Küchenphysik vom WDR

Von Dr. Anna Veronika Wendland

Foto: Käseauflauf mit Shrimps

Wir schaffen Klarheit über die nuklearen Auflaufformen.
Foto: Ra Boe, Wikimedia Commons

Skandalös: Betreiber von Kernkraftwerken wärmen das Notkühlwasser »maroder« Kernreaktoren vor, wie WDR und Süddeutsche Zeitung »enthüllten«. Dr. Anna Veronika Wendland erläutert, was dran ist am neuesten nuklearen Aufreger.


Breaking News: Wenn ich eine heiße Auflaufform aus dem Ofen nehme und sie kalt abschrecke, kann sie springen. Daher benutze ich warmes Wasser. WDR und Süddeutsche Zeitung haben diesen Effekt gerade entdeckt und Experten befragt, welche den sofortigen Produktionsstopp von Auflaufformen aus Glas fordern: zu gefährlich. Die Leute könnten ja fahrlässig doch kaltes Wasser wählen.

So ähnlich liest sich die angebliche Enthüllung des oben genannten Recherchenetzwerks über »marode Kernkraftwerke«, die man daran erkenne, dass ihr Notkühlwasser »offensichtlich« vorgeheizt werden müsse. Andernfalls könnten Risse im Reaktordruckbehälter entstehen. Aber wie soll man denn dann noch kühlen, wenn selbst das Notkühlwasser warm ist?

Physikkenntnisse? Nein danke!

Die Lösung liegt da, wo der WDR nicht gerne seine Nase hineinsteckt: in der Fachliteratur zur Kern- und Verfahrenstechnik. Bei 310 Grad Celsius mittlerer Kühlmitteltemperatur im Primärkreislauf eines Druckwasserreaktors sind auch 50 – 60 Grad Not»kühl«wasser zwar zu heiß für die Badewanne, aber nicht zu warm für einen Kernreaktor nach seiner Abschaltung. Dieses Wasser nimmt im Notkühlfall – wenn also ein Leck überspeist werden muss oder aus anderem Grunde die übliche Wärmeabfuhr über die Dampferzeuger nicht genutzt werden kann – immer noch genügend Wärme zur Abfuhr der Nachwärme aus dem Reaktorkern auf. Sie wird vom Notkühlsystem über Zwischen- und Nebenkühlsysteme weiter abgeführt.

Ich warte darauf, dass der WDR Anstoß an der Bezeichnung »Kühlmittel« für das Primärkreislaufwasser im Normalbetrieb nimmt, da eine Temperatur von mehr als 300 Grad doch nicht mehr als kühl zu bezeichnen seien. Und genau hier treffen wir auf ein Grundproblem unserer Berichterstattung: Menschen ohne solide physikalisch-technische Wissensbasis holen sich Experten, die ihnen nach dem, wie sie finden, kritischen Munde reden, und bringen das Ergebnis dann als alltagssprachliche Küchenlogik unters Volk. Denn gegen Kernkraftwerke zu sein entspricht in dieser Logik ja auch, auf der guten Seite zu sein, auf der Seite der kritisch-nachfragenden Neinsager nämlich.

Jedoch sind es eigentlich Jasager, mit denen wir es zu tun haben: Jasager im Mainstream des Antiatom-Diskurses. Denn bis heute gehört der nukleare Alarmismus und das Schwarz-Weiß-Denken der 1980er zum guten Berichtston, obwohl die Kerntechnik längst über den Stand dieser Zeit hinaus ist – und der Lieblingsfeind, die deutsche Atomlobby, längst das Zeitliche gesegnet hat. Unsere Atom-Alarmisten hängen zudem der Doktrin an, derzufolge nur eine hundertprozentig risikofreie Technologie akzeptabel sei. Gibt es ein Risiko? Dann wäre diese Technologie besser nie in die Welt gekommen.

In unseren Redaktionen, deren kerntechnische Grundkenntnis sich in der Regel auf die Schullektüre von Gudrun Pausewangs Nuke-Porns für den bundesdeutschen Opferdiskurs beschränkt, reicht daher die Nachricht vom Notkühlwasser, das gar nicht kalt ist, für die Auslösung des nuklearen Notstands.

Worum es wirklich geht

Worum es dabei wirklich geht: Bei erhöhter Versprödung des Stahls infolge Neutronenbeschusses ist die Vorwärmung des Notkühlwassers in vielen Anlagen eine normale Vorkehrung, so im östlichen Europa, wo die Kernkraftwerke mit VVER-Druckwasserreaktoren sowjetischer Bauart ausgerüstet sind. Aufgrund eines (im Vergleich zu den heute bei uns laufenden Konvoi- und Vorkonvoi-Anlagen) schmäleren Wasserspalts zwischen Reaktorkern und Druckbehälterwand ist insbesondere in den VVER-440-Anlagen die Neutronenfluenz und damit auch die Versprödungsgeschwindigkeit höher. Wer sich zur materialwissenschaftlichen Seite dieser Problematik detaillierter informieren möchte, dem sei der Beitrag der Nuklearia zum Fall der belgischen Anlagen Tihange und Doel (»Belgische Rissreaktoren«) empfohlen.

Bild: Kernquerschnitt eines VVER-440-Reaktors mit Dummie-Brennelementen (grau) an den Außenpositionen nahe der Druckbehälterwand

Kernquerschnitt eines VVER-440-Reaktors mit Dummie-Brennelementen (grau) an den Außenpositionen nahe der Druckbehälterwand

Es gibt in solchen Fällen höher versprödeter Komponenten mehrere Möglichkeiten, Abhilfe zu schaffen: materialschonende Fahrweisen der Anlage, eine spezifische Beschickung des Reaktorkerns mit Brennelementen, und Maßnahmen zur Regenerierung des Reaktordruckbehälters. In Osteuropa werden alle drei Ansätze verfolgt: Man beheizt die Flutbehälter für das Notkühlsystem, man stellt auf die Außenpositionen im Reaktorkern Brennelement-Dummies aus Stahl, die die Strömungseigenschaften des Kerns erhalten, aber den Neutronenbeschuss des Druckbehälterstahls verringern, und man regeneriert den Reaktorstahl.

Wie regeneriert man einen Reaktordruckbehälter? Das ist eine wichtige Frage, denn der RDB ist eine der wenigen Komponenten eines Kernkraftwerks, die nicht redundant, das heißt, in mehrfacher Ausführung vorhanden sind. Seine Integrität ist folglich das K.O.-Kriterium für die Laufzeit der Anlage. Daher werden in älteren osteuropäischen Anlagen die Reaktordruckbehälter einer sogenannten Wiederholungsglühung unterzogen. Der Reaktor wird entladen, und an das leere Druckgefäß wird ein Aggregat montiert, das den Behälterstahl für rund 150 Stunden auf eine Temperatur von ca. 475 Grad Celsius bringt. Diese Wärmebehandlung erneuert die kristallinen Binnenstrukturen des Werkstoffs, welche durch den Neutronenbeschuss verändert wurden, was zur Versprödung und damit höherer Empfindlichkeit für Temperaturschocks geführt hatte. Die Wiederholungsglühung beseitigt diesen Effekt und stellt das ursprüngliche Elastizitätsverhalten wieder her.

Osteuropa hat also eigentlich eine gute Strategie zur Erhöhung der Komponentensicherheit gefunden – was natürlich gar nicht zu den von deutschen Journalisten in solchen Zusammenhängen gerne produzierten Klischees von instabilen Staaten, autoritärer Herrschaft und maroden Industrieanlagen passt.

Eigentlich ist das Gegenteil der Fall: Während sich westliche Betreiber mit den anlagenschonenden Ansätzen begnügen –  so z.B. im Falle des inzwischen stillgelegten KKW Obrigheim – geht Osteuropa unter russischer Technologieführerschaft seit Jahren neue Lösungswege, und – auch nicht unwichtig – setzt zudem in Neubauten sicherheitstechnisch fortgeschrittene Reaktorkonzepte in die Tat um.

Anlagenschonende Ansätze wiederum sind kein Ausweis für die Instabilität eines Systems. Es gibt sie überall in der Verfahrenstechnik. Man wärmt Systeme vor oder schaltet sie auf eine bestimmte Weise, um beispielsweise Kondensationsschläge in Rohrleitungen oder Materialschäden durch zu steile Temperaturgradienten zu verhindern. Niemand würde auf die Idee kommen, solche Anlagen in der Chemieindustrie oder auch in Kohle- und Gaskraftwerken nicht mehr zu betreiben, weil es ohne schonende bzw. vorgeschriebene Fahrweise zu Problemen kommen könnte.

Die Experten, die vom WDR befragt wurden, sehen das anders – denn sie können gar nicht anders. Sie sind auf jener Linie, dass nur ein nie gebautes KKW ein sicheres sei, und haben als Gutachter von Ökoinstituten und als Ministeriale unter Rot-Grün diese Politik in Berichte und Rechtstexte umgesetzt. Da kann man auch die AfD als alleinige Experten für Migrationspolitik anhören – aber diese Reportage muss erst noch geschrieben werden.

Die wahre Enthüllung wartet noch

All den Alarm-Experten sei jedoch versichert: Die wirkliche Enthüllung wartet noch auf einen aufmerksamen Rechercheur – jene über die akut drohenden Versorgungs- und Umweltrisiken im Zuge einer fehlgeplanten Energiewende, an der die Öko-Experten gut mitverdienen.

Die 25 Milliarden Euro pro Jahr, welche dieses Experiment am offenen Energieherzen unserer Industriegesellschaft kostet, wären anderweitig besser investiert. Denn man kann Europas alternden Reaktorpark entweder durch Kohlekraft und Chaos ersetzen, wie es Deutschland macht, oder durch bessere Kernkraftwerke.


Dr. Anna Veronika Wendland

Dr. Anna Veronika Wendland ist Osteuropa-Historikerin und Forschungskoordinatorin am Herder-Institut für historische Ostmitteleuropaforschung in Marburg. Sie forscht zur Geschichte von Atomstädten und nuklearen Sicherheitskulturen in Ost- und Westeuropa, unter anderem auch im Zusammenhang des transregionalen Sonderforschungsbereiches SFB-TRR 138 »Dynamiken der Sicherheit« der Universitäten Marburg und Gießen sowie des Herder-Instituts, in dem es um Versicherheitlichungsprozesse von der Antike bis zur Jetztzeit geht. Sie ist Vorstandsmitglied des Nuklearia e. V.

18 Gedanken zu „Küchenphysik vom WDR

  1. Ich habe selten einen solchen Unfug gelesen.

    Fukushima hat gezeigt, dass im Notfall eben mit allem gekühlt werden muss, was vorhanden ist.

    Ein Vorwärmen ist absolut inakzeptabel.

  2. Danke, Frau Wendland für Ihren guten und sachlichen Beitrag. Sie können sehr gut schreiben, das wollte ich Ihnen in Mannheim schon sagen, aber die knappe Zeit hat es nicht erlaubt. Ich bin froh darüber, daß die Kernis mit Ihnen eine junge und fachlich bestens informierte Frau haben, die hier auf Nuklearia (und vielleicht auch an anderen Stellen) deutlich zur Sache spricht.

  3. Also eigentlich sollte doch Notkühlwasser über der Lebensdauer des AKWs hin nicht vorgewärmt werden müssen; so verstehe ich die ursprüngliche Auslegung aller Anlagen.
    Jetzt im Zuge einiger neuer Aspekte bzw. als Reaktion auf den aktuellen Zustand der Reaktoren kommt man darauf, das dies jedoch eine Verbesserung der Sicherheit bei manchen Anlagen bedeutet dies zu tun – va bene.
    Nun zu etwas Küchenphysik meinerseits:
    Wie heiß darf den das Notkühlwasser im Bedarfsfalle werden; d.h. welche Temperatur muss den das Notkühlsystem halten? Leider fehlt dazu jede Angabe, ich gehe jetzt einfach mal von 85°C aus – mehr und es könnten sich Dampfblasen bilden (so homogen erwärmt sich Wasser nun mal nicht).
    Wenn wir jetzt noch idealerweise annehmen das die ursprüngliche Temperatur des Notkühlwassers 20°C war heist das das das Wasser 65°K aufnehmen kann bevor es kritisch wird.
    Jetzt bei auf 50°C vorgewärmten Wasser sind es ja dann noch 35°C – also ca. die Häflte der Wärmekapazität geht verloren.

    Dies ist sicherlich in der Auslegung, bedeuted meiner Meinung nach aber eine Reduzierung der Sicherheitsresilienz des Notkühlsystems bzw. eine höhere Anforderung an desselben.

    Um nun mit Ihnen in der Küche zu bleiben; nachdem mir die 2. Glasplatte geplatzt war nachdem ich einen frischen Kuchen auf dieselben legte gewöhnte ich mir an den Kuchen erst abkühlen zu lassen bevor ich ihn darauf lege – klappt ganz gut, aber Experimente mit vorgeheizter Platten erspar ich mir und habe noch keine praktischen Erfahrungen ob das das Platzen verhindert – kann Doel das erste machen und das letztere von sich behaupten?

    Mit Gruß von meiner Frau und meinen beiden Kindern

    Tobias Grüninger

    • Zu Ihrem letzten Absatz kann ich nur sagen, es hilft Platten und Teller vorzuwärmen. Genau deshalb gibt es auch die Vorwärmevorrichtungen zum Einbau in den heimischen Küchenschrank (wo wir doch schon mal da sind). In Größeren Restaurants wird das übrigens grundsätzlich so gemacht, da die Speise durchaus eine recht hohe Temp. haben kann, wenn sie auf den Teller trifft. Außerdem noch um ein schnelles Auskühlen zu verhindern, aber das tut hier weniger zur Sache. Können Sie also durchaus probieren – Kuchenplatte vorwärmen, Kuchen drauf und Sie werden sehen, dass nichts platzt.

    • Was genau ist an der Dampfblasenbildung denn auszusetzen? Die Verdampfungsenthalpie hat bei einem bestimmten Druck und Temperatur einen bestimmten Wert. Es ist die Energie, die man aufwenden muss, um eine definierte Menge Wasser vollständig zu verdampfen. So lange, wie dieser Vorgang nicht abgeschlossen ist, bleibt die Temperatur konstant und steigt nicht an.

  4. Ich habe den Original-Artikel nicht gelesen, aber hier lese ich mehrfach das Wort “Notkühlwasser”. Und sollte ein Notfallsystem eben nicht so ausgelegt sein, dass es nicht auf die Befindlichkeiten der Technik Rücksicht nehmen muss? Also ich meine da schon ein Problem zu erkennen – ein Reaktor ist nämlich keine Auflaufform.

    • Was hat man früher mit Thermoskannen gemacht? Genau, man hat sie vor dem Einfüllen von heißen Wasser/Tee mit lauwarmen Wasser gespült, damit der Temperaturunterschied nicht zu groß ist und Materialschäden verursacht, die dann erst das wirkliche Problem hervorbringen. Was ist denn daran nur so schwer zu verstehen?! Und wenn ich etwas kühlen will, was über 300 Grad hat, dann taugt dazu ganz lässig auch eine Flüssigkeit, die bereits 50 Grad hat. Auch wenn der Vergleich mit der Auflaufform sicher nicht der beste war und selbst wenn es sich “Notkühlung” nennt. Nur weil das “Not” dran steht, heißt das nicht, dass es gleich zum Problem wird… Anlagen- und Verfahrenstechnik ist kein einfaches Fach, aber das ist nun wirklich Physik 7. Klasse…

      • Da muss ich wiedersprechen. Leider darf das Notkühlwasser eben nicht im Bedarfsfalle (also Notkühlung) auf über ca. 85°C erhitzt werden da sonst die Gefahr von Dampfblasen entsteht. So wird also durch das Vorwärmen die verfügbare Wärmekapazität mal so locker auf fast die Hälfte reduziert. Dies, obwohl sicher so ausgelegt, reduziert die Sicherheitsresilienz der Notkühlung und erhöht somit an anderer Stelle die Anforderungen.

        • Im Text kann ich leider nirgends die 85 Grad wiederfinden, die Sie hier anführen. Dafür ist Ihr Kommentar und dessen Aussage weder nachvollziehbar noch in irgendeiner Weise hilfreich. Im Text ging es um 50/60 Grad, nicht um 85…

  5. Danke für den guten Beitrag. Der Vergleich mit der Auflaufform ist etwas irreführend. Schliesslich geht die wirklich entzwei beizu grossem Temperaturschock weil das Glas durch und durch spröde ist. Wen man den Druckbelter voninnen zu schnell abkühlt könnte sich m E an der innenwand Risse bilden durch hohe Zugspannung, sich dann aber nicht nach aussen ausbreiten, da das material dort wärmer und duktil ist. Zerspringen könnte der Druckbehälter wohl nur, wenn man flüssigen Stickstoff einfüllt.

  6. Ich kaufe mir noch ein “man” für die 4. Zeile. Und damit das nicht alles war möchte ich bitte noch wissen woher die Zahl 25 Milliarden pro Jahr kommt ( die Atomkraftwerke muss man wissen haben die Energiemonopolisten ja alle auf eigene Kosten gebaut und betrieben )

  7. “Anlagenschonende Ansätze wiederum sind kein Ausweis für die Instabilität eines Systems” – Also alles in Ordnung mit dem System, lasst es uns lieber schonen? Wirklich jetzt? Ist in Fesselsheim und Tihange alles in bester Ordnung mit den Anlagen und nur weil eben schonend Arbeitet wird das Kühlwasser vorgeheizt. Ein Vorgang der nochmal mehrere Einzelschritte und Gefahren durch Meßungenauigkeiten mit in den Ablauf bringt. Es gibt da überhaupt kein Risiko? Das Wasser kann nicht durch fehlerhafte Meßfühler zu warm werden? Na dann ist ja alles gut, ich bin beruhigt. Das die Anlagen hätten erneuert werden sollen, ja da stimme ich zu. Fragen wir doch mal bei den Betreibern nach warum hierzu nie Schritte unternommen wurden. Und marode Kraftwerke vs. ein holpriger Übergang mit Solar und Wind, ja da können sich die meisten wahrschinlich sehr schwer entscheiden. Kleine Zusatzfrage, nennen sie mir einen Öko-experten der momentan irgendwo gut mitverdient.

    • Was es an der Aussage “Wir haben eine Anlage die für gewisse Parameter ausgelegt ist, lass uns schauen dass sie innerhalb dieser Parameter betrieben wird.” nicht zu Verstehen ist, ist mir schleierhaft. MIt seinem Auto fährt man auch nicht wenn immer möglich an der Auslegungsgrenze, und wenn muss man sich nicht wundern wenn es tatsächlich “marode” wird.
      Aber von jemandem der Wassererwärmen für einen hoch komplexen Vorgang hält, müsste man auch eher erwarten dass er zuhause seine Kaffeemaschine anbetet und den Radiator liebkost. Um sie ein wenig zu beruhigen: Eine Heizleistung wird auf einen Wärmetauscher gebracht welche das durchströmende Fluid entsprechend dem Wärmeübergang (v. Oberfläche), Massenstrom, wärmekapazität des Fluids und delta.Temperatur erwärmt. Geregelt wird über eine einfache Messung am Wärmetauschereingang. Thermoelemente lassen sich sogar mechanisch ausführen (super duper sicher) und für selbst diesen Störfall lässt sich einfach die Heizleistung gegen oben begrenzen. Natürlich lässt sich aber auch hier ein Störfall konstruieren der nicht abgedeckt ist und zur Vernichtung des Sonnensystems führt…

  8. Tach, Frau Wendland!

    Warum Sie leckere Aufläufe abkühlen habe ich nicht verstanden. Die kommen aus dem Herd (in Jenaer Glaformen) auf den Tisch und man beginnt vorsichtig zu löffeln. 🙂

    Mit Ihren interessanten technologischen Ausführungen werfen Sie Perlen vor die Säue, Entschuldigung. Bei Klima, Energie u.v.a. geht es nicht um Physik, Differentialgleichungen, was weiß ich, sondern ausschließlich um pure Machtpolitik.

    Und deshalb nur der Tip: Gucken Sie mal gelegentlich in’s AfD-Programm und vergleichen Sie. mfG!

    • 1) Ich kommentiere zur Sache nur Zuschriften, die sich nicht hinter Pseudonymen verstecken.
      2) aber zur Güte: Ich habe Mann & drei Söhne. Wenn ich denen ihre Auflaufportionen auf die Teller gelegt habe, ist die Form leer, aber noch heiß, Sie Schlaumeier von der AfD.

      • Wird durch erstens der Inhalt eines posts verändert? Und wie wollen Sie einen Klär Namen von einem Pseudonym unterscheiden?

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