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1979: Zehn Jahre nach dem Unfall in Lucens legte die „Kommission für die Untersuchung des Zwischenfalles im Versuchs-Atomkraftwerk Lucens“ (UKL) unter Leitung von Andreas Fritzsche, dem technischen Direktor des Eidgenössischen Instituts für Reaktorforschung EIR in Würenlingen, ihren Schlussbericht vor.
Der „Zwischenfall“, wie die Autoren den Unfall vom 21. Januar 1969 bezeichnen, sei „mit sehr grosser Wahrscheinlichkeit“ mit dem „zeitweise gestörten Verhalten der Wellendichtungen an den Hauptumwälzgebläsen des Reaktorkühlmittels (Kohlensäuregas: CO2)“ zu erklären, heisst es im UKL-Bericht. Die Untersuchung förderte die Erkenntnis zutage, dass die VAKL-Betreiber am 21. Januar 1969 ohne ihr Wissen einen stark beschädigten Reaktor in Betrieb nehmen wollten. Dieser enthielt nämlich Brennstäbe, deren Magnesiumhüllen durch Wassereinfluss stellenweise vollständig korrodiert waren. (Zum französischsprachigen Videointerview mit dem ehemaligen Direktor des VAKL.)
Wasser lässt Magnesiumhüllen korrodieren
Die UKL konnte die Vorgänge im Reaktor vor und während des Unfalls unter anderem durch Analyse der beschädigten Teile detailliert rekonstruieren. Dazu gehörte auch die Klärung der Frage, wie das Wasser, das schliesslich zur Korrosion führte, in den Primärkreislauf der Kraftwerks hatte eindringen können. Das musste bei den Revisions- und Umbauarbeiten seit dem 24. Oktober 1968 passiert sein. Bei diesen Arbeiten sollten die Abdichtungen der Umwälzgebläse für das Kühlgas, die den Technikern seit langem Probleme bereiteten, in einen einwandfreien Zustand gebracht werden. Dabei müssen mehrere Liter Sperrwasser aus den wassergeschmierten Gleitringdichtungen in den Primärkreislauf gelangt sein.
Bei einem Probelauf mit dem Gebläse am 11. Dezember 1968 wurde das Wasser dann in einzelne Brennelemente befördert, unter anderem in das Brennelement 59. Die Hüllrohre der Brennstäbe von Brennelement 59 waren in der Folge bis zum 17. Januar 1969, wenige Tage vor dem Reaktorstart, dem Wasser ausgesetzt. Das Wasser liess die Magnesiumhüllen, die die Brennstäbe aus Uranmetall ummantelten, korrodieren. Stellenweise wurde das Hüllrohr vollständig zersetzt. Die Korrosionsprodukte lagerten sich in erster Linie im unteren Teil des Brennelements ab und verstopften dort die Kanäle für den Durchfluss des Kühlgases.
Zwei Explosionen in kurzer Folge
Als der Reaktor bei der Inbetriebnahme am 21. Januar 1969 die Leistung von 12 MW erreichte, stand aufgrund der Verstopfung zuwenig CO2 zur Kühlung des Brennelements 59 zur Verfügung. In der Folge kam es in mehreren der sieben Brennstäbe von Brennelement 59 zu einer Überhitzung, die zunächst niemand bemerkte, da nicht jedes Brennelement mit einem Temperaturfühler im Uran ausgerüstet war. Bei gut 600 Grad schmolz schliesslich die Magnesiumhülle des zentral angeordneten Brennstabs und wenig später auch das darin enthaltene Uranmetall. Es bildet sich eine Säule aus flüssigem Metall (unten das schwere Uran, oben Magnesium). Der Schmelzvorgang erfasste auch die benachbarten Brennstäbe. Schliesslich begann das Metall im Kühlmittel CO2 zu brennen, was zu einer massiven Abgabe radioaktiver Spaltprodukte in das Kühlmittel führte und die automatische Schnellabschaltung des Reaktors auslöste.
Damit ist zwar die nukleare Kettenreaktion gestoppt, nicht aber der Brand von Brennelement 59. Dieser setzte sich fort und führte zu einer Aufheizung der Graphitsäule, die die Brennstäbe einfasste. Die Graphitsäule wurde durchgebogen, berührte das umgebende Druckrohr, überhitzte es und liess es bei 700 bis 800 Grad unter dem Innendruck von 50 b bersten. Die Explosion brachte zuerst eine der fünf Berstmembranen des Moderatortanks zum Brechen. Durch diese Öffnung wurde 1100 kg schweres Wasser, Uran-Magnesium-Schmelze und radioaktiv kontaminiertes Kühlgas in die Reaktorkaverne geschleudert.
Etwa eine Sekunde später führte eine chemische Reaktion zwischen schwerem Wasser (Moderator) und dem flüssigen Metall zu einer zweiten Explosion. Der Druckstoss führte zum Festklemmen der – zu diesem Zeitpunkt bereits eingefallenen – Steuerstäbe, tangierte hingegen nicht die (durch verstärkte Kalandriarohre) besonders geschützten Sicherheitssteuerstäbe. Der Druck liess jetzt auch die anderen vier Berstmembranen des Moderatortanks bersten und führte abermals zu einem Auswurf radioaktiver Stoffe in die Reaktorkaverne. Dieser Vorgang setzte sich in den folgenden Minuten fort, bis die Dekompression des Primärkreislaufs in die Reaktorkaverne abgeschlossen war.
Der Unfall im Versuchskraftwerk Lucens erfuhr im Nachhinein unterschiedliche, durchaus auch kritische Bewertungen.