minute kühlte aber den Inhalt des Druckhalters und senkte dort den Dampfdruck. Die Dampfblase kollabierte zugunsten der Blase im Reaktor. Ohnehin ging ständig Kühlmittel verloren, aber der übermäßig gefüllte Druckhalter – dort befand sich der einzige Geber für die Füllstandsanzeige des Primärkreislaufs – täuschte das Gegenteil vor. Während der Ausbildung wurde den Reaktorfahrern beigebracht, unter allen Umständen zu verhindern, dass sich der Druckhalter vollständig mit Wasser füllt, damit er seine Funktion erfüllen kann, Druckstöße weich aufzunehmen. Deshalb stoppte einer der Bediener schließlich die zuvor automatisch angelaufene Zufuhr von Kühlmittel in den Primärkreislauf.

Geschmolzener Reaktorkern beim Three-Mile-Island-Unfall.
1. 2B-Anschluss
2. 1A-Anschluss
3. Hohlraum
4. lose Bruchstücke des Kerns
5. Kruste
6. geschmolzenes Material
7. Bruchstücke in unterer Kammer
8. mögliche Uran-abgereicherte Region
9. zerstörte Durchführung
10. durchlöcherter Schild
11. Schicht aus geschmolzenem Material auf Oberflächen der Bypass-Kanäle
12. Beschädigungen am oberen Gitter

Ein Kühlmittelverluststörfall bahnte sich an, bei nur langsam fallender Wärmeleistung: eine Stunde nach der Schnellabschaltung immerhin noch ca. 30 MW. Nach fast 80 Minuten langsamen Temperaturanstiegs begannen die Pumpen des Primärkreislaufs aufgrund des steigenden Dampfdrucks zu kavitieren. Die Pumpen wurden abgeschaltet und man glaubte, dass die natürliche Konvektion den Wasserfluss aufrechterhalte. Doch die große Dampfblase im Reaktordruckbehälter blockierte die Konvektion. Nach insgesamt rund 130 Minuten begannen die Brennstäbe trockenzufallen und zu überhitzen. Die Hülle der Brennstäbe oxidierte durch eine Zirconium-Wasser-Reaktion, Wasserstoff wurde freigesetzt, die Brennelemente schmolzen. Der freigesetzte Wasserstoff gelangte zusammen mit dem ohnehin als Korrosionsschutz mit Wasserstoff versetzten Kühlmittel in das Containment und bildete mit dem dort vorhandenen Luftsauerstoff Knallgas.

Das ausströmende, inzwischen stark radioaktive Kühlmittel sammelte sich an der tiefsten Stelle des Sicherheitsbehälters, dem sogenannten Sumpf. Von dort wurde es durch einen Schaltfehler in einen Sammeltank in einem Nebengebäude gepumpt. Der Tank lief schließlich über, das Wasser gaste aus und ein kleinerer Teil dieser Gase gelangte durch ungenügende Filter in die Umgebung.

Um 6 Uhr war Schichtwechsel im Kontrollraum. Die neu Angekommenen schlossen indirekt, auch aufgrund der hohen Temperaturmesswerte aus dem Reaktor, dass Kühlmittel verloren ging und dass nur das PORV verantwortlich sein konnte. Sie nutzten ein Absperrventil, um den Verlust von Kühlwasser zu beenden. Bis zu diesem Zeitpunkt waren schon 150 m³ Kühlwasser aus dem primären Kühlkreislauf entwichen. Seit Beginn des Störfalls waren 165 Minuten vergangen, als radioaktiv kontaminiertes Wasser die Sensoren erreichte. Zu diesem Zeitpunkt war die Radioaktivität im primären Kühlkreislauf 300-mal höher als erwartet: Die Kernschmelze war in vollem Gang.

Den Bedienern im Kontrollraum war lange Zeit nicht bewusst, wie wenig Wasser der primäre Kühlkreislauf noch enthielt. Ungefähr dreieinhalb Stunden nach Beginn des Störfalls begannen die herbeigeeilten Fachleute die Tragweite zu erkennen – neues Wasser wurde in den Primärkreis gepumpt. Später wurde festgestellt, dass bereits etwa die Hälfte des Inventars zusammengeschmolzen und ein überkritischer Zustand nur knapp vermieden wurde.

Im weiteren Verlauf wurde ein Reservesicherheitsventil geöffnet, um den Druck zu reduzieren. Nach neun Stunden entzündete sich das Knallgasgemisch im Containment, dessen Innendruck sich kurzzeitig auf knapp 2 Bar Überdruck erhöhte, nahe am Auslegungsdruck. Es waren fast 16 Stunden vergangen, als die Pumpen im Primärkreislauf wieder eingeschaltet wurden und die Kerntemperatur zu fallen begann. Während der nächsten Woche wurden sowohl Wasserstoff als auch Wasserdampf aus dem Reaktor entfernt. Das geschah zum einen durch Kondensatoren, zum anderen aber auch, was sehr umstritten war, durch einfaches Ablassen in die Atmosphäre. Es wird geschätzt, dass während des Zwischenfalls radioaktives Gas (in Form von Krypton-85; 10,75 Jahre Halbwertszeit) mit einer Aktivität von etwa 1,665 · 10¹⁵ Bq entwich.

Maßnahmen nach dem Unfall

Demonstration am 4. September 1979

Besichtigung des Kontrollraumes von Three Mile Island-2 durch den damaligen US-Präsidenten Jimmy Carter im Oktober 1979

Reinigungsarbeiten von kontaminierten Bereichen im Reaktorhilfsanlagengebäude im Oktober 1979

Der Grund des Unfalls wurde mit der schlechten Ausstattung des Kontrollraums sowie der unzureichenden Ausbildung der Mitarbeiter angegeben. In einer Untersuchung wurde festgestellt, dass der Unfall hätte vermieden werden können, wenn das Personal das offene PORV am Druckhalter bemerkt und geschlossen hätte; der Unfall in Three Mile Island wäre ein unbedeutendes Ereignis geblieben. Das war aber nicht einzig auf Fehlverhalten des Personals zurückzuführen: Es fehlte eine sog. Füllstands-Sonde, welche den Bedienern den jeweiligen Füllstand des Reaktorbehälters anzeigt^[4].

In einer ersten Langzeitstudie über 18 Jahre wurden laut einer medizinischen Untersuchung bei rund 30.000 Anwohnern keine gesundheitlichen Folgeschäden festgestellt. Daraufhin wurden tausende Klagen von Betroffenen durch die Gerichte abgewiesen. Bürgerinitiativen wie „Three Mile Island Alert“ und die „Union of Concerned Scientists“ zweifelten die Aussagen der Industrie und der Atomkontrollbehörde NRC an. Gemäß „TMI Alert“ gab es zahlreiche Anwohner im Umkreis einer Meile, die nach dem Unfall krank wurden oder starben, deren Angehörige von der Betreiberfirma MetEd entschädigt wurden. Darüber hinaus war bei den Anwohnern der nahen Städte Harrisburg, Royalton, Middletown eine enorme psychische Belastung festzustellen, die durch die Evakuierungsmaßnahmen verstärkt wurde. Hervorgerufen wurde diese psychische Belastung vor allem durch die nicht wahrnehmbare Gefahr, die von radioaktiver Strahlung ausgeht.

Eine weitere – unabhängige – Studie^[5] hat gezeigt, dass die Krebshäufigkeit sechs Jahre nach dem Unfall auf der (vom Wind abgewandten) Lee-Seite des Kraftwerks gegenüber der Luv-Seite deutlich erhöht war, stellenweise um mehr als 150 Prozent.

Cleanup

Aufgrund des Unfalls in Block 2 war der Reaktorkern weitgehend zerstört, sodass das Kernkraftwerk nicht wieder in Betrieb genommen werden konnte. Die Aufräumarbeiten von August 1979 bis Dezember 1993 beschränkten sich auf den Rückbau des Reaktors und kosteten 979 Millionen US-Dollar. 1984 wurde das Top des Reaktors entfernt, von 1985 bis 1990 wurden 100 Tonnen Brennstoff entfernt, in den folgenden zwei Jahren acht Millionen Liter Kühlwasser aus dem Containment dekontaminiert und verdampft. 1988 vermeldete die Nuclear Regulatory Commission, dass zwar eine weitere Dekontaminierung des Gebäudes möglich sei, aber die verbliebene Strahlung durch das kontaminierte Kühlwasser, das in den Beton des Gebäudes sickerte, keine Gefahr für die Bevölkerung darstelle. Vielmehr wurde ein weiterer Rückbau in die Zukunft verschoben, einerseits wegen der dann geringeren Strahlenbelastung und andererseits wegen der möglichen höheren Wirtschaftlichkeit bei gleichzeitigem Rückbau zusammen mit Block 1.^[6][7]

Im Januar 2010 gab die Nuclear Regulatory Commission bekannt, dass der Generator des zerstörten zweiten Blocks für das Kernkraftwerk Shearon Harris in New Hill, North Carolina benutzt werden soll. Dazu soll der 670 Tonnen schwere Generator in zwei Teile zerlegt werden.

Vorfall 7. Februar 1993

Am 7. Februar 1993 fuhr ein Mann mit einem Auto durch die Absperrungen vor dem Atomkraftwerk, weiter durch ein Rolltor und blieb schließlich in der Turbinenhalle stehen. Zu diesem Zeitpunkt war der Atomreaktor voll in Betrieb. Der Mann konnte erst einige Stunden später festgenommen werden. Dieser Vorfall wurde erst acht Jahre später publiziert. Pierce Nye, dem Täter, wurde kein Prozess gemacht, sondern er wurde in eine psychiatrische Klinik eingewiesen.^[8][9]

Störfall vom 21. November 2009

Der unbeschädigte Block 1 des KKW wurde 1985 wieder in Betrieb genommen, obwohl eine unverbindliche Volksabstimmung in der Region Harrisburg 1982 dies mit zwei Dritteln Mehrheit abgelehnt hatte.^[10]

Am 21. November 2009 kam es in diesem gerade zu Wartungsarbeiten stillgelegten Block zu einer Freisetzung von Radioaktivität, bei der mehrere Mitarbeiter kontaminiert wurden. Der Nachrichtensender CNN meldete unter Berufung auf den Betreiber, dass ein Messgerät kurzzeitig Alarm geschlagen habe. Bei den Arbeitern sei eine leichte Dosis festgestellt worden, in einem Fall von 160 Mikrosievert.^[11][12][13] Dies entspricht etwa 1/12 der durchschnittlichen Jahresdosis von Flugbegleitern.

Kulturelle Adaptionen

• Bereits zwei Wochen vor dem Unfall lief in den Vereinigten Staaten der Film Das China-Syndrom an. Dieser setzt sich kritisch mit der wirtschaftlichen Nutzung der Kernenergie auseinander, indem er einen fiktiven Vorfall in einem Kernkraftwerk beschreibt. Durch den tatsächlichen Vorfall im Kraftwerk Three Mile Island erhielt dieser Film ein großes Medienecho.
• 1992 veröffentlicht die deutsche Musikgruppe Kraftwerk eine geänderte Version ihres bereits 1975 erschienenen Liedes Radio-Aktivität, der nun mit dem Aufruf Stop Radioaktivität und einer Aufzählung für Atomunfälle bekannter Orte beginnt, und nennt darin neben Tschernobyl und Sellafield auch Harrisburg als Metonym für das havarierte Kernkraftwerk.
• Die Band Midnight Oil gedachte mit dem Lied Harrisburg des Reaktorunfalls.
• Auf dem Albumcover zu Till The Cows Come Home der deutschen Metal-Band Farmer Boys ist ein US-amerikanischer Landwirt mit einem ausgestopften, zweiköpfigen Kalb zu sehen, das wenige Jahre nach dem Reaktorunfall in Three Mile Island auf einer nahegelegenen Farm zur Welt kam.

Daten der Reaktorblöcke

Das Kernkraftwerk Three Mile Island hat zwei Blöcke:

Reaktorblock[14]	Reaktortyp	Netto- leistung	Brutto- leistung	Baubeginn	Netzsyn- chronisation	Kommer- zieller Betrieb	Abschal- tung
Three Mile Island-1	Druckwasserreaktor	805 MW	837 MW	18.05.1968	19.06.1974	02.09.1974	2034 (geplant)
Three Mile Island-2	Druckwasserreaktor	880 MW	959 MW	01.11.1969	12.04.1978	30.12.1978	28.03.1979 (Reaktor zerstört)

Siehe auch

• Liste der Kernkraftwerke
• Liste von Unfällen in kerntechnischen Anlagen
• Katastrophe von Tschernobyl
• Nuklearkatastrophe von Fukushima
• Das China-Syndrom

Literatur

• Matthias Hofmann: Lernen aus Katastrophen. Nach den Unfällen von Harrisburg, Seveso und Sandoz, Edition Sigma, Berlin 2008, ISBN 978-3-89404-559-3
• Robert Jungk (Hrsg.): Der Störfall von Harrisburg – Der offizielle Bericht der von Präsident Carter eingesetzten Kommission über den Reaktorunfall auf Three Mile Island. Erb Verlag, Düsseldorf 1979, ISBN 3-88458-011-6
• Peter S. Houts/Paul D. Cleary/Teh-Wei Hu: The Three Mile Island Crisis – Psychological, Social and Economic Impacts on the Surrounding Population, The Pennsylvania State University Press, 1988, ISBN 0-271-00633-1
• Charles Perrow: Normal Accidents – Living with High-Risk Technologies, Princeton University Press, 1984, ISBN 0-691-00412-9
• Steve Wing, David Richardson, Donna Armstrong, Douglas Crawford-Brown (School of Public Health, University of North Carolina, Chapel Hill, USA): A Reevaluation of Cancer Incidence Near the Three Mile Island Nuclear Plant: The Collision of Evidence and Assumptions; in: Environmental Health Perspectives (EHP) 1997 [4].
• Cristina Perincioli: Die Frauen von Harrisburg, oder: "Wir lassen uns die Angst nicht ausreden", Rowohlt aktuell, Reinbek 1980, Neuauflagen 1986, 1991. Gesamtauflage 20.000. Anmerkung: Dies auflagenstarke Buch hat zur Bewußtseinsbildung in Deutschland mit beigetragen. Auch ist die Funktionsweise des AKW Harrisburg fundiert, dabei auch für Laien anschaulich und mit Grafiken erklärt. Das vergriffene Buch steht im Volltext zur Verfügung unter [5]

Weblinks

 Commons: Unfall im Kernkraftwerk Three Mile Island – Album mit Bildern und/oder Videos und Audiodateien

• U.S. Nuclear Regulatory Commission – Fact Sheet (DF)
• Dossier Three Mile Island (französisch)
• Webseite des Dickinson College zum Unfall von TMI
• Scott Johnson: Inside TMI – Minute By Minute
• Das China-Syndrom auf Three Mile Island (Ask1)
• 30 Jahre nach TMI – nano, 3sat Filme
• Artikel auf zeit.de
• Linkliste aktuelle Beiträge 30 Jahre TMI 2009
• Buch Cristina Perincioli "Die Frauen von Harrisburg" im Volltext (pdf, 55S, abgerufen am 31. Jänner 2011)

Einzelnachweise

1. ↑ Reuters: UPDATE 1-NRC renews Exelon Pa. Three Mile Isl reactor license vom 22. Oktober 2009
2. ↑ [1] Three mile Island; A REPORT TO THE COMMISSIONERS AND TO THE PUBLIC; Mitchell Rogovin, George T. Frampton; 4/5/79
3. ↑ Inside TMI—Minute By Minute unter Ablauf – Teil 1
4. ↑ atomwirtschaft vom Juni 1987, Artikel von Dr. J. Wolters (Forschungszentrum Jülich)
5. ↑ Studie des Department of Epidemiology der University of North Carolina
6. ↑ http://www.nytimes.com/1993/08/15/us/14-year-cleanup-at-three-mile-island-concludes.html
7. ↑ http://www.nrc.gov/reading-rm/doc-collections/fact-sheets/3mile-isle.html
8. ↑ [2] Bericht der Tageszeitung Post Gazette acht Jahre nach dem Unfall, Stand 3.Juni 2010
9. ↑ [3] Beschreibung des Unfalls, Stand 3. Juni 2010
10. ↑ SES: Energie und Umwelt, Nr. 4/1982
11. ↑ Reaktorpanne auf Three Mile Island
12. ↑ Zwischenfall in US-AKW Three Mile Island
13. ↑ Radioaktivität in US-Meiler Harrisburg ausgetreten Zeit Online, 23. November 2009
14. ↑ Power Reactor Information System der IAEA: „United States of America: Nuclear Power Reactors – Alphabetic“ (englisch)

Nuklearunfälle ab INES-Stufe 5 („Ernster Unfall“)

INES 7: Tschernobyl (1986) | Fukushima Daiichi (2011)

INES 6: Kyschtym (1957)

INES 5: Chalk River (1952) | Sellafield (1957) | Santa Susana (1959) | Belojarsk (1977) | Harrisburg (1979) | Tschernobyl (1982) | Wladiwostok (1985) | Goiânia (1987)