Kernmantel

Was ist ein Kernmantel?

Der Kernmantel, umhüllt von zahlreichen Sicherheitsbarrieren, befindet sich im Innern des Reaktordruckbehälters. Er ist ein oben und unten offener Zylinder aus sieben zusammengeschweissten Stahlringen. Vier dieser Ringe bestehen aus jeweils zwei senkrecht verschweissten Halbschalen.

Der Kernmantel hat die Aufgabe, das Wasser im Reaktor so zu leiten, dass es von unten durch die Brennelemente nach oben fliesst. Er stabilisiert zudem die Kerneinbauten und nimmt in bestimmten Störfällen eine gewisse Rückhaltefunktion des Kühlwassers wahr. 

Anrisse im Kernmantel mit Längs- und Querverlauf

Der Kernmantel des KKM weist Anrisse im Bereich einzelner horizontaler Schweissnähte auf. Diese verlaufen entweder längs oder quer zur Schweissnaht. Anrisse mit Längsverlauf wurden 1990 festgestellt, Anrisse mit Querverlauf im Jahr 2014. Trotz dieser Anrisse ist die Belastbarkeit des Kernmantels bei schwersten Störfällen gegeben. 

Massnahmen gegen das Wachstum von Anrissen

Seit 1990 werden die Schweissnähte regelmässig visuell und mit Ultraschall untersucht. Zudem wurden 1996 vier Zuganker eingebaut. Die Zuganker reduzieren die Belastung auf die Schweissnähte und stabilisieren den Kernmantel zusätzlich, in dem sie ihn an der Druckbehälterwand abstützen.

Verursacht werden die Anrisse durch Spannungsrisskorrosion - ein Zusammenspiel von Eigenspannungen, Werkstoff und Wasserchemie. Weltweit gibt es knapp 50 weitere Kernkraftwerke, deren Kernmäntel Anrisse aufgrund von Spannungsrisskorrosion aufweisen.

Seit 2000 wird durch Beimischung von Edelmetallen und Wasserstoff die Chemie des Reaktorwassers geändert, um die Korrosion zu reduzieren. 

Die Sicherheit des KKM ist gegeben

Die Sicherheit des Kernmantels wird bis zur endgültigen Einstellung des Leistungsbetriebs Ende 2019 während jeder Jahresrevision bewertet. Die Resultate werden dem Eidgenössischen Nuklearsicherheitsinspektorat (ENSI) jeweils vor dem Wiederanfahren nach der Jahresrevision vorgelegt. Die Resultate 2018 bestätigen, dass die Stabilität des Kernmantels auch über die Einstellung des Leistungsbetriebs hinaus gegeben ist.

KKM muss zwei Forderungen zum Kernmantel erfüllen

In der Verfügung vom 3. Dezember 2015 im Hinblick auf den Betrieb des KKM bis Ende 2019 hat das Eidgenössische Nuklearsicherheitsinspektorat (ENSI) zwei Forderungen gestellt:

  • Forderung 1: Am Kernmantel des KKM sind in jeder Jahresrevision zerstörungsfreie Prüfungen mit qualifizierten Prüfsystemen durchzuführen. 
  • Forderung 2: Die Befunde der Kernmantelprüfungen sind aufgrund des Standes von Wissenschaft und Technik sowie der internationalen Betriebserfahrung in jeder Jahresrevision zu bewerten. Die Freigabe zum Wiederanfahren der Anlage nach der Jahresrevision wird vom ENSI erteilt, wenn folgende Kriterien erfüllt sind: 
    - Kl,max < 75 MPa m0.5 unabhängig von der Orientierung und Risstiefe 
    - lquer < 320 mm für wanddurchdringende Querrisse 

Wie sind diese Kriterien der Forderung 2 zu verstehen?

Megapascal-Wurzelmeter (MPa m0.5) ist eine rechnerische Grösse in der Bruchmechanik und bezeichnet den Spannungsintensitätsfaktor. Er charakterisiert die Belastung an der Rissspitze und hängt von der äusseren Belastung, den elastischen Eigenschaften des Materials und der Geometrie eines Risses ab. Der Spannungsintensitätsfaktor ("Belastung") wird üblicherweise mit der Bruchzähigkeit ("Belastbarkeit") des Materials verglichen. Gemäss der Forderung 2 darf die berechnete Spannungsintensität an den Anrissen den Wert 75 MPa m0.5 nicht überschreiten. Im Falle des KKM-Kernmantels liegt die Bruchzähigkeit (Belastbarkeit) (je nach Position der Naht) bei mindestens 123 MPa m0.5. Der Kernmantel verfügt gegenüber dem Kriterium der maximalen Belastung von 75 MPa m0.5 somit über erhebliche Sicherheitsmargen.

Für wanddurchdringende Querrisse gilt zusätzlich das zweite Kriterium: Sie müssen kleiner als 320 mm sein. Würden grössere Längen festgestellt werden, müsste man von einem Schädigungsmechanismus mit grossen Risswachstumsgeschwindigkeiten ausgehen, der sich von der Spannungsrisskorrosion unterscheidet. 

Kernmantel erfüllt alle Vorgaben des ENSI

Das KKM hat in der Jahresrevision 2018 die geforderten Untersuchungen am Kernmantel durchgeführt und die Befunde bewertet. Die Resultate zeigen: Die vom ENSI gestellten Kriterien zum Wiederanfahren werden mit grossen Sicherheitsmargen erfüllt. Die Stabilität des Kernmantels ist gewährleistet.

Wo befinden sich die Anrisse?

Die Anrisse befinden sich alle im Bereich horizontaler Schweissnähte. Die vertikalen Schweissnähte weisen keine Anrisse auf.

Anrisse mit Längsverlauf

Die Anrisse mit Längsverlauf befinden sich an vier horizontalen Schweissnähten (H3, H4, H5 und H7a). Ihre Länge ist für den Nachweis der Stabilität unerheblich, da bei der bruchmechanischen Bewertung davon ausgegangen wird, dass die Anrisse rund um den Kernmantel verlaufen (siehe Abbildung unten).

Anrisse mit Querverlauf

Diese Anrisse befinden sich an der horizontalen Schweissnaht H4.

Resultate der Messungen in der Jahresrevision 2018

Das KKM hat in der Jahresrevision 2018 die geforderten Untersuchungen am Kernmantel durchgeführt und die Befunde bewertet. Es wurden keine neuen Anrisse gefunden. Die vom ENSI gestellten Kriterien zum Wiederanfahren werden mit grossen Sicherheitsmargen erfüllt. Die Stabilität des Kernmantels ist somit weiterhin gewährleistet, auch über die endgültige Einstellung des Leistungsbetriebs hinaus.

Anrisse mit Längsverlauf

Die visuellen Prüfungen 2018 zeigen, dass sich die Länge der Anrisse  im Rahmen der Messgenauigkeit nicht verändert hat. Die Länge aller Anrisse beträgt zusammengerechnet weiterhin rund 26 Prozent des 9.5 m langen Kernmantelumfangs. 

Die Tiefenausdehnung aller Anrisse mit Längsverlauf hat sich im Rahmen der Messgenauigkeit seit 2011 nicht verändert.

Anrisse mit Querverlauf

Die visuellen Prüfungen 2018 zeigen, dass sich die Längen und Tiefenausdehnung der 10 Anrisse mit Querverlauf im Rahmen der Messgenauigkeit nicht verändert haben. Der Längste der 10 Anrisse weist weiterhin eine Länge von 99 mm auf und ist wie gehabt über eine Länge von 36 mm wanddurchdringend.

Die Tabellen zeigen die Messwerte der 2017 durchgeführten Ultraschalluntersuchungen. Die Messresultate der visuellen Prüfungen 2018 sind aufgrund der unterschiedlichen Messmethode nicht mit den Resultaten der Ultraschalluntersuchungen vergleichbar.

 

Tabelle Anrisse mit Längsverlauf (2017)

Schweissnaht

Position [°]

Risslänge [mm]

Max. Risstiefe [mm]

H3

308, unten

      678

19.9

H4

49, oben

      149

10.5

H4

54, oben

         31

6.2

H4

55, oben

         56

6.5

H4

93, oben

      403

9.1

H4

114, oben

      281

11.5

H4

136, unten

         62

8.4

H4

173, oben

      310

10.3

H4

190, oben

         19

9.3

H4

199, oben

      436

13.5

H4

279, oben

         25

7.6

H4

283, oben

      181

11.4

H4

290, unten

      174

10.0

H4

354, oben

      347

12.3

H5

239, oben

         95

9.2

H5

329, oben

         93

8.5

H7a

252.5, unten

         43

2.1

H7a

257.2, unten

         43

4.8

H7a

313.2, unten

         12

9.6


Tabelle Anrisse mit Querverlauf (2017)

Schweissnaht

Position [°]

Risslänge [mm]

Max. Risstiefe [mm]

H4

6, oben

           6

9.7

H4

106, unten

         99

31.5

H4

156, oben

         18

18.8

H4

158, oben

         21

14.0

H4

180, oben

         48

31.1

H4

191, oben

         75

14.4

H4

191, unten

           6

11.1

H4

193, oben

         45

14.0

H4

194, unten

         30

17.2

H4

200, oben

         21

12.1

Überwachung und Messung von Radioaktivität

Drei verschiedene Messnetzwerke messen die Strahlung in der Schweiz rund um die Uhr – auch in der Umgebung der Kernkraftwerke. Diese geben sehr geringe Strahlung an die Umwelt ab. Sie ist viel weniger als die natürliche Strahlung, die von Natur aus überall vorhanden ist. 

Unterschiedlich starke Strahlung in der Schweiz

Eine Person in der Schweiz ist durchschnittlich einer jährlichen Strahlendosis von 5.5 mSv ausgesetzt. Die täglichen Durchschnittswerte variieren in der Schweiz je nach Standort. Die höchsten natürlichen Radioaktivitätswerte in der Schweiz werden am Piz Giuv nördlich von Sedrun gemessen.

Ständige Überwachung der Radioaktivität

Das Bundesamt für Gesundheit (BAG), die Nationale Alarmzentrale (NAZ) sowie das Eidgenössische Nuklearsicherheitsinspektorat (ENSI) überwachen die Radioaktivität in der Schweiz. Überwacht werden die Atmosphäre, Niederschläge, das Wasser, Erde, Gras, Milch, weitere Lebensmittel (z. B. auch Wild, Pilze oder Getreide). Ferner werden Ortsdosen in der Umgebung von Kernanlagen und anderen potentiellen Emissionsquellen untersucht.

Die aktuellen Werte und der Strahlenschutzbericht 2016 des ENSI sind im Internet publiziert.

Die Warnnetze in der Schweiz

Damit die zuständigen Einsatzorgane im Falle einer Gefährdung durch Radioaktivität rasch reagieren können, bestehen automatische Warnsysteme:

NADAM

Eines davon ist NADAM (58 Stationen). Es wird von der Nationalen Alarmzentrale (NAZ) betrieben. Im 10-Minuten-Intervall werden Ortsdosisleistungen aus der ganzen Schweiz gemessen und zusammen mit der lokalen Niederschlagsmenge an die NAZ übermittelt. Bei Überschreiten der Schwelle von 1 Mikrosievert pro Stunde wird Alarm ausgelöst.

MADUK

Die Ortsdosen in der Nahumgebung der Schweizer Kernkraftwerke, je 12 bis 17 Stationen pro Kraftwerk, wird mit MADUK überwacht. Das ENSI betreibt dieses Netz. An insgesamt 57 Stellen im Umkreis von jeweils rund 5 Kilometer um die Kernkraftwerke wird die Ortsdosisleistung gemessen. Das MADUK-Netz dient der kleinräumigen Überwachung der künstlichen Strahlung rund um die Kernkraftwerke. Auch dieses Netz verfügt über eine automatische Alarmeinrichtung.

RADAIR

Mit RADAIR (11 Stationen) wird die Radioaktivität der Atmosphäre überwacht. Es wird vom BAG betrieben. Mit den Luftnetzen können geringste Spuren von radioaktiven Stoffen in der Luft nachgewiesen werden. Das RADAIR-Netz dient der grossräumigen Überwachung der Radioaktivität in der Luft. An 11 Standorten, mehrheitlich entlang der Landesgrenzen, sind kontinuierlich arbeitende Aerosolmessgeräte im Einsatz.

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