Kernkraftwerk THTR-300

Kernkraftwerk THTR-300
Trockenkühlturm des THTR-300 (1991 abgerissen) Trockenkühlturm des THTR-300 (1991 abgerissen)
Lage
Kernkraftwerk THTR-300 (Nordrhein-Westfalen)
Koordinaten	51° 40′ 45″N,7° 58′ 18″O51.6792972222227.9715583333333
Land	Deutschland
Daten
Eigentümer	Hochtemperatur-Kernkraftwerk GmbH
Betreiber	Hochtemperatur-Kernkraftwerk GmbH
Projektbeginn	1971
Kommerzieller Betrieb	1. Juni 1987
Stilllegung	29. September 1989
Stillgelegte Reaktoren (Brutto)	1 (308 MW)
Eingespeiste Energie im Jahr 1988	294,63 GWh
Eingespeiste Energie seit Inbetriebnahme	2.756 GWh
Website	Offizielle Seite
Stand	6. Okt. 2006
Die Datenquelle der jeweiligen Einträge findet sich in derDokumentation.

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DasKernkraftwerk THTR-300(Thorium-Hoch-Temperatur-Reaktor) war einheliumgekühlterHochtemperaturreaktordes TypsKugelhaufenreaktorimnordrhein-westfälischenHammmit einer elektrischenLeistungvon 300Megawatt.Der THTR wird zu den größten Fehlentwicklungen bei deutschen Projekten der vergangenen 55 Jahre gezählt.

Lage und Nutzung

Der Reaktor lag im StadtbezirkHamm-Uentropim StadtteilSchmehausender StadtHamminNordrhein-Westfalenauf dem Gelände desKraftwerks Westfalen. Nachdem am VersuchsreaktorAVR (Jülich)das Funktionsprinzip des Hochtemperaturreaktors inKugelhaufen-Bauweise erprobt worden war, wurde der THTR-300 als Prototyp für die kommerzielle Nutzung von Hochtemperaturreaktoren (HTR) gebaut. Er wurde 1983 testweise in Betrieb genommen, 1987 an den Betreiber übergeben und im September 1989 aus technischen, sicherheitstechnischen und wirtschaftlichen Überlegungen nach nur 423 Tagen Volllastbetrieb endgültig stillgelegt.Derzeit befindet er sich imsicheren Einschluss.

Kernphysikalische Grundlagen des THTR

Energiegewinnung

Die Energiegewinnung erfolgt wie in anderenKernreaktorendurchKernspaltung,die durchthermische Neutronenherbeigeführt und alsKettenreaktionkontrolliert aufrechterhalten wird. AlsModeratordient dabeiGraphitanstatt Wasser, ähnlich wie in den britischenAGRoder dem russischenRBMK.Graphit ist beim THTR Hauptbestandteil der Brennelemente (sieheunten). Die Steuerung der Kettenreaktion erfolgt wie bei anderen Reaktortypen durchSteuerstäbeaus neutronenabsorbierendem Material. Die Besonderheit des Thorium-Hochtemperaturreaktors ist allerdings, dass er als Brennstoff nicht nur²³⁵Uaus natürlichen Uranvorkommen nutzt, sondern auch²³³U. Dieses wird aus²³²Thim laufenden Reaktorbetrieb in den Brennelementen erbrütet und teilweise sofort mitverbraucht.

Man erhoffte sich eine insgesamt bessere Ausnutzung von Brenn- und Brutstoffen als in Leichtwasserreaktoren, dagraphitmoderierte Reaktorenaus neutronenphysikalischen Gründen im Prinzip höhereAbbrändegestatten als konventionelleLeichtwasserreaktoren(wenn auch geringere als schwerwassermoderierte Reaktoren wie z. B. der TypCANDU). Die verwendeten HTR-Brennelemente ließen aber aus materialtechnischen Gründen nur begrenzte Abbrände zu, der theoretische Vorteil kam also kaum zum Tragen. Für einen geschlossenen Brennstoffkreislauf und eine weitgehende Brennstoff- und Brutstoffausnutzung wäre zudem eineWiederaufarbeitungerforderlich gewesen.Ein demPUREX-Wiederaufarbeitungsprozess analoger THOREX-Prozess für thoriumhaltige Brennelemente ist entwickelt worden, wurde aber nie in technischem Maßstab verwirklicht; die Aufarbeitung des HTR-Brennstoffs, der aus in Graphit eingebettetencoated particlesbesteht, wäre sehr teuer.

Das THTR-Reaktorkonzept gestattete also die teilweise Ausnutzung des auf der Erde im Vergleich zu Uran wesentlich reichlicher vorhandenen Thoriums zur Energiegewinnung. Thoriumhaltige Brennstoffe können jedoch auch in allen anderen Reaktortypen eingesetzt werden.

Bei Verwendung von Thorium müssen die frischen Brennelemente aus reaktorphysikalischen Gründen zusätzlich Material enthalten, das waffenfähig und leicht abtrennbar ist. Beim THTR-300 war dies Uran, das auf 93 %angereichertwurde. Wegen dieses waffenfähigen Urans waren die THTR-Brennelemente rechtlich gesehen Eigentum der EU (Euratom) und wurden dem THTR-Betreiber nur zum Verbrauch unter Euratom-Kontrolle überlassen. Wegen der Gefahr der Waffenverbreitung (Proliferationsgefahr) beendete US-PräsidentJimmy Carterbereits 1977 die Lieferungen von hochangereichertem Uran für Hochtemperaturreaktoren. Bis dahin waren etwa 1300 kg hochangereichertes Uran für HTR nach Deutschland geliefert worden. Diese Entscheidung bewirkte für später entwickelte Kugelhaufenreaktorkonzepte die Abkehr von Thorium und sah die Verwendung von niedrig angereichertem Uranbrennstoff (LEU) vor. Der THTR selbst hätte nur unter beträchtlicher Leistungseinbuße auf LEU-Brennstoff umgestellt werden können, was seine mittelfristige ökonomische Perspektive beeinträchtigte und vermutlich zu seiner Stilllegung beitrug. Um das Reaktivitätsverhalten bei Wassereinbruchstörfällen nicht weiter zu verschlechtern, hätte nämlich die Schwermetallbeladung der Brennelemente von 11 g pro Brennelement bei U/Th-Brennstoff auf unter 8 g bei LEU-Brennstoff abgesenkt werden müssen.

Brutprozess

Die Umwandlung des Thoriums in²³³U lässt sich als folgende Formel schreiben:

$\mathrm {^{232}_{\ 90}Th\ +\ _{0}^{1}n\ \longrightarrow \ _{\ 90}^{233}Th\ {\xrightarrow[{22,2\ min}]{\beta ^{-}}}\ _{\ 91}^{233}Pa\ {\xrightarrow[{26,97\ d}]{\beta ^{-}}}\ _{\ 92}^{233}U}$

In Worten: ein²³²Th-Atomkernfängtein thermisches Neutron ein und wird dadurch zu²³³Th. Dieses zerfällt mit einerHalbwertszeitvon 22,2 Minuten durchBetazerfallin²³³Pa;dieser Kern geht mit knapp 27 Tagen Halbwertszeit durch einen weiteren Betazerfall in²³³U über. Das Neutron in der obigen Formel entstammt dem normalen Spaltungsprozess des im Brennstoff enthaltenen²³⁵U, oder zu einem geringeren Anteil der Spaltung des erbrüteten²³³U. Das entspricht dem Erbrüten und der Verbrennung desPlutoniumsbei Verwendung von²³⁸U als Brutmaterial im Standardbrennstoff vonLeichtwasserreaktoren.

Der THTR erbrütete zwar²³³U, war aber keinBrutreaktor,da er weniger Spaltstoff erbrütete als er verbrauchte. Die ursprüngliche Absicht, Kugelhaufenreaktoren und speziell den THTR-300 alsthermische Thoriumbrüterzu entwickeln,scheiterte an den zu hohen Neutronenverlusten in HTR, u. a. bedingt durch seine niedrige Leistungsdichte: Es konnte nur maximal etwa 4 % des THTR-Thoriuminventars zur Energieerzeugung genutzt werden, was zu einem Beitrag von knapp 30 % an der Leistung des Reaktors führte; der überwiegende Teil des Thoriums der Brennelemente war zur Endlagerung vorgesehen. Der THTR arbeitete mit einemBrutverhältnisvon kleiner als 0,5, was seine Charakterisierung alsNahebrüteroderHochkonverterkaum rechtfertigte.

Mittlerweile wird Thorium international wieder stärker als Brutstoff diskutiert. Allerdings sind Kugelhaufenreaktoren dabei kaum noch involviert, da eine effiziente Thoriumnutzung sowohl Brutreaktoren als auch eineWiederaufarbeitungerfordern würde; beides ist mit Kugelhaufenreaktoren praktisch nicht zu erreichen.

Brennelemente und Reaktorkern

Im THTR-300 waren die Brennelemente, in denen sich das Spalt- und Brutmaterial befindet, Kugeln mit sechs Zentimetern Durchmesser und einer Masse von rund 200 g. Diese haben eine äußere brennstofffreie Schale aus Graphit mit einer Dicke von 5 mm. Diese Schale ist nach Betriebserfahrung bruchgefährdet und generell in Normalatmosphäre brandgefährlich. Im Inneren ist der o. g. Brennstoff in Form von ca. 30.000 beschichteten Kügelchen (englischcoated particles,siehePac-Kügelchen) in eine Graphitmatrix eingebettet.

Als beschichtete Kügelchen wurden im THTR-300 noch zweifach beschichtete Partikel ohneSiliciumcarbideingesetzt (BISO). Diese galten zwar schon ab ca. 1980 im Vergleich zuTRISO-Partikeln (dreifach beschichtete Partikel mit Siliciumcarbid) als veraltet, allerdings war ein Einsatz von TRISO-Partikeln im THTR-300 aus genehmigungstechnischen Gründen nicht mehr möglich. Jedes Brennelement enthielt ca. 1 g²³⁵U und ca. 10 g²³²Th in Form von Mischoxiden aus beiden Schwermetallen.

Die Wahl eines Mischoxidbrennelementes erwies sich als Auslegungsfehler, da bei seiner Wiederaufarbeitung im Unterschied zu den ursprünglichen Erwartungen kein brauchbarer Brennstoff zurückgewonnen werden kann: Aus²³⁵U entsteht in einer Nebenreaktion zur Spaltung²³⁶U, welches sich im Mischoxid nicht mehr vom erbrüteten Brennstoff²³³U trennen lässt. Wegen des vergleichsweise hohen Einfangquerschnitts von²³⁶U für thermische Neutronen eignete sich das aus einer Wiederaufarbeitung von THTR-300 Brennelementen gewonnene Uran damit nicht zur Rückführung in den THTR-300.Versuche, an Stelle eines Mischoxids getrennte Uran- und Thoriumpartikel zu verwenden, um reines²³³U bei der Wiederaufarbeitung erhalten zu können, kamen nicht über das Experimentierstadium hinaus (feed/breedKonzept) und die fertiggestellteHTR-Wiederaufarbeitungsanlage JUPITERin Jülich konnte daher nie in Betrieb genommen werden. Vor dem Einsatz im THTR-300 wurden ca. 30.000 Brennelemente des THTR-Typs vom Forschungszentrum Jülich imAVR-Reaktorgetestet.

Die brennstofffreie Schale der Brennelemente ist zusammen mit der Graphitmatrix für die mechanische Festigkeit des Brennelements verantwortlich. Graphitsublimierterst bei ca. 3500 °C, d. h. bis nahe dieser hohen Temperatur wird ein Schmelzen der Brennelemente vermieden. Jedoch wird schon oberhalb von 1600 °C in erheblichem Umfang Radioaktivität aus den Brennelementen freigesetzt.Dennoch stellt der Erhalt der mechanischen Stabilität gemeinsam mit der vergleichsweise geringen Leistungsdichte einen begrenzten sicherheitsrelevanten Vorteil gegenüber den in Leichtwasserreaktoren üblicherweise verwendetenBrennstäbendar, die anfälliger für Überhitzungen sind. Allerdings waren die Kugelbrennelemente des THTR-300 in Normalatmosphäre brennbar (Entzündungstemperatur ca. 650 °C) und ein Unfall mit Lufteintritt in den Reaktor hätte einen Graphitbrand mit hoher Radioaktivitätsfreisetzung zur Folge gehabt.Leckagen des Dampferzeugers mit Wasser/Dampfzutritt in den Kern hätten zudem zu chemischen Reaktionen mit Graphit unter Bildung brennbarer Gase (Wasserstoff und Kohlenmonoxid) geführt.

Der Reaktor THTR-300 enthielt keinerlei Halterungen oder Führungen für die Brennelemente, sondern diese bildeten unter ihrem Eigengewicht eine Kugelschüttung (daher die BezeichnungKugelhaufenreaktor). Dadurch hatte dieser Reaktor den Vorteil, dass sich im Kern nur Materialien befinden würden, die auch einer Temperatur weit oberhalb der Betriebstemperatur standhalten könnten. Allerdings ergaben sich durch das Hineindrücken von Absorberstäben von oben beim Herunterfahren des Reaktors sehr ungleichmäßige mechanische Belastungen der Kugeln, was zu Kugelbrüchen und ungleichmäßigem Abbrand führte.

Nach der Entnahme aus dem Kern wurde der Abbrand, d. h. der Verbrauch an Kernbrennstoff eines Brennelementes bestimmt. Da diese Bestimmung im AVR Jülich nicht befriedigend funktioniert hatte, wurde im THTR-300 ein kleiner Hilfsreaktor mit 3,9 kg hochangereichertem Uran (U/Al-Legierung) verwendet, dessen Leistung sich nach Einschleusen einer Brennelementkugel entsprechend dem Spaltstoffgehalt der Kugel vergrößerte. Je nach Abbrand sollten die Kugeln entweder entnommen, an den Kernrand oder in den Bereich der Kernachse zurückgeführt werden.

Die Zahl der Betriebselemente (Brennelemente, Graphit- und Absorberkugeln) im THTR-300-Kern betrug 675.000 Stück. Rechnerisch wurde im Normalbetrieb eine maximale Kerntemperatur von ca. 1050 °C erreicht.Im Zentrum lagen die Temperaturen aber vermutlich höher, wie Messungen in Heißgassträhnen auswiesen.

Funktionsprinzip des THTR

Im THTR-300 wurde durch den Reaktorkern im PrimärkreislaufHeliumunter einem Druck von ca. 40 bar geleitet. Das durch die Wärmetauscher („Dampferzeuger “) auf 250 °C abgekühlte Helium wurde oberhalb der Dampferzeuger von den Kühlgasgebläsen angesaugt und erneut dem Reaktorkern zugeführt. Helium hat als Edelgas gegenüber dem konventionellen Wärmeträger Wasser den Vorteil, dass es auch bei erhöhten Temperaturen nicht chemisch mit anderen Materialien reagiert, also keineKorrosionhervorruft. Damit können Metalle in Helium jedoch auch keine schützenden Oxidschichten aufbauen, was dazu führt, dass aus dem Graphit freigesetzte Verunreinigungen deutliche Korrosionseffekte an Metallen zur Folge haben.Helium besteht überwiegend aus⁴He, das nicht in radioaktive Stoffe umgewandelt werden kann. Natürliches Helium enthält jedoch geringe Mengen an³He, welches sehr leicht in radioaktivesTritiumüberführt wird und damit eine wesentliche Tritiumquelle im THTR-300 darstellte. DieViskositätvon Gasen wie Helium nimmt mit steigender Temperatur zu, was die nachteilige Folge haben kann, dass heiße Bereiche schlechter gekühlt werden.

Das Helium nimmt während des Durchströmens des Reaktors die Wärmeenergie des Kernspaltungsprozesses auf und wird durch Kühlgasgebläse in Heißgaskanälen zu denWärmetauscherngepumpt. In diesen gibt es die Wärmeenergie an den mit Wasser betriebenen Sekundärkreislauf ab. Der Primärkreislauf und der Sekundärkreislauf sind also – wie bei einemDruckwasserreaktor– durch metallische Rohrwandungen voneinander getrennt, so dass keine Verbindung zwischen dem radioaktiven Primärkreislauf und dem fast nicht radioaktiven Sekundärkreislauf besteht.

Der in den Dampferzeugern produzierte Wasserdampf strömt durch die Frischdampfleitungen zum Hochdruckteil einer Dampfturbine, wird anschließend in den Dampferzeugern erneut erhitzt, durchströmt dann den Mittel- und Niederdruckteil einer Dampfturbine, wird schließlich im Kondensator durch den eigentlichen Kühlkreislauf (Tertiärkreislauf) abgekühlt und als Kondensat (also Wasser) niedergeschlagen. Dieses Kondensat wird von den Hauptkühlmittelpumpen (Wasserpumpen) durch die Vorwärmer zum Entgaser mit Speisewasserbehälter gefördert und wieder den Dampferzeugern zugeführt.

Der Tertiärkreislauf hat keinen direkten Kontakt zum Sekundärkreislauf. Die Kühlwasserpumpen fördern das Kühlwasser zumTrockenkühlturm,wo es in geschlossenen Kühlelementen durch die vorbeistreichende Luft abgekühlt wird. Das so abgekühlte Wasser strömt danach zurück zum Oberflächenkondensator.

Bau und Betrieb

Fossiles Kraftwerk Westfalen mit benachbartem THTR unten rechts

Vorplanungen gab es ab 1962. Die Erstellung baureifer Unterlagen zum Kernkraftwerk THTR-300 erfolgte 1966 bis 1968 durch einKonsortiumausBrown, Boveri & Cie/Krupp,EuratomundForschungszentrum Jülich,damals KFA Jülich, unter Leitung vonRudolf Schulten.Die Planungsarbeiten erfolgten also schon parallel zur Inbetriebnahme des kleineren Kugelhaufenreaktors AVR in Jülich, was negativ zur Folge hatte, dass Betriebserfahrungen des AVR kaum in das THTR-Konzept einfließen konnten. Diese Eile bei Planung und Baubeginn des THTR-300 war bedingt durch die Ende der 1960er-Jahre erfolgte Markteinführung vonLeichtwasserreaktoren,mit denen man gleichziehen wollte. Bauherr des THTR-300 war die 1968 gegründeteHKG Hochtemperatur-Kernkraftwerk GmbH Hamm-Uentrop,deren Muttergesellschaften sechs mittelgroße und kleinere regionale Elektrizitätsversorger waren.Der THTR-300 war als kommerzielles Kernkraftwerk zur Erzeugung elektrischer Energie ausgelegt und vergleichbar mit dem Reaktor imKernkraftwerk Fort St. Vrain(kein Kugelhaufenreaktor, sondern ein sogenannter Block-Type-HTR) in denUSA.Da einDruckbehälterder erforderlichen Größe aus Stahl nicht gebaut werden konnte, wurde er als integrierter heliumdichterSpannbetonbehälterausgeführt, und für einen Betriebs-Innendruckvon etwa 40barausgelegt. Die thermische Leistung des Reaktors betrug 750Megawatt(MW). Mit dem Bau derschlüsselfertigenAnlage wurde ein Konsortium aus den Firmen BBC, Krupp Reaktorbau GmbH undNukembeauftragt.

Fünf Tage vor dem vorgesehenenersten Spatenstichim Juni 1971 verließ Krupp das Baukonsortium und stellte seine Aktivitäten für Kugelhaufenreaktoren ein, da es in der Firmenleitung u. a. aufgrund von mittlerweile vorliegenden Betriebsergebnissen des AVR Jülich ernste Zweifel am Kugelhaufenreaktorkonzept gab. Das führte zu ersten Verzögerungen von sechs Monaten. BBC erwog nach dem Krupp-Ausstieg auch den Umstieg vom Kugelhaufenkonzept zum anspruchsloseren prismatischen Brennelement der US-HTR, was aber auf Widerstand aus Jülich stieß. Nicht verhindern konnte Jülich, dass 1973 umfangreiche Planungen und sogar ein Genehmigungsverfahren für einen größeren HTR mit prismatischen Brennelementen, der neben dem THTR errichtet werden sollte, begannen,die aber wegen der technischen Schwierigkeiten von HTR nach wenigen Jahren zugunsten von Planungen für Druckwasserreaktoren aufgegeben wurden. Aus den projektierten und vertraglich festgeschriebenen fünf Jahren Bauzeit für den THTR wurden aufgrund technischer Probleme und strengerer Auflagen schließlich 15 Jahre, die Baukosten stiegen von 1968 geschätzten 300 bis 350 Millionen DMund zu Baubeginn angegebenen 690 Millionen auf schließlich mehr als vier Milliarden DM.Von den Baukosten haben die Bundesregierung 63 % und das Land NRW 11 % getragen.Ebenfalls aus Steuermitteln stammte der Finanzierungsbeitrag durch dieInvestitionszulage,der knapp 10 % der Baukosten abdeckte. Eingeweiht wurde das Kraftwerk vom damaligen BundesforschungsministerHeinz Riesenhuberam 13. September 1983 und zum ersten Mal mit einer sich selbst erhaltendenKettenreaktionin Betrieb genommen. Bereits während der Inbetriebnahmephase traten so viele Probleme auf, dass dieStadtwerke Bremenihren Anteil am THTR-300 zum symbolischen Preis von 1 DM an den HKG-HauptgesellschafterVereinigte Elektrizitätswerke Westfalen(VEW) abgaben, um dem Haftungsrisiko zu entgehen.Kurz danach gab es weitere, allerdings vergebliche Versuche von Minderheitsgesellschaftern (u. a. Stadtwerke Bielefeld und Wuppertal), ihre Anteile abzugeben oder an VEW zu übertragen.Die Teilgenehmigung deratomrechtlichenGenehmigungsbehörde zum regulären Betrieb wurde erst am 9. April 1985 erteilt. Der THTR erhielt keine Dauerbetriebsgenehmigung, sondern eine auf 1100 Volllasttage bzw. bis längstens 1992 befristete Betriebsgenehmigung, die nach erfolgreichem Leistungsversuchsbetrieb in eine Dauerbetriebsgenehmigung hätte umgewandelt werden können. Des Weiteren hätte nach 600 Tagen Volllastbetrieb ein schlüssiges Brennelement-Entsorgungskonzept vorgelegt werden müssen. Am 16. November 1985 wurde der erste Strom ins Netz eingespeist. Wegen der erheblichen Störungen schon in der Inbetriebnahmephase verweigerte die HKG bis zum 1. Juni 1987 die Übernahme der Anlage.

Von 1985 bis zur Stilllegung 1989 verzeichnete der THTR-300 nur 16.410 Betriebsstunden mit einer abgegebenen elektrischen Energie von 2.756.000 MWh (Brutto: 2.881.000 MWh). Das entspricht 423 Volllasttagen. Die für einen ökonomischen Betrieb erforderlicheArbeitsverfügbarkeitvon mindestens 70 % wurde in keinem Betriebsjahr erreicht (1988: 41 %). Für die im THTR erzeugte Elektrizität gab es eine Abnahmegarantie zu einem an der Steinkohleverstromung orientierten Preis, der damals um etwa 40 % über dem Abnahmepreis fürLeichtwasserreaktorenlag; das ist als zusätzliche Subventionierung des THTR zu interpretieren.

1982 plante eine Firmengruppe aus Brown, Boveri & Cie. undHochtemperatur Reaktorbau GmbH(HRB) mit demHTR-500einen Nachfolger des THTR-300 mit einer thermischen Leistung von 1250 MW und einer elektrischen Leistung von 500 MW. Es kam zwar zu einem Genehmigungsverfahren, aber die Elektrizitätswirtschaft lehnte einen Bauauftrag wegen der im Vergleich zu Leichtwasserreaktoren wesentlich höheren Anlagekosten ab.Neben dem THTR-300 sollte dasKernkraftwerk Hammgebaut werden. Der Plan wurde jedoch verworfen. In unmittelbarer Nachbarschaft des THTR-300 liegt dasKraftwerk Westfalenzur Kohleverstromung.

Probleme und Störfälle

Störfälle (entsprechend der erst 1990, also nach THTR-Stilllegung, eingeführtenIAEA-EinordnungINES ≥ 2) sind im THTR-300 nach Angaben der Atomaufsichtsbehörde nicht aufgetreten. Das wird von der Umweltbewegung bezweifelt, die bei Vorgängen am 4. Mai 1986 (s.hier) eine absichtliche Freisetzung vermutet, die deutlich höher sein könnte als bisher eingeräumtund die ggf. als Störfall eingeordnet werden müsste. Die mehr als 120 bekannten meldepflichtigen Ereignisse bei nur 423 Tagen Volllastbetrieb wurden vielfach als Beweis für die Unausgereiftheit der Kugelhaufentechnologie gewertet.Der Ausfall der sicherheitsrelevanten Feuchtefühler am 7. September 1985 wurde der damals gültigen zweithöchsten Meldekategorie B zugeordnet. Der THTR-300 galt ursprünglich aufgrund des Funktionsprinzips, bei dem keineKernschmelzeauftreten kann, als wesentlich unfallsicherer als andere Reaktortypen. Allerdings wurde bereits 1984 vom Institut für nukleare Sicherheitsforschung des Forschungszentrums Jülich gezeigt, dass ein Kühlmittelverlust im THTR-300 zu sehr hohen Temperaturen führt (2300 °C), was auch ohne Kernschmelze eine massive Radioaktivitätsfreisetzung zur Folge hat.Als nachteilig erwies sich dabei auch der Spannbetonbehälter, da Beton sich beim Erhitzen unter Wasserdampffreisetzung zersetzt und der entstehende Wasserdampf mit dem heißen Graphit chemisch reagiert. Ein lange Zeit vertraulich gehaltenes Gutachten für die NRW-Landesregierung von 1988 bescheinigte dem THTR-300 bei Wassereinbruchstörfällen durch Dampferzeugerrohrbrüche sogar das Risiko von nuklearemDurchgehen,bis hin zu ähnlichen Szenarien wie derNuklearkatastrophe von Tschernobyl.Diese Ähnlichkeit zumTschernobyl-Kernreaktorwird verursacht durch die Verwendung von Graphit alsModeratorin beiden Reaktortypen. Befürworter der Kugelhaufentechnologie konnten dieses Gutachten im Zuge der Untersuchungen derAVR-Expertengruppenicht widerlegen.

Auch gab es Probleme bei der Betriebssicherheit. Unter anderem traten durch die Abschaltstäbe, die von oben in den Kugelhaufen hineingedrückt wurden, wesentlich häufiger als vorausberechnet Bruchschäden an den Brennelementen auf. Insgesamt wurden 25.000 beschädigte Brennelemente gefunden, was etwa das tausendfache der Erwartungen für einen 40-jährigen Betrieb war. 1988 musste der Reaktor jeweils nach sechs Wochen Betrieb für mindestens eine Woche abgeschaltet und kaltgefahren werden, um defekte Brennelemente aus dem Sammelbehälter zu entfernen. Die hohe Bruchrate war vermutlich eine Folge der in Helium ungünstigen Reibungseigenschaften,die für den THTR-300 nicht hinreichend untersucht worden waren. Die Reibung der Absorberstäbe konnte zwar durch Einspeisung vonAmmoniakvermindert werden, was allerdings zu einer unzulässig hohen Korrosionsrate an metallischen Komponenten führte. Der entstandene Kugelbruch drohte die Reaktorkühlung durch die Verstopfung von Kühlgasbohrungen im Bodenreflektor zu verschlechtern; für eventuelle zukünftige Anlagen wurde daher eine Auslegung vorgeschlagen, die weniger zu Verstopfungen neigen sollte.

Am 23. November 1985 fuhren 7 Abschaltstäbe beim Versuch einer Reaktorabschaltung nicht vollständig ein, sondern verklemmten sich im Kugelhaufen, da die Ammoniakeinspeisung fehlte. Die Isolation des Betons war stellenweise unzureichend, so dass er zu heiß wurde; eine Reparatur war nicht möglich und der schadhafte Bereich musste regelmäßig inspiziert werden, was jedes Mal eine Abschaltung des Reaktors erforderlich machte.Wegen der bereits genannten Reibungsprobleme und möglicherweise auch des Kugelbruchs flossen die Kugeln nicht so wie erwartet, sondern im Zentrum um einen Faktor 5 bis 10 schneller als am Rand. Das führte dazu, dass der Reaktor im unteren Zentrum um mindestens 150 °C zu heiß wurde.

Vermutlich durch überheiße Gassträhnen wurden im Jahr 1988 36 Haltebolzen der Heißgasleitung so beschädigt, dass sie brachen;auch einzelne Graphitdübel im keramischen Reaktorbereich versagten. Eine Reparatur der Bolzen- und Dübelschäden war nicht möglich. Eine Kugelentnahme war nur bei verringerter Leistung möglich und konnte daher nur sonntags vorgenommen werden. Außerdem war die Herstellung der Kugelbrennelemente nicht garantiert und derenWiederaufbereitungnicht möglich. Daher wurden die mittlerweile aufgegebenenHochtemperaturreaktoren in Südafrikaohne Wiederaufarbeitung geplant; dieser Nachteil sollte durch einen im Vergleich zu leichtwassermoderierten Reaktoren etwas höherenAbbrandund damit einer besseren Ausnutzung des vorhandenenKernbrennstoffsteilweise kompensiert werden.

Emission radioaktiver Aerosole am 4. Mai 1986 unmittelbar nach dem Tschernobyl-Unfall

Ein meldepflichtiges Ereignis mit Freisetzung vonRadioaktivitätam 4. Mai 1986ereignete sich, kurz nachdem radioaktive Niederschläge herrührend vom Tschernobyl-Unfall über Hamm niedergegangen waren. Die Emissionen aus dem THTR fielen zunächst nicht auf. Allerdings hat ein anonymer Informant aus der Belegschaft des THTR-300 Aufsichtsbehörden und Umweltverbände über eine verheimlichte radioaktive Emission am 4. Mai 1986 informiert.Der Betreiber stritt in einem Eilbrief vom 12. Mai 1986 an alle NRW-Landtagsabgeordneten jede Unregelmäßigkeit ab.Erst als²³³Pain unüblich hoher Konzentration in der Kaminabluft des THTR-300 detektiert wurde,welches nicht aus Tschernobyl, sondern nur aus dem Thorium von zerbrochenen Brennelementen des THTR-300 stammen konnte, wurde nach und nach klar, dass es aus dem THTR-300 signifikante radioaktive Emissionen in die Umgebung gegeben haben musste. Nach internen Untersuchungen der HKG entfielen mehr als 40 % der auf den THTR zurückzuführenden freigesetzten Aktivität auf²³³Pa. Am 30. Mai 1986 behauptete dasÖko-Institut,dass etwa 75 % der Aktivität in der Nähe des THTR auf diesen selbst zurückzuführen seien. Etwas später zeigteDietrich Grönemeyerhohe Freisetzungen aus dem THTR bei den Behörden an.Am 3. Juni 1986 wurde der THTR durch eine atomrechtliche Weisung der Düsseldorfer Aufsichtsbehörde bis zur Aufklärung stillgelegt. Die Weisung war erforderlich, weil die THTR-Betreiber nicht freiwillig auf eine Wiederinbetriebnahme verzichten wollten. Am selben Tag erklärten die Betreiber schließlich, Ursache der Freisetzung von Radioaktivität sei eine Fehlsteuerung in der Beschickungsanlage des Reaktors gewesen, wiesen aber die Behauptungen des Öko-Instituts zurück.Bis dahin hatten die Betreiber behauptet, es habe sich um eine zulässige, nicht meldepflichtige Radioaktivitätsableitung gehandelt, also um eine Emission auf einem dafür vorgesehenen Weg und unterhalb von Grenzwerten. Emissionen auf nicht dafür vorgesehenen Wegen oder oberhalb von Grenzwerten sind demgegenüber meldepflichtige Freisetzungen. Die NRW-Landesregierung vertrat damals die Auffassung, es handle sich schon wegen des Emissionsweges um eine meldepflichtige Freisetzung, die nicht pflichtgemäß gemeldet worden sei.Die Stilllegungsverfügung wurde am 13. Juni 1986 mit Auflagen aufgehoben.

Von THTR-Kritikern wurde vermutet, dass die HKG die radioaktive Emission in der Hoffnung verheimlicht hatte, sie könne wegen der Radioaktivität aus Tschernobyl nicht nachgewiesen werden; Motiv für ein Verheimlichen könnte gewesen sein, dass der Vorfall auf einige Schwachstellen bei Kugelhaufenreaktoren hinweist, nämlich radioaktiven Staub, Kugelbruch und ein fehlendes Volldruckcontainment. Dieser Vorfall (insbesondere die Versuche, ihn zu verheimlichen) und die daraus resultierende intensive Berichterstattung in den Medien verschlechterten das bis dahin positive Bild von Kugelhaufenreaktoren in der deutschen Öffentlichkeit erheblich. Der PhysikerLothar Hahnäußerte in einem Gutachten zur Sicherheit des THTR-300 im Juni 1986 vor dem Hintergrund dieses Vorfalls:Bereits heute lässt sich die Schlussfolgerung ziehen, dass die Technologie des Kugelhaufenreaktors gescheitert ist.

Ergebnisse der behördlichen Untersuchung

Die Aufsichtsbehörde in Düsseldorf begann am 30. Mai 1986 mit intensiven Untersuchungen zur Aerosolemission am 4. Mai 1986. Die Ergebnisse werden im Strahlenschutzbericht der NRW-Landesregierung für das 2. Quartal wie folgt zusammengefasst:

Am 4. Mai 1986 wurde zur Einschleusung von Absorberelementen die Brennelement-Beschickungsanlage abweichend von den Betriebsvorschriften nicht im automatischen, sondern im Handbetrieb gefahren. Durch einen Bedienungsfehler kam es zu einer Fehlsteuerung im Verfahrensablauf. Dadurch wurde die Einschleusungsstrecke der Beschickungsanlage, die mit radioaktiven Aerosolen verunreinigtes Helium enthielt, zum Abluftkamin druckentlastet, mit der Folge einer Emission radioaktiver Aerosole über den Abluftkamin (150 m Höhe).

Die am 4. Mai 1986 emittierte Aerosolaktivität ist nicht größer als 2 · 10⁸Bq; dieser Wert ist das Ergebnis der Auswertung des Aerosolsammelfilters für alle Abgaben in der 18. KW, von dem die Vorbelastung durch die Auswirkungen des Reaktorunfalls in Tschernobyl abzuziehen ist, um den Wert der durch den Betrieb des THTR bedingten Emissionen zu gelangen. Wegen der u. a. auf der begrenzten Messgenauigkeit beruhenden Schwierigkeiten, den Tschernobyl-Anteil auf dem Filter genau zu bestimmen, ist nicht eindeutig festzustellen, ob die für Abgaben radioaktiver Stoffe aus dem THTR genehmigten Grenzwerte nicht geringfügig überschritten worden sind.

Selbst wenn jedoch unterstellt wird, dass die Emission von 2 · 10⁸Bq ausschließlich auf den THTR zurückzuführen wäre, ergäbe eine rechnerische Abschätzung der Bodenkontamination den Wert < 1 Bq/m² am ungünstigsten Aufpunkt. Dieser liegt bei einer Kaminhöhe von 150 m und den meteorologischen Ausbreitungs- und Ablagerungsbedingungen am 4. Mai 1986 in 2000 bis 3000 m Abstand vom THTR-300; ein messtechnischer Nachweis dieses Kontaminationsbeitrags ist nicht möglich.

Die Grenzwerte für den THTR sind:

• Maximal zulässige Aerosolemission summiert über 180 aufeinanderfolgende Tage: 1,85 · 10⁸Bq
• Maximal zulässige Emission an einem einzelnen Tag: 0,74 · 10⁸Bq.

Der GutachterTÜVvermutet, dass diese Grenzwerte knapp unterschritten wurden. Die Behörde geht von einer Heliumemission bei der stoßartigen Freisetzung von < 0,5 m³ aus. Das Ereignis wurde formal nicht als Störfall eingeordnet.

Unsicherheiten und Schwachstellen der behördlichen Untersuchung

Der Abschlussberichterwähnt einige Umstände, welche die Aussagekraft des Berichts beeinträchtigt haben könnten. Diese Schwachpunkte, vor allem die zeitweise Unterbrechung der Aufzeichnung von Emissionsdaten durch den Betreiber, gewinnen zusätzliche Bedeutung durch die später diskutierten Vorwürfe (2016) eines früheren THTR-Mitarbeiters, es habe sich um absichtliche stoßartige Emissionen radioaktiver Aerosole gehandelt.

1. Etwa zeitgleich zum Eingang der automatischen Gefahrenmeldung in der Reaktorwarte „Aerosolaktivitätskonzentration am Kamin hoch “aufgrund einer stoßartigen Emission unterbrach der Betreiber nach Angaben der Behörde „in einer Phase des Wiederanstiegs der Aktivitätsemission “die Aufzeichnung der über den Kamin emittierten aerosolgetragenen Aktivität für einen „nicht mehr eindeutig ermittelbaren Zeitraum “. Der Betreiber begründete das mit Maßnahmen zum „Zeitabgleich “am aufzeichnenden Schreiber. Der Vorgang wurde vom Betreiber auf dem Messschrieb kurz vermerkt. Für diesen Zeitraum existiert keine Überwachung der Aerosol-Aktivitätsabgabe über den Kamin. Die Behörde schreibt dazu:Es ist bereits beanstandet worden, dass beim Messschrieb für die Aerosolaktivitätskonzentration während der Anzeige eines erhöhten Wertes eine Zeitkorrektur vorgenommen worden ist.Die Aufsichtsbehörde diskutiert zwar in ihrem Abschlussbericht die Möglichkeit von zusätzlichen Aktivitätsabgaben in diesem Zeitfenster, verwirft das aber letztlich. Die Behörde sagt aber unter Wertung aller Unsicherheiten:Eine eindeutige Feststellung der Aerosolabgabe am 4. Mai 1986 ist nicht möglich.
2. Die Behörde bemängelt zum Betreiberverhalten weiterhin:Die gemäß den sicherheitstechnischen Regeln....beim Anstehen der Gefahrenmeldung „Aerosolaktivitätskonzentration hoch “zu treffenden Maßnahmen, nämlich der unverzügliche Austausch eines der beiden redundanten Schwebstofffilter (Wochenfilter), des Aerosol/Jodprobensammlers und dessen unverzügliche Ausmessung im Strahlenschutzlabor sowie die zusätzliche Entnahme einer repräsentativen Probe für die Auswertung radioaktiver Edelgase, unterblieben.
3. Der Betreiber dokumentierte die Abläufe in den Logbüchern nach Behördenangaben nur unzureichend. Zur Störung in der Beschickungsanlage gibt es zwar einen kurzen Eintrag im Schichtbuch, aber die Behörde bemängelt:Ein Eintrag im Störungsbuch wurde nicht festgestellt.Zum Eingang der automatischen Alarmmeldung „Aerosolaktivitätskonzentration am Kamin hoch “sagt die Behörde:Im Schichtbuch sind jedoch weder die Alarmmeldung noch das durch das Schichtpersonal daraufhin Veranlasste eingetragen.Der von der Behörde angenommene Ablauf der Ereignisse basiert daher wesentlich auf nachträglichen Befragungen des Personals und späteren Angaben des Betreibers.
4. Probleme in der Beschickungsanlage wurden zwar am 8. Mai 1986 an die Aufsichtsbehörde gemeldet, jedoch ohne auf die Gefahrenmeldung „Aerosolaktivitätskonzentration am Kamin hoch “hinzuweisen.Nach Angaben des Betreibers lag das daran, dass ein Zusammenhang zwischen den Störungen in der Beschickungsanlage und der zeitgleichen Aerosolemission nicht erkannt worden war.Das verzögerte deren Untersuchung um mehrere Wochen und erschwerte sie damit erheblich bzw. machte sie in Teilen möglicherweise unmöglich.
5. Die hohe Bodenkontamination aufgrund des Tschernobyl-Unfalls erlaubte die Bestimmung von aus dem THTR herrührenden Immissionswerten nur begrenzt: Nach Angaben der Aufsichtsbehörde auf der Basis von Ausbreitungsrechnungen über den Kamin für den ungünstigsten Aufpunkt war für die niederschlagsfreien Wetterbedingungen am Abend des 4. Mai für eine Emission von 0,2 GBq über den Kamin emittierter Aktivität mit Aerosolaktivitäten von < 1 Bq/m² zu rechnen; die durch Tschernobyl verursachte Bodenkontamination in der THTR-Umgebung lag demgegenüber nach Behördenangabe bei bis zu 10000 Bq/m².
6. Im Endbericht fehlen zentrale Angaben zur Aerosolemission, etwa das gemessene Nuklidspektrum. Damals unveröffentlichte, aber mittlerweile zugängliche Dokumente der behördlichen Untersuchung weisen aus, dass nach Betreiberangaben die auf den THTR zurückzuführende Aerosolemission (insgesamt 0,102 GBq) aktivitätsbezogen aus 44 %²³³Pa, 18 %⁶⁰Co, 10 %¹⁸¹Hf bestand.Beim Rest handelte es sich ausschließlich um Aktivierungsprodukte von Stahl. Gefundene Spaltprodukte sollen nicht aus dem THTR stammen, sondern aus der Tschernobyl-Wolke.Der nach Betreiberangaben hohe Anteil an²³³Pa, einem Zwischenprodukt beim Erbrüten von²³³U aus Thorium und daher aus dem Kernbrennstoff stammend, ist mit dem von der Behörde angenommenen Ablauf der Aerosolemission nur schwer in Einklang zu bringen: Die Behörde geht nämlich davon aus, dass die emittierten Aerosole überwiegend nicht aus dem Primärkreis stammen, sondern aus den Entlastungsleitungen zum Kamin.

Zur Bewertung des behördlichen Berichtes ist nach Meinung der Umweltbewegung folgendes Faktum von Bedeutung: Im Jahr 2014 wurde aufgrund der Untersuchungen einer vomForschungszentrum Jülicheingesetzten unabhängigen Expertengruppe klar, dass dieselbe Aufsichtsbehörde 1978 beim Kugelhaufenreaktor AVR Jülich, dem Vorgängerreaktor des THTR, trotz guter Kenntnis der Umstände einen möglicherweise sogar schweren Störfall als Ereignis von untergeordneter sicherheitstechnischer Bedeutung eingestuft hatte (s.AVR-Expertengruppe).

Berichte von einer angeblich absichtlichen Freisetzung von aerosolgetragener Radioaktivität am 4. Mai 1986

Der frühere leitende THTR-MitarbeiterHermann Schollmeyerbehauptete im Mai 2016, die Abgabe radioaktiver Aerosole in die Umgebung sei absichtlich erfolgt. Ein Teil der Graphitkugeln des Reaktors sei vor allem in Folge von Schnellabschaltungen beschädigt gewesen; Staub und abgeplatzte Partikel hätten die Rohrleitungen verstopft. Die Rohre hätte man mit Heliumgas aus dem Kühlkreislauf freiblasen wollen, die dafür benötigten Filter seien bereits bestellt und zwei bis drei Wochen später lieferbar gewesen. Nach dem Unfall von Tschernobyl habe man angenommen, dass ein Freiblasen ohne Filter wegen der in der Umgebung bereits vorhandenen radioaktiven Kontamination unentdeckt bleiben würde.Der heutige Betreiber RWE und der damalige Betriebsleiter widersprachen dieser Darstellung. Die Aufsichtsbehörde hat angekündigt, die neuen Behauptungen zu den Ereignissen sorgfältig zu prüfen. Der Sicherheitsexperte für KugelhaufenreaktorenRainer Moormannhält die Angaben von Schollmeyer für plausibel. Bereits unmittelbar nach der Freisetzung hatte es Meldungen gegeben, es habe sich um eine absichtliche Emission gehandelt; diese Meldungen wurden damals im NRW-Landtag diskutiert.Von der Umweltbewegung wird nun vermutet, dass der Ausfall der Messeinrichtungen während des Vorfalls und die angebliche Beseitigung vieler Spuren des Vorfalls ebenfalls gezielt erfolgten und dass die radioaktiven Emissionen größer sein könnten als bisher angenommen. Sie hat – auch auf parlamentarischem Wege – eine Aufklärung eingefordert. Moormann hat ein Dokument vorgelegt, das Teile der Aussagen von Schollmeyer zu bestätigen scheint.Der zuständige NRW-Minister erklärte am 15. Juni 2016, es gäbe keine Beweise für die Behauptungen von Schollmeyer; weitere Untersuchungen lehnte er ab.

Schilddrüsenkrebs in der Umgebung des THTR-300

2013 wurde durch eine amtliche Untersuchung bekannt, dass im Umkreis des THTR-300 „statistisch signifikant erhöhte Raten fürSchilddrüsenkrebsbei Frauen (und nicht bei Männern) in den Jahren 2008–2010 “bestehen.Die Studie sieht keine konkreten Anhaltspunkte für den THTR als Ursache und vermutet einen „Screening-Effekt “durch häufigere Krebsvorsorgeuntersuchungen. Dieser Beurteilung wird von Teilen der Umweltbewegung widersprochen. Die Untersuchung zur Krebshäufigkeit war ursprünglich von der Umweltbewegung wegen der Unsicherheiten hinsichtlich der bei dem Vorfall am 4. Mai 1986 emittierten Radioaktivität verlangt worden, jedoch scheint eine eindeutige Aussage zur Ursache dieses Schilddrüsenkrebses auch wegen des in der Nähe liegendenSteinkohlekraftwerks Westfalen,welches nach Angaben der Umweltbewegung rechnerisch eine Regulär-Emission von mehreren TBq pro Jahr verursachte, schwierig.

Stilllegung und sicherer Einschluss

Während der Stillstandsphase ab September 1988 wegen gebrochener Haltebolzen in der Heißgasleitung übermittelte die HKG Ende November 1988 ein „vorsorgliches Stilllegungsbegehren “an Bundes- und NRW-Landesregierung, um auf ihre prekäre finanzielle Lage aufmerksam zu machen: Anders als prognostiziert, hatte sich der Betrieb des THTR-300 als hochdefizitär herausgestellt, und die finanziellen Reserven der HKG waren weitgehend aufgebraucht. Zwar sah der Risikobeteiligungsvertrag zum THTR vor, dass die öffentliche Hand für die ersten drei Betriebsjahre 90 % der betrieblichen Verluste übernahm, aber dieser Übernahmesatz sank danach auf 70 %. Ohne dauerhafte Lösung dieser finanziellen Probleme sah die Aufsichtsbehörde die Voraussetzungen für einen THTR-Weiterbetrieb nicht mehr als gegeben an, und der Reaktor blieb abgeschaltet.
Im Sommer 1989 geriet die HKG dann an den Rand derInsolvenzund musste, da die Muttergesellschaften der HKG ohne höhere staatliche Zuschüsse keine weiteren Zahlungen leisten wollten, durch die Bundesregierung mit 92 Millionen DMund das Land NRW mit 65 Millionen DM gestützt werden. Zudem war die THTR-Brennelementefabrik in Hanau 1988 aus Sicherheitsgründen stillgelegt worden.

Da die USA auch kein hoch angereichertes (und damit waffenfähiges) Uran für den THTR-Betrieb mehr lieferten, hätte der Reaktor auf niedrig angereichertes Uran ohne oder mit verringertem Thoriumzusatz umgestellt werden müssen. Dies hätte sowohl ein neues Genehmigungsverfahren mit ungewissem Ausgang erforderlich gemacht als auch eine beträchtliche Leistungsverminderung zur Folge gehabt. Daher wurde diese Option bald aufgegeben und es stand mit den vorhandenen Reserven nur noch Standardbrennstoff für gut zwei Jahre Betrieb zur Verfügung. Wegen des erheblichen, auch ökonomischen Risikos des THTR-Betriebes hielt der Betreiber jedoch auch für einen nur zweijährigen Auslaufbetrieb zusätzliche Rücklagen von 650 Millionen DM für erforderlich,da ein entsprechender Anstieg der Defizite bis 1991 erwartet wurde und nur viel zu geringe Rücklagen für die Entsorgung vorhanden waren. Der Vorstandsvorsitzende des HKG-Hauptgesellschafters VEWKlaus Kniziasprach sich sogar für eine schnelle THTR-Stilllegung aus, damit die HTR-Entwicklung insgesamt nicht durch weitere Störungen beim THTR belastet werde.Die Wirtschaftsprüfungsgesellschaft Treuarbeit AG gab ebenfalls eine mittelfristig ungünstige ökonomische Prognose zum THTR-300 ab.
Verhandlungen zwischen Bundesregierung, dem Land Nordrhein-Westfalen und der Elektrizitätswirtschaft zu diesen Rücklagen scheiterten, da weder das Land Nordrhein-Westfalen noch die Elektrizitätswirtschaft wesentliche Beiträge dazu leisten wollten. Aufgrund von wirtschaftlichen, technischen und sicherheitstechnischen Überlegungen sowie wegen des geschwundenen Interesses der Energiewirtschaft an Kugelhaufenreaktorenwurde dann am 1. September 1989 die Stilllegung des THTR-300 beschlossen, die dann am 26. September 1989 von der HKG gemäß Atomgesetz bei der Aufsichtsbehörde beantragt wurde.

Die HKG schlug 1989 Bund und Land NRW vor, den THTR nach dem sicheren Einschluss an das Forschungszentrum Jülich zum Rückbau zu übereignen.Da das faktisch einem Abwälzen der Entsorgungsverantwortung gleichgekommen wäre, wurde der Vorschlag jedoch nicht umgesetzt.

Von Oktober 1993 bis April 1995 wurden die abgebrannten, intakten und zerbrochenen Brennelemente in 305Brennelementbehälternvom TypCastorin dasZwischenlager Ahaustransportiert, zwei Castoren enthalten die Brennelemente des THTR-Hilfsreaktors zur Abbrandmessung. Wegen der kurzen Betriebszeit wurde nur ein mittlerer Brennelementabbrand von etwa 5,2 %fimaerreicht (Zielwert: 11,4 % fima).Daher ist das hochangereicherte Uran nur unvollständig verbraucht und es ist ein deutlichesProliferationsrisikobei den entladenen THTR-Brennelementen zu vermuten: Das unverbrauchte hoch angereicherte Uran soll nach Berechnungen vonMoormannfür ca. sechs bis zwölfAtombombendes Hiroshima-Typs ausreichen.Im Reaktor werden noch ca. 1bis 1,6 kg Spaltstoff (entsprechend 2000 bis 3000 Brennelementen) vermutet.

Die nicht verbrauchten, frischen 362.000 THTR-Brennelemente wurden in der schottischen WiederaufarbeitungsanlageDounreayaufgearbeitet, das hoch angereicherte Uran wurde nach Deutschland zurückgebracht und imForschungsreaktor München IIeingesetzt.Der Reaktor selbst wurde bis 1997 in den sogenannten „sicheren Einschluss“überführtund verursacht weiter Kosten in Höhe von 6,5 Millionen Euro jährlich. Obwohl diese Kosten bis 2009 ausschließlich von der öffentlichen Hand getragen wurden, erhielten die Eigentümer von der EU Steuervergünstigungen für die Stilllegung; wegen eines laufenden Verlängerungsantrags für diese Steuervergünstigungen kam es 2011 zu einer politischen Kontroverse.
Der Reaktor enthält noch ca. 390 Tonnen radioaktive Anlagenbauteile, dazu kommt der teilweise kontaminierte Spannbetonbehälter. Im Dezember 2017 wurde beschlossen, im Jahr 2028, nach teilweisem Abklingen der Radioaktivität, mit dem Abriss zu beginnen, für den etwa 20 Jahre veranschlagt werden. Die Kosten für die Entsorgungohne Endlagerung wurden 2007 vom Eigentümer mit ca. 350 Millionen Euro veranschlagt,2011 wurde eine Milliarde Euro angegeben.Der Vergleich mit dem ebenfalls nach unbefriedigendem Betrieb 1988 stillgelegten, ähnlichenUS-HTGR Fort St. Vrain(prismatische Brennelemente, 330 MW_el), der schon bis 1997 mit Kosten von 174 Millionen USD zurückgebaut und in ein Gaskraftwerk umgewandelt werden konnte,weist auf die schwierigen Rückbaubedingungen beim THTR hin. 2012 verfügte die HKG nur noch über Eigenmittel von 41,5 Millionen Euro. Wegen der Rechtsform als GmbH istDurchgriffshaftungauf die HKG-Gesellschafter zur Deckung der Entsorgungskosten nicht möglich, sodass die Kostenübernahme ungeklärt ist. Im Umfeld wurden bereits unbegrenzte Garantieerklärungen abgegeben, so von den Wuppertaler Stadtwerken (WSW) gegenüber dem Gemeinschaftswerk Hattingen.Ungeklärt sind auch eventuelle Folgen einer Kostenübernahme für die beteiligten Stadtwerke und Kommunen, da einige dieser Kommunen finanziell schlecht gestellt sind.

Der WirtschaftsphysikerReiner Kümmelzitiert in seinem BuchThe Second Law of Economicsden Bankier und Kaufmann Hermann Josef Werhahn, der nach eigener Einschätzung die „Reaktortechnologie mit den kugelförmigen Brennelementen von Anfang an als Berater begleitet “hat,mit der Aussage, dass die Möglichkeit, Elektrizität und Wärme in dezentralen kommunalen Anlagen zu erzeugen, den kommerziellen Interessen der großen Energieversorger entgegenstand.Werhahn ist allerdings vielfach durch sehr positive, aber wissenschaftlich unbelegte Einschätzungen zum HTR wie „raketenfest “, „idiotensicher “, „schurkensicher “oder „Endlagerfrage gelöst “hervorgetreten.
Der UmweltforscherKlaus Traubesieht demgegenüber das Scheitern der Kugelhaufen-HTR in Deutschland in ihrer technischen und sicherheitstechnischen Unterlegenheit gegenüber demLeichtwasserreaktorbegründet, da Hochtemperaturreaktoren eine Weiterentwicklung der militärischen Graphitreaktoren zur Plutoniumerzeugung darstellen, die sich als Leistungsreaktoren weniger eignen, während LWR von Anfang an als Leistungsreaktoren konzipiert und optimiert wurden.

Betreibergesellschaft (Stand 2010)

• 31 %RWE PowerAktiengesellschaft
• 05 %Stadtwerke AachenAktiengesellschaft
• 12 %Gemeinschaftswerk HattingenGmbH
  • WSW Wuppertaler StadtwerkeAG 48 %, d. h. 5,76 %
  • RWE Power AG 52 %, d. h. 6,24 %
• 26 %Gemeinschaftskraftwerk WeserGmbH & Co. OHG
  • Stadtwerke Bielefeld33,33 %, d. h. 8,67 %
  • PreussenelektraGmbH (vormals E.ON Kernkraft GmbH) 66,66 %, d. h. 17,33 %
• 26 %Mark-EAktiengesellschaft; 100 % Tochter derEnervie– Südwestfalen Energie und Wasser AG
  • 42,66 % Stadtwerke Hagen, d. h. 11,09 %
  • 24,16 % StadtLüdenscheid,d. h. 6,28 %
  • 19,06 %RemondisWasser & Energie GmbH (gekauft von derRWEDeutschland AG), d. h. 4,96 %

Betriebselemente im Handel

Graphitische Betriebselemente des THTR ohne Kernbrennstoff wurden bereits beieBayangeboten. Gemäß dem NRW-Wirtschaftsministerium sind bei Stilllegung des Reaktors nicht bestrahlte und damit nicht radioaktive Betriebselemente an Sammler und Interessierte abgegeben worden.Es gibt bisher keinen Nachweis, dass auch Kugelbrennelemente mit Kernbrennstoff, also hoch angereichertem waffenfähigem Uran, missbräuchlich verwendet wurden. Alle bisherigen Funde, am Forschungszentrum Jülich z. B. auf Deponien und in Abwasserleitungen, erwiesen sich als kernbrennstofffrei und nicht radioaktiv.

Mikrokügelchen in der THTR-Umgebung

2011 wurden in der Umgebung des THTR Mikrokügelchen entdeckt, die teilweise den coated particles des THTR-300 ähneln.Ähnliche Mikrokügelchenspielen in der Diskussion um dieLeukämiehäufung in der Elbmarscheine Rolle. Auch wurden ähnliche Mikropartikel in der Nähe vonAnlagen, welche in Hanau nukleare Brennstoffe herstellten,gefunden. Wegen der Unsicherheiten hinsichtlich der bei demVorfall am 4. Mai 1986emittierten Radioaktivitätkam der Verdacht auf, es könne sich um Brennstoffpartikel aus dem THTR-300 handeln. Im Graphit der Brennelemente ist der Brennstoff in Form von beschichteten Teilchen von weniger als 1 mm Durchmesser eingebettet. Die Beschichtung der Brennelementteilchen mit Pyrokohlenstoff dient der Rückhaltung der Spaltprodukte. Analysen der NRW-Untersuchungsämter konnten aber keine erhöhte Radioaktivität in den Mikrokügelchen nachweisen.An den Messmethoden der Untersuchungsämter wird jedoch Kritik geäußert.

Auswirkungen der vorzeitigen Stilllegung auf die HTR-Entwicklung

Die Probleme und die Stilllegung des THTR-300 führten zum weitgehenden Ende der Kugelhaufenreaktorentwicklung in Deutschland. Verhandlungen zur Markteinführung des bei Siemens entwickelten HTR-Modul (200 MW_th) mit dem ChemiekonzernHoechst,demChemiekombinat Leuna/DDR, dem US-Verteidigungsministerium (für eine Anlage zur Erzeugung vonTritiumfürWasserstoffbomben) und der Sowjetunion scheiterten vor dem Hintergrund des THTR-300; ein standortunabhängiges Genehmigungsverfahren für den HTR-Modul in Niedersachsen wurde vom Antragsteller, dem EnergiekonzernBrigitta & Elwerath,1988 ergebnislos abgebrochen.
Die Firma Hochtemperatur-Reaktorbau (HRB) wurde daraufhin aufgelöst, ebenso die bei Siemens/Interatom vorhandenen Firmenteile zur HTR-Entwicklung, es verblieb lediglich eine kleine Firma zur Vermarktung des aufgebauten HTR-Know-hows. Die Brennelemententwicklung bei Nukem wurde eingestellt. Die Kernforschungsanlage Jülich wurde inForschungszentrum Jülichumbenannt und die HTR-Forschungsbereiche wurden 1989 auf 50 Personen reduziert, mit bis 2005 kontinuierlich sinkender Tendenz; die von 2005 bis 2010 amtierende HTR-freundliche NRW-Landesregierung verstärkte die HTR-Forschung jedoch wieder. Nach längerer öffentlicher Diskussion beschloss der Aufsichtsrat des Forschungszentrums Jülich erst im Mai 2014, die HTR-Forschung in Jülich Ende 2014 einzustellen und die Versuchsstände stillzulegen.

Es gelang den Kugelhaufenbefürwortern ab 1988 trotz damals geltender Embargos gegen Südafrika und China, das Know-how in diese Länder zu transferieren. In Südafrika war ursprünglich ein kleiner Kugelhaufenreaktor (500 kW) für militärische Zwecke (Atom-U-Boot) geplant,was im Zusammenhang mit den Atomwaffen derApartheidregierungzu sehen ist.Nach dem Ende der Apartheid wurde daraus ein vollständig ziviles Projekt, das aber 2010 endgültig scheiterte.

In China wurde ein kleiner Kugelhaufenreaktor (HTR-10) nahePekinggebaut. Seit 2005 ist der HTR-10 nur noch selten in Betrieb, was von Kugelhaufenbefürwortern auf die Priorisierung des größeren Nachfolgereaktors HTR-PM zurückgeführt wird, von Kritikern aber mit technischen Problemen beim Kugelumwälzen in Verbindung gebracht wird.

Aufgrund der sehr reservierten Haltung der deutschen Energieversorger und der reaktorbauenden Industrie gegenüber Kugelhaufenreaktoren, die wesentlich durch den Misserfolg des THTR-300 verursacht ist, hat es nach dem THTR-300 keinerlei Renaissance dieser Technologie in Deutschland gegeben. Dennoch gibt es in Deutschland für Kugelhaufenreaktoren noch eine Lobby, zu der u. a. Eigner desWerhahn-Konzerns,dieLaRouche-Bewegung,einzelne konservative Politiker speziell aus Nordrhein-Westfalen,nationalkonservative Kreisesowie der frühere UmweltpolitikerFritz Vahrenholtund der ÖkonomHans-Werner Sinnzählen.

Versuche dieser Lobby, nach derNuklearkatastrophe von Fukushimadie Kugelhaufentechnologie unter dem Motto „Umsteigen statt Aussteigen “(gemeint ist der Umstieg auf angeblich sichere Kugelhaufenreaktoren) neu zu beleben, verpufften ohne nennenswerte Resonanz. Innerhalb der Kugelhaufenlobby ist die Bewertung des THTR-300 strittig: Während eine Gruppe große technische Schwierigkeiten beim THTR-300 und ihren Einfluss auf die Stilllegung einräumt sowie ein prinzipiell anderes Konzept verlangt,sehen andere im THTR-300 insgesamt einen Erfolg und sprechen von „rein politisch bedingter Stilllegung “.Dagegen spricht jedoch, dass seit Jahren weltweit kein neuer Kugelhaufenreaktor im Dauerbetrieb gehalten werden konnte.

Trockenkühlturm

Der THTR-300 war mit dem damals größtenTrockenkühlturmder Welt ausgerüstet. Am 10. September 1991 wurde der Kühlturm gesprengt. Ihn für das benachbarte Kohlekraftwerk Westfalen einzusetzen, war nicht praktikabel, da seine Luft-Wasserwärmetauscher schon beim Einsatz für den THTR-300 in der landwirtschaftlich genutzten Umgebung außerordentlich schnell verschmutzten, so dass das Kernkraftwerk zwischen den Reinigungszyklen zeitweise mit Teillast gefahren werden musste. Der Plan, ihn als technisches Denkmal zu erhalten, scheiterte an den Kosten.

Technische Daten
Bauart	Trockenkühlturm
Basisdurchmesser	141 m
Oberkante Seilnetzmantel	147 m
Höhe der Lufteintrittsöffnung	19 m
Höhe des Mastes	181 m
Durchmesser des Mastes	7 m
Wassermenge	31.720 m³/Stunde
Warmwassertemperatur	38,4 °C
Kaltwassertemperatur	26,5 °C

Daten des Reaktorblocks

Reaktorblock	Reaktortyp	Netto- leistung	Brutto- leistung	Baubeginn	Netzsyn- chronisation	Kommer- zieller Betrieb	Abschal- tung
THTR-300	Thorium-Hochtemperaturreaktor	296 MW	308 MW	1. Mai 1971	16. Nov. 1985	1. Juni 1987	29. Sep. 1988

Technische Daten	THTR-300
thermische Leistung	759,5 MW
elektrische Leistung	307,5 MW
Wirkungsgrad	40,49 %
Mittlere Leistungsdichte	6 MW/m³
Reaktorkern Höhe/Durchmesser	6 m / 5,6 m
Spaltstoff	235U
Höhe Reaktordruckbehälter	25,5 m
Durchmesser Reaktordruckbehälter	24,8 m
Masse des Spaltstoffs	344 kg
Brutstoff	232Th
Masse des Brutstoffs	6400 kg
Spaltstoffanteil am Schwermetall-Einsatz	5,4 %
Absorbermaterial	B4C
Kühlmittel	He
Eintrittstemperatur	250 °C
Austrittstemperatur	750 °C
Druck	39,2 bar (3,92 MPa)
Arbeitsmittel	H2O
Speisewassertemperatur	180 °C
Frischdampftemperatur	530 °C
Frischdampfdruck	177,5 bar (17,75 MPa)

Kritik

Trotz seiner Bezeichnung alsThorium-Reaktorgewann der Reaktor Energie im Wesentlichen aus der Spaltung von Uran-235: Zwar bestand sein Kernbrennstoff zu 90 % aus Thorium, aber dieses war zu weniger als 30 % an seiner Energieerzeugung beteiligt. Wegen

• der unzureichenden Wirtschaftlichkeit (u. a. weil kein Eingang der Betriebsergebnisse des AVR Jülich in das Planungsverfahren erfolgte),
• seiner problematischen Brennstoffversorgung (aufgrund 1977 gekündigter Verträge der US-Regierung mit EURATOM über die Lieferung vonhochangereichertem Uran (HEU)),
• der sehr hohen Baukosten (zwölffaches Überschreiten der ursprünglichen Planungen),
• seiner ungewöhnlich langen Bauzeit (16 Jahre),
• der unerwartet geringen Langzeitstandfestigkeit des Reaktorbehälters aus Beton,
• seiner Störanfälligkeit (Störungen im Mittel alle drei Tage),
• seiner problematischen Betriebsführung (u. a. Versuche, Störfälle zu verschleiern) und
• seines unbefriedigenden (regelmäßige Betriebspausen alle sechs Wochen) und kurzen Betriebs

gilt er vielfach als eines der größten technischen Debakel im Nachkriegsdeutschland.

Literatur

• B. G. Brodda, E. Merz:Gas-chromatographische Überwachung des Extraktionsmittels bei der Wiederaufarbeitung von HTR-Brennelementen.In:Fresenius' Zeitschrift für Analytische Chemie.273, 1975, S. 113,doi:10.1007/BF00426269.
• Überlegung zur Weiterführung der Hochtemperatur-Reaktorlinie aus der Sicht der VEW. Vortrag am 13. November 1981 im Ministerium für Wirtschaft, Mittelstand und Verkehr des Landes Nordrhein-Westfalen in Düsseldorf. In: Westfälische Wirtschaftsgeschichte. Quellen zur Wirtschaft, Gesellschaft und Technik vom 18. bis zum 20. Jahrhundert. Hrsg. von Karl-Peter Ellerbrock. Münster, 2017,ISBN 978-3-402-13171-8,S. 692–693.

Weblinks

Commons:THTR-300– Sammlung von Bildern

• Hochtemperatur-Kernkraftwerk GmbHInternetauftritt der Betreiber
• Verbaut, verschweißt, vergessen. 1,5 Kilo Atomschrott unter fünf Metern Beton: Der 1989 abgeschaltete Thorium-Hochtemperaturreaktor in Hamm-Uentrop ist sein eigenes ZwischenlagerArtikel in:die tageszeitung,1. Februar 2005
• Kühlturm des Kernkraftwerks Schmehausen.In:Structurae
• Sichtweise der THTR-Kritiker

Einzelnachweise

Kernkraftwerkein derBundesrepublik Deutschland