16.02.2016

Wie sicher sind Tihange 2 und Doel 3?

Analyse von Anna Veronika Wendland

Die deutsche Debatte um die angeblichen „Pannenreaktoren“ in Belgien ist geprägt von unsachlicher Hysterie und nationalistischen Untertönen. Eine rationale Auseinandersetzung funktioniert jedoch nur mit Blick auf die Fakten. Eine Nuklearhistorikerin liefert Fakten.

Bürgerpetitionen beschwören ein neues Tschernobyl, die Bundesumweltministerin macht Druck auf die belgischen Behörden, Städte im Aachener Raum wollen vor das belgische Verwaltungsgericht ziehen, die deutschen Medien berichten, nicht ohne nationalistische Untertöne, von „maroden Reaktoren“, die Grünen reden gleich von „Schrott“. Der aufgeschreckte Bürger stellt sich Reaktoren vor, aus denen das Kühlmittel durch „Risse“ leckt, denen aber von einer unverantwortlichen Atomaufsicht trotzdem die Anfahrgenehmigung erteilt wurde. Aber was ist wirklich los in den Kernkraftwerksblöcken Tihange 2 und Doel 3?

Tihange 2 und Doel 3 sind sogenannte 3-Loop-Druckwasserreaktoren. Während einer Grundrevision erbrachten Ultraschalluntersuchungen im Rahmen einer neu eingeführten Sonderprüfung der Reaktordruckbehälter in den beiden Anlagen Defektanzeigen im 1 Inneren der Wände der Reaktordruckbehälter. Die Anzeigen verwiesen auf Wasserstoffeinschlüsse. Nach umfangreichen Untersuchungen und Hinzuziehung nationaler und internationaler Expertenkommissionen kam die Aufsichtsbehörde FANC zu dem Schluss, dass diese Einschlüsse keine Gefahr für den sicheren Betrieb der Anlagen darstellten; sie seien fertigungsbedingt entstanden und nicht während des Betriebs – etwa infolge Strahlungseinwirkung. Und sie seien auch nicht gewachsen. Gleichwohl wurden dem Betreiber Electrabel Auflagen zur Beobachtung des Phänomens gemacht.

Bei Anwendung verfeinerter Messmethoden stellte sich Anfang 2014 heraus, dass die Anzahl der Wasserstoffeinschlüsse höher war als bislang angenommen. Infolge dessen wurden die Reaktoren für 18 Monate stillgelegt. In dieser Zeit wurden verschiedene Materialproben untersucht 2; diverse Expertengruppen befassten sich mit der Auswertung. Das Oak Ridge National Laboratory (ORNL) wurde um eine Prüfung der Berechnungen gebeten und darum, eine Einschätzung zur Integrität der Reaktordruckbehälter abzugeben. Aufgrund der Bewertungen erstellte die Aufsichtsbehörde einen Abschlussbericht, in dem die Wasserstoffeinschlüsse als nicht sicherheitsabträglich eingestuft wurden. 99,75 Prozent der Defekte stellten keine Gefahr dar, der verbleibende Anteil erwies sich nach weiteren Berechnungen als ebenfalls unproblematisch. Folglich erteilte die FANC beiden Anlagen im Dezember 2015 die Genehmigung zum Wiederanfahren. 3

Defekt ist nicht gleich Defekt

Entscheidend ist für die Werkstoffkunde nicht das bloße Vorhandensein von Defektanzeigen („flaw indications“) – die kommen in solchen Schmiedestücken häufig vor 4 –, sondern folgende Informationen über die Defekte:

  • Ihre Geschichte: Sind die Risse während des Betriebs des Reaktors entstanden und gewachsen oder in dieser Form seit Fertigung unverändert vorhanden?
  • Ihre Lage, Länge und Ausrichtung: Liegen die Defekte so, dass die in der Druckbehälterwand auftretenden Kräfte ein Risswachstum befördern oder nicht? Überschreiten Risse die für die Betriebsspannung kritische Rissgröße?
  • Ihr Zusammenwirken mit anderen Materialveränderungen im Reaktordruckbehälter, die durch Strahlungseinwirkung entstehen: Ist infolge strahlungsbedingter Versprödung des Reaktorstahls eine Weiterentwicklung der beobachteten Defekte zum gefährlichen, schlagartigen Sprödbruch zu befürchten?

Was ist Versprödung?

Reaktordruckbehälter müssen beträchtliche Belastungen aushalten. Zunächst jene, die im Normalbetrieb anfallen: Ein Druck von rund 160 Bar und Temperaturen von bis zu rund 330 Grad Celsius. Ausgelegt sind die Anlagen aber für wesentlich höhere Temperaturen und für einen höheren Druck. Außerdem müssen Reaktordruckbehälter mit Druck- und Temperaturschwankungen aller denkbaren „Transienten“ fertig werden – so nennen Ingenieure den dynamischen Übergang von einem Betriebszustand in einen anderen.

Solche Transienten sind das An- und Abfahren der Anlage, Reaktorschnellabschaltungen, Lastwechsel und störfallbedingte Lastfälle: zum Beispiel der Notkühlfall bei einem Leck im Primärkreislauf, wenn der Druck rasch abfällt und wesentlich kühleres Wasser in den Reaktor gefördert wird. Solche Belastungen sind Stress für den Reaktordruckbehälter, der, bruchmechanisch gesprochen, „zäh“ (mit energieaufnehmender plastischer Verformung) und nicht „spröde“ (schlagartig reißend) reagieren sollte. Reaktordruckbehälter werden größtenteils aus ferritischen Stählen gefertigt, sprich: mit hohem Gehalt an Nickel, Chrom und Mangan. Übersteigt ein Riss nicht eine bestimmte Länge, reagiert der Reaktorstahl auf die betriebstypischen Belastungen bei eventuellen Defekten zäh. 5

„Entscheidend ist für die Werkstoffkunde nicht das bloße Vorhandensein von Defektanzeigen“

Gleichwohl gibt es bei jedem dieser Stähle eine sogenannte Sprödbruch-Übergangstemperatur, unterhalb derer schon geringere Krafteinträge reichen, um Risse kleiner Länge zum Sprödbruch zu bringen. Der Sprödbruch ist gekennzeichnet durch eine schnelle, instabile Rissentwicklung und schlagartige Materialtrennung. Das kommt bei ferritischen Stählen bei sehr niedrigen Temperaturen vor. Wir kennen den Effekt vom Fahrradschloss, das im vereisten Zustand leichter zu knacken ist als bei Normaltemperatur. 6 Wird nun ein Reaktordruckbehälter im Betrieb mit Neutronen beschossen, wird er mit der Zeit spröde. Das heißt, die Übergangstemperatur, unterhalb derer schon geringere Spannungen im Material bei vorhandenen Rissen zum Sprödbruch führen können, verschiebt sich mit wachsender Betriebsdauer immer weiter nach oben.

Ein KKW-Betreiber muss in seinen Sicherheitsberichten daher regelmäßig nachweisen, dass sämtliche Betriebszustände mit ihren maximalen Belastungen oberhalb dieser Übergangstemperatur und unterhalb der kritischen Spannungen zu liegen kommen. 7 Befindet sich das Betriebsdiagramm eines Reaktors in diesem sicheren Bereich, dann reagiert das Strukturmaterial auf Spannungen an Rissspitzen zäh statt spröde.

Eventuelle Risse entwickeln sich dann im Zähigkeitsbereich und “stabil”. Das heißt, es kommt bei Rissentwicklung an Defekten nicht zum plötzlichen Bruch, sondern allenfalls zu einem sich langsam entwickelnden, kleinen und rechtzeitig lokalisierbaren Leck vor dem Bruch. Dieses „Leck vor Bruch“-Kriterium ist somit auch ein weiteres wichtiges Sicherheitskriterium der Basissicherheit von Reaktordruckbehältern.

Die belgische kerntechnische Aufsichtsbehörde FANC kam auf der Grundlage der durchgeführten Untersuchungen zu dem Schluss, dass es sich bei den Wasserstoffflocken nicht um Defekte handelt, die eine erhöhte Sprödbruchgefahr nach sich ziehen. Sie akzeptierte die vom Betreiber veranschlagten Voraussagegleichungen, die vom Worst Case ausgingen. In jedem Falle wird die Anlage so im zähen, sicheren Bereich zu fahren sein. Gleichwohl gibt es bestimmte Auflagen. So sollen schonende Fahrweisen für sanftere Temperaturgradienten sorgen und das Material entlasten; Reservoirs für Notkühlwasser werden vorgeheizt. Auch dies ist kein Grund zum Spott wie beim WDR („zu marode für kühles Kühlwasser“). 8 Vielmehr ist dies als zusätzliche Sicherheit international bei älteren Anlagen mit höherer Versprödung üblich.

Was verraten die Materialproben?

Damit der Betreiber eine Vorausschau über die zu erwartende Versprödung des Reaktordruckbehälters und eventuell auftretenden Rissen erhält, werden vor der Erstinbetriebnahme sogenannte „Voreilproben“ in den Reaktordruckbehälter eingehängt. Diese befinden sich in größerer Nähe zu den Brennelementen als die Behälterwand und erreichen daher schon Jahre vor der Behälterwand einen höheren Versprödungsgrad. Im Gegensatz zum Reaktordruckbehälter kann man die Proben entnehmen und eingehend prüfen, zerlegen und Sprödbruchtests durchführen.

„Die Diskussion um Tihange 2 und Doel 3 sagt über weite Strecken mehr über Deutschland als über Belgien und den Zustand seiner kerntechnischen Anlagen“

Auch in den beiden belgischen Anlagen waren Voreilproben Gegenstand der Untersuchung. Da sie aber keine Wasserstoffeinschlüsse enthielten, wurden zusätzlich andere Proben mit und ohne Wasserstoffflocken hinzugezogen und in einem Forschungsreaktor intensiv bestrahlt, um den Zustand des Reaktordruckbehälters in der betroffenen Zone näherungsweise zu simulieren. Insbesondere an diesen Proben entzündete sich die Kritik der Grünen und der von ihnen bestellten Experten. Diese Proben seien nicht repräsentativ, und bei konservativem Ansatz müsse man dann auf Nummer sicher gehen und die Anlagen stilllegen. 9 Tatsächlich kamen auch die von der FANC bestellten Gutachter während der zweiten Untersuchungsphase zu dem Schluss, dass eine der beiden Fremdproben als nicht repräsentativer Ausreißer zu werten sei. Allerdings hatte eben dieses Werkstück beim Test die höchste Versprödung gezeigt. Die Experten führten das aber nicht auf die Wasserstoffflocken zurück.

Die anderen Proben blieben bei der Versprödung im erwarteten Bereich und gaben den Experten Anlass zu der Schlussfolgerung, dass die Wasserstoffeinschlüsse nicht während des Betriebs entstanden und gewachsen seien. Vielmehr seien sie statisch und von Anfang an vorhanden gewesen. Trotzdem wurde bei der Neuberechnung der kritischen Sprödbruch Übergangstemperatur der ungünstigste Fall zugrunde gelegt und aufgrund eines Gutachterhinweises aus einer der Expertengruppen eine zusätzliche Sicherheitsmarge addiert.

Wem sollen wir glauben?

Prinzipiell müssen offene Fragen an Hersteller und Betreiber über die späte Entdeckung der Defektanzeigen zur Kenntnis genommen werden. So ist zu fragen, warum diese Defekte, wenn sie herstellungsbedingt sind, nicht schon bei der Abnahme entdeckt wurden? Geeignete Prüfinstrumentarien gab es auch schon in den 1970er-Jahren. Auch müsste die Fertigungsdokumentation auf diese Frage hin gesichtet werden, die womöglich unvollständig ist. Die Kritiker führen diese offenen Fragen als Begründung für ihre Forderung nach Schließung der beiden Anlagen an. Sie argumentieren, dass von Anfang an dagewesene Defekte auch hätten dokumentiert werden müssen; der Auftraggeber hätte die Abnahme der Behälter seinerzeit wegen zu vieler Defekte verweigern müssen.

Andersherum lasse die Nichtreaktion und die späte Entdeckung der Wasserstoffeinschlüsse den Schluss zu, dass es damals keine Defekte gegeben hätte – was bedeute, dass die Defekte später entstanden seien. Das suggeriert ein Bild des gefährlichen Defektwachstums. Es wäre wichtig, hier zusätzliche Klarheit zu schaffen. Doch die Frage nach der Entstehungsgeschichte der Wasserstoffflocken ist, folgt man den Gutachtern, nicht direkt relevant für die Frage nach dem sicheren Weiterbetrieb der beiden Anlagen. Sie wurde im FANC-Bericht von 2015 nicht weiter behandelt, weil ausschließlich zu klären war, ob die Flocken faktisch eine Gefahr für die Integrität der Reaktordruckbehälter darstellen. Die eindeutige Antwort des FANC-Berichts auf diese Frage lautet: Nein.

Trotz der berechtigten Fragen nach offenen Punkten ist festzustellen, dass die Diskussion um Tihange 2 und Doel 3 über weite Strecken mehr über Deutschland als über Belgien und den Zustand seiner kerntechnischen Anlagen aussagt. Hauptmerkmal der öffentlichen Debatte in Deutschland ist eine starke Emotionalisierung und systematische Delegitimierung belgischer und internationaler Expertise beziehungsweise das weitgehende Ignorieren dieser Experten. Das wirkt sich vor allem in einer diffamierenden und schlampigen Begrifflichkeit aus. Charakteristisch ist auch der massive Druck der deutschen Öffentlichkeit auf Amtsträger: Diese sollten ihren Einfluss in Belgien geltend machen oder dafür sorgen, dass belgische Kernkraftwerke nicht mehr mit Brennelementen aus deutscher Produktion beliefert werden. All das zeugt nicht von Respekt für Sachargumente, Zuständigkeiten, europäische Rechtsnormen und Vertragsfreiheit von Unternehmen. Es ist leider charakteristisch für die Aufgeregtheit und Maßlosigkeit, welche die öffentlichen Diskussionen in Deutschland in letzter Zeit prägen.

„Sachfragen werden hoffentlich ab jetzt wieder im Vordergrund stehen und nicht die Schrottreaktorpropaganda“

Die von den Experten zu prüfende Materie ist hochkomplex und kann auch an dieser Stelle nur ansatzweise vorgestellt werden. Wer sich genauer informieren will, der sollte den Abschlussbericht der belgischen FANC sowie die Literaturtipps konsultieren und komplementär auch den kritischen Bericht der europäischen Grünen.

Auf diesen Bericht rekurrieren Gegner immer wieder, er ist aber in Teilen durch die zweite Untersuchungsphase der FANC-Expertengruppen 2014/15 überholt. Wer sich zu Tihange 2 und Doel 3 äußert, sollte auf jeden Fall die Befunde der Expertengruppen gesichtet haben. Ferner sollte beachtet werden, dass es die FANC dem Betreiber Electrabel nie leichtgemacht hat. In Zweifelsfällen hörte sie auf kritischere Minderheitenvoten innerhalb einer Expertengruppe und verlangte vom Betreiber zusätzliche Untersuchungen. Auch kann bei Stillstands Zeiten von weit über einem Jahr nicht die Rede sein von einer übereilten oder schlecht dokumentierten Entscheidung.

Die deutsch-belgische Abmachung von Anfang Februar über gemeinsame Inspektionen 10 lässt hoffen, dass ab jetzt wieder Sachfragen im Vordergrund stehen werden, also die kritisch und wissenschaftlich bewertete Reaktorsicherheit. Und nicht die Schrottreaktorpropaganda im Stile der allfälligen Hysterisierung politischer Debatten, wie sie in Deutschland nicht nur bei der Kernenergie in letzter Zeit immer stärker zum Tragen kommt.