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Kettenreaktionen in Fukushima nach dem Tsunami wieder aufgeflammt, heißt es in einer neuen Studie
Kernreaktoren produzieren radioaktive Nebenprodukte, die unterschiedlich schnell zerfallen. Ein häufiges Nebenprodukt ist Jod-131 mit einer Halbwertszeit von etwa 8 Tagen, während ein anderes Cäsium-137 mit einer Halbwertszeit von etwa 30 Jahren ist.
Wenn ein Reaktor abschaltet, zerfällt das Jod schneller, sodass sich das Verhältnis zwischen diesen beiden Isotopen über einen Zeitraum von Tagen schnell ändert. Aus diesem Grund ist die Messung dieses Verhältnisses ein guter Weg, um herauszufinden, wann die Kernreaktionen beendet sind.
Es gibt jedoch einige erschwerende Faktoren. Die wichtigste davon ist, dass das Verhältnis von Jod-131 und Cäsium-137 zunächst von der Betriebsdauer des Reaktors abhängt und daher nicht konstant ist.
Denn nach dem Einschalten eines Reaktors erreicht der Jod-131-Gehalt ein Gleichgewicht auf einer Zeitskala ähnlich seiner Halbwertszeit von etwa 8 Tagen.
Aber Cäsium-137 mit einer Halbwertszeit von 30 Jahren braucht viel länger, um ein Gleichgewicht zu erreichen. In allen Absichten und Zwecken nimmt der Cäsium-137-Gehalt in einem Reaktor während der Zeitskalen, über die Reaktoren normalerweise betrieben werden, stetig zu.
Der Reaktor von Fukushima wurde am 11. März um 14:46 Uhr Ortszeit von einem Erdbeben der Stärke 9 heimgesucht. Die drei dort in Betrieb befindlichen Reaktoren wurden sofort abgeschaltet.
Etwa eine Stunde später wurde die Anlage jedoch von einem Tsunami mit bis zu 5 Meter hohen Wellen heimgesucht. Dadurch wurde die elektrische Kühlfähigkeit der Reaktoren zerstört und die Reaktoren begannen sich zu erhitzen. Die Reaktion zwischen Wasserdampf und der Zirkoniumhülle der Kernbrennstoffe erzeugte Wasserstoff, der in den Reaktoren 1, 3 und 4 explodierte.
Die Frage vieler Menschen ist, ob der heiße Kernbrennstoff dann schmolz, sodass sich eine kritische Masse an geschmolzenem Brennstoff bildete und Kettenreaktionen wieder in Gang kamen.
Heute sagt Tetsuo Matsui von der Universität Tokio, dass die begrenzten Daten aus Fukushima darauf hindeuten, dass nukleare Kettenreaktionen in Fuksuhima bis zu 12 Tage nach dem Unfall erneut entzündet haben müssen.
Matsui sagt, dass die Beweise aus Messungen des Verhältnisses von Cäsium-137 und Jod-131 an mehreren Punkten in der Umgebung der Anlage und im Meerwasser in der Nähe stammen. Er hat das Startverhältnis berechnet, indem er davon ausgegangen ist, dass die Reaktoren zwischen 7 und 12 Monaten in Betrieb waren.
Er sagt, dass die Verhältnisse aus den Abflüssen der Reaktoren 1 und 3 in Fukushima damit übereinstimmen, dass die Kernreaktionen zum Zeitpunkt des Erdbebens beendet waren.
Die Daten aus dem Abfluss bei Reaktor 2 und aus dem Kühlbecken bei Reaktor 4, wo die abgebrannten Brennstäbe gelagert werden, deuten jedoch darauf hin, dass die Reaktionen viel später gebrannt haben müssen.
Die Daten der Wasserproben aus dem Kühlbecken von Block 4 und aus dem Unterabfluss in der Nähe des Reaktors von Block 2 zeigen eine Anomalie, die, wenn sie korrekt sind, darauf hinweisen könnte, dass einige dieser Spaltprodukte durch Kettenkernreaktionen erzeugt wurden, die nach dem Wiederzünden das Erdbeben, sagt er.
Diese Kettenreaktionen müssen eine beträchtliche Zeit nach dem Unfall aufgetreten sein. Es wäre schwierig, die beobachtete Anomalie in der Nähe des Reaktors der Einheit 2 zu verstehen, ohne anzunehmen, dass mindestens 10 - 15 Tage nach dem X-Tag eine signifikante Menge an Spaltprodukten produziert wurde, sagt Matsui.
Bis Ende März muss es also in Reaktor 2 extrem gefährlich gewesen sein.
Matsui weist darauf hin, dass die Daten einige potenzielle Fragezeichen aufweisen. Eine Möglichkeit besteht darin, dass die chemischen Eigenschaften von Cäsium und Jod dazu führen könnten, dass sie mit unterschiedlichen Geschwindigkeiten aus den Reaktoren gespült werden und ihr Verhältnis ändern.
Aber es ist schwer zu erkennen, welche chemischen Prozesse dafür verantwortlich sein könnten und noch schwerer zu verstehen, warum sie an manchen Orten ablaufen, an anderen in Fukushima jedoch nicht.
Natürlich wird es nicht möglich sein, genau zu bestimmen, was in Reaktor 2 und in den Lagerstätten für abgebrannte Brennelemente von Reaktor 4 passiert ist, bis die Standorte im Detail physikalisch untersucht werden können.
In der Zwischenzeit gibt uns Matsuis Analyse jedoch einen der besten Einblicke in die Natur der Katastrophe, die sich nach dem Tsunami-Einschlag ereignete.
Ref: arxiv.org/abs/1105.0242 : Entschlüsselung der gemessenen Verhältnisse von Jod-131 zu Cäsium-137 in den Reaktoren von Fukushima