Die Sicherheit der Kernenergie ist ein zentraler Aspekt der technischen Umsetzung wie der kontroversen Debatte um die Nutzung der Kernenergie.
Die vielfältigen Gefahren und Risiken im Umgang mit radioaktiven Stoffen wie der bei Nuklearwaffen freigesetzten Zerstörungskraft waren lange vor Beginn der kommerziell genutzten Energieerzeugung (Kernkraftwerk Yankee Rowe, Kernkraftwerk Dresden um 1960) World Nuclear Association (Stand 2010) bekannt. So wurde die friedliche Kernenergienutzung unter dem Dach internationaler Organisationen wie der IAEO und der Europäischen Atomgemeinschaft gestellt und propagiert. Die anfangs erhoffte breite Anwendung der Technologie in unterschiedlichsten Lebensbereichen ist dabei nicht zustande gekommen.
Die Beherrschung der Kernenergie setzt komplexe Sicherheitsphilosophien voraus. Nach diesen trifft man auf Basis von Unfallszenarien technische und organisatorische Vorkehrungen, die den Eintritt von theoretisch denkbaren Katastrophen ausschließen oder wenigstens äußerst unwahrscheinlich machen sollen. Die Absicherung gegen Missbrauch und Terrorismus macht soziale Kontrollmaßnahmen nötig; ein Störfall kann massive Einschnitte im Leben Tausender oder gar Hunderttausender Menschen hervorrufen. Bereits verhältnismäßig kleine Mengen strahlenden Materials können gravierende Schäden auslösen.
Grundsätzliche Herausforderungen Die sicherheitstechnische Auslegung von kerntechnischen Anlagen wie die Sicherheitsmaßnahmen im Umfeld beziehen sich auf vier zentrale Risikoabschnitte.
Sicherer Umgang mit radioaktiven Stoffen Das wesentliche hohe Gefährdungspotential radioaktiver Stoffe (= Radionuklide) beruht neben möglichen Kettenreaktionen auf der möglichen Gefährdung durch ionisierende Strahlung wie der teilweise extrem hohen Giftwirkung (Toxizität). Der Mensch kann zudem viele andere Gifte mit einem oder mehreren seiner Sinnesorgane wahrnehmen (zum Beispiel riechen oder schmecken), Strahlung hingegen nicht. Die Inkorporation von Radionukliden erfolgt deshalb zunächst unbemerkt und wirkt sich zum Teil erst nach längerer Latenzzeit und Exposition mit teilweise drastischen Folgen aus. Deswegen ist die Verhinderung der Proliferation und des Missbrauchs von Kernbrennstoffen und radioaktiven Materialien über den gesamten Brennstoffkreislauf von zentraler Bedeutung.
Im normalen laufenden Betrieb entweichen sehr geringe Mengen radioaktiven Materials vom Kernkraftwerk in die Umwelt. Dieses Material umfasst radioaktive Edelgase (z. B. Krypton-85) sowie das instabile Wasserstoffisotop Tritium, deren Entweichen gemessen wird und Auflagen unterliegt.Bundesamt für Strahlenschutz: (pdf) Der Leukämiecluster in der Elbmarsch wurde teilweise auf die benachbarten Nuklearbetriebe zurückgeführt, ein Zusammenhang wurde so engagiert diskutiert und gesucht wie bislang nicht nachgewiesen. Ein örtliches Problem des statistischen (epidemiologischen) Nachweises solcher Effekte sind die geringen Fallzahlen – zwischen 1990 und 2005 kam es zu insgesamt knapp einem Dutzend mehr tödlichen Erkrankungen als statistisch zu erwarten – und die wie angeführt geringen Strahlendosen. Darüber hinaus treten solche Cluster nicht an kerntechnischen Anlagen generell auf. Ein möglicher Zusammenhang wäre ebenso mit Chemiealtlasten, dem Umfeld von Großbaustellen und Intensivlandwirtschaft zu vermuten.
Beherrschung der Kernspaltung Des Weiteren muss die sichere Beherrschung des Spaltprozesses gewährleistet werden.Einführung in die elektrische Energietechnik, Friedhelm Noack, Hanser Verlag, 2003 – 344 Seiten Dabei muss sowohl das eventuelle Bersten des Reaktordruckbehälters (RDB) im laufenden Betrieb wie ein Ausfall der Kühlung und Moderation und eine Kernschmelze, d. h. ein Schmelzen der Brennelemente und Durchschmelzen dieser glühenden Masse (Corium) durch den Boden des Containments hindurch verhindert werden.
Laufender Betrieb und Prozessführung Kernkraftwerke und andere kerntechnische Anlagen unterliegen einer zu anderen Technologiebereichen vergleichsweise strengen Kontrolle durch Atomaufsichtsbehörden. An die Materialien, an ihren Einbau, an die Prozessführung und an die dort beschäftigten Mitarbeiter müssen hohe Anforderungen gestellt werden. Materialmängel, Materialalterung (Stahl versprödet durch radioaktive Strahlung) oder speziell menschliches Versagen waren dennoch Ursachen für Störfälle, schwere Unfälle und Katastrophen. Im Gegensatz zu vielen anderen Technologien geht die Technikgeschichte der Kernkraft gerade aufgrund der gravierenden Risiken weniger auf Learning by Doing aus kleinsten Anfängen zurück, sondern bezog deutlich vor der kommerziellen Nutzung umfangreiche Sicherheitskonzepte im Umgang mit Großprojekten mit ein. In den USA wurde dies unter anderem durch David E. Lilienthal verkörpert, der zunächst bei der Tennessee Valley Authority und anschließend der Atomic Energy Commission leitend tätig war. Der Erfahrungsaustausch zu nuklearen Sicherheitsfragen auf internationaler Ebene wurde bei der friedlichen Nutzung der Kernenergie früh auch blockübergreifend und weltweit koordiniert.
Basierend auf Erfahrungen und Untersuchungen an Versuchsreaktoren, in Deutschland im AVR (Jülich), wird versucht, mögliche Großrisiken im Prozessablauf planerisch vorherzusehen, sie auszuschließen und Störfälle beherrschbar und begrenzt ablaufen zu lassen. Dies ist auch zunehmend das Ziel bei fortgeschrittenen Reaktoren. Eine umfangreiche Freisetzung von Energie ist im Gegensatz zu den militärischen Anwendungen nicht das Hauptrisiko. Selbst bei der Katastrophe von Tschernobyl wurden kaum mehr als das Äquivalent von hundert Tonnen Steinkohleeinheiten freigesetzt.
Entsorgung Die abschließende Herausforderung ist die langfristige sichere Verwahrung der im Betrieb anfallenden radioaktiven Abfälle. Dabei kommt neben der Wiederaufarbeitung, dem Partitioning und der Transmutation die direkte Endlagerung hochradioaktiver, stark Wärme entwickelnder Reststoffe in tiefengeologischen Gesteinsverbänden in Frage.Bildung von sekundären Phasen bei tiefengeologischer Endlagerung von Forschungsreaktor-Brennelementen – Struktur- und Phasenanalyse Neumann, A.2012, Forschungszentrum Jülich GmbH Zentralbibliothek, Verlag, ISBN 978-3-89336-822-8, Schriften des Forschungszentrums Jülich Reihe Energie & Umwelt 329 (2012)
Historische Entwicklung Militärische Anfänge mini|Zeichnung des ersten Reaktors Chicago Pile, bei dem der Reaktorkern offen in einer Sporthalle aufgehäuft worden war. Sicherheitsmaßnahmen bestanden unter anderem in einer über einen Axthieb auszulösende Reaktorschnellabschaltung
Die Entwicklung der nuklearen Großtechnologie geht zunächst auf militärische Entwicklungen im Zweiten Weltkrieg zurück. Sie basierte zunächst auf den nach dem Kriegsende in den USA 1946 beginnenden Bestrebungen, die Nutzbarmachung nuklearer Energie in zivile Hände zu übertragen. Die Amerikaner mussten früh erkennen, dass ihr Monopol auf die Nukleartechnologie keineswegs Bestand haben würde und begannen sich im internationalen Rahmen für eine globale Kontrolle und Überwachung der militärischen Proliferation der Technik wie der friedlichen Nutzung einzusetzen.
Auch in der Sowjetunion war die wirtschaftliche Nutzung der Kernenergie eher ein Nebenprodukt der Kriegsforschung und grundlegendes kernphysikalisches und -technisches Wissen wurde im Rahmen der militärischen Atomforschung erworben. Auch später kamen wesentliche technische Erkenntnisse und Technologien, wie etwa die Brütertechnologie, zunächst aus dem militärischen Bereich und wurden erst später für die zivile Nutzung adaptiert.
Es ist insgesamt zweifelhaft, ob die riesigen Investitionen für die kerntechnische Grundlagenforschung aufgebracht worden wären, wenn in den frühen vierziger Jahren nicht militärische Überlebensfragen, sondern ungewisse Aussichten auf eine wirtschaftliche Nutzung der Kernspaltung auf dem Spiel gestanden hätten.
Die erste sowjetische Reaktorbaulinie RBMK, die bei der Nuklearkatastrophe von Tschernobyl weltweit bekannt wurde, bot aus kernphysikalischen Gründen bessere Möglichkeiten für den Bau von Kernwaffen als die im Westen kommerziell erfolgreichen leichtwassermoderierten Reaktoren.Kahlert, Joachim (1988): Die Energiepolitik der DDR. Mängelverwaltung zwischen Kernkraft und Braunkohle. Band 92. Bonn: Verlag Neue Gesellschaft mini|Warnung vor gefährlichen radioaktiven Stoffen
Der Artikel fokussiert auf die Risiken der zivilen Nutzung der Kernenergie als Energieträger. Dabei sollte nicht außer Acht gelassen werden, dass die Hinterlassenschaften der militärischen Nutzung allein in den USA und der Sowjetunion zu den bedeutendsten und teuersten Umweltrisiken gehören. Die bereits freigesetzten Mengen Radioaktivität im militärischen Bereich übersteigen die der zivilen Energiegewinnung um Größenordnungen. Für die USA wurde die Sanierung der nuklearen Altlasten für den Preisstand 1998 mit etwa 384 Milliarden DMLangfristig sichere Deponien: Situation, Grundlagen, Realisierung Albert Gunter Herrmann, Helmut Rothemeyer Springer DE, 1998 – 474 Seiten veranschlagt, das damals wohl bedeutendste Umweltprogramm der Welt. Für Russland wurden damals Kosten von etwa 1.200 (!) Milliarden DM veranschlagt, die Sanierung der Hinterlassenschaften der Wismut lag Stand 1998 demgegenüber bei etwa 13 Milliarden DM.
Atoms for Peace-Initiative von Dwight D. Eisenhower Im Gefolge der Initiative Atoms for Peace des amerikanischen Präsidenten Dwight D. Eisenhower 1953 bei der UN-Vollversammlung wurden Vorstellungen von der friedlichen Nutzung der Kernenergie unter dem Dach einer internationalen Atomenergie-Organisation präsentiert. Dabei sollte eine sichere und friedliche Nutzung des radioaktiven Materials und der dazugehörigen Technologie gewährleistet werden. Dazu wurde am 29. Juli 1957 die Internationale Atomenergie-Organisation (IAEA) in Wien gegründet. Zur damaligen Zeit, die eine regelrechte Atomeuphorie zur Folge hatte, sollte die Kernenergie der Energieerzeugung, in Form von elektrischem Strom und Wärme sowie vielfältigen Anwendungsbereichen wie Medizin, Bekämpfung von Infektionskrankheiten, Megaengineering (vgl. Operation Plowshare), Landwirtschaft und Ernährung dienen. Die nach dem klassischen Hype-Zyklus übersteigerten Erwartungen wurden dabei nur in deutlich bescheidenerem Maßstab realisiert.
Sicherheit durch internationale Kooperation Um den Risiken der Kernkraftwerke und kerntechnischen Anlagen durch entsprechende Vorschriften und Kontrollen zu begegnen, arbeitet ein Netz nationaler und internationaler Organisationen zusammen: bei der UNO die Internationale Atomenergie-Organisation IAEO (engl. IAEA), die United Nations Scientific Committee on the Effect of Atomic Radiation UNSCEAR und die World Health Organization WHO; die Nuclear Energy Agency NEA der OECD, die International Commission on Radiological Protection, ICRP; auf nationaler Ebene in Deutschland das Bundesministerium für Umwelt, Naturschutz und Reaktorsicherheit mit dem Bundesamt für Strahlenschutz und dem Umweltbundesamt und die Umweltministerien der Bundesländer mit der jeweiligen Atomaufsichtsbehörde. Eine ausgeprägt international arbeitende nationale Behörde ist die schwedische Strahlenschutzbehörde Strålsäkerhetsmyndigheten (vor 2008 SKI).
Regionale Besonderheiten Entwicklung und Sicherheitsdiskussion in (West)Deutschland Atomeuphorie der 1950er Jahre