3-5 Megatonnenexplosion bei Tschernobyl möglich?

Honigesser · Gast

In einer Doku über Tschernobyl (Titel: Tschernobyl!) wird behauptet, daß es im AKW Tschernobyl fast eine zweite noch viel größeren Explosion hätte geben können, die einer Sprengkraft von einer 3-5 Megatonnen Atombombe entsprochen hätte, wäre das flüssige Brennstoff/Graphitgemisch mit dem Wasser, das sich unterhalb des Reaktors gesammelt hat, in Kontakt gekommen.

Kann mir jemand erklären, wie eine derartige Explosion bei einem AKW zustande kommen soll?
Ich dachte bisher, daß für Nuklearexplosionen der Anteil an spaltbarem Uran 235 auf über 90 % angereichert werden muß, damit es bei einer gegebenen kritischen Masse überhaupt zu einer nuklearen Explosion innerhalb eines Augenblicks kommen kann.
Wie soll das also bei einem Nuklearreaktor möglich sein, dessen Anteil an Uran 235 bestenfalls nur aus ca. 4-5 % angereichertem Uran 235 besteht?

franz · Anmeldungsdatum: 04.04.2009 Beiträge: 11583

Kurz.
Das wichtigste in diesem Text: Das Wörtchen "fast".
Kernreaktoren sind keine Kern(explosions)waffen und umgekehrt.

TheBartman · Anmeldungsdatum: 09.07.2009 Beiträge: 482

Der Brennstoff im Tschernobylreaktor war ja gar nicht angereichert. Das ist der Vorteil der Graphitmoderation, man muss nicht anreichern und das macht das Verfahren billiger.

Etwas genaues zu deiner Doku sagen kann ich nicht, da mir einfach die Infos fehlen. Anhand deiner Zusammenfassung halte ich das aber für Sensationsgehabe.
Eine Explosion dieser Größenordnung ist für mich schwer vorstellbar, aber das eben nur unter Vorbehalt.

Was wurde denn getan, damit dieser Fall nicht eintritt?

dermarkus · Administrator Anmeldungsdatum: 12.01.2006 Beiträge: 14788

TheBartman · Anmeldungsdatum: 09.07.2009 Beiträge: 482

dermarkus · Administrator Anmeldungsdatum: 12.01.2006 Beiträge: 14788

Ich habs nicht selber nachgerechnet, ob man da wirklich auf 3-5 Megatonnen TNT kommt. Dass allerdings ziemlich viel Wärmeenergie in so einer Tschernobyl-Schmelze gesteckt haben kann, die durch längeres Ablaufen der Kernspaltungs-Kettenreaktion ohne entsprechende Wärmeabfuhr angesammelt wurde, halte ich für plausibel.

Massnahmen, die man in Tschernobyl getroffen hat, um das abzuwenden, waren Einsperren und Kühlen. Einsperren in dem Sinn, dass man soweit ich mich erinnern kann eine zusätzliche dicke Betonschicht untendrunter unter den betroffenen Reaktor eingebaut hat, also zwischen den Reaktor und das Grundwasser. Und zum Kühlen hat man unter dem Reaktor nach dem Unglück einen Stickstoff-Kühl-Kreislauf installiert.

(Dass man Material wie Blei, Bor, Sand, Lehm draufgekippt hat und einen Sarkophag drübergebaut hat, ebenfalls zum Einsperren des Radioaktiven Materials darin, ist ja glaube ich schon breiter bekannt.)

Leonardo vom Winde · Anmeldungsdatum: 24.02.2011 Beiträge: 237 Wohnort: Dritter Planet

Hi,
also ich habe mit dem Megatonnen-Wasserdampfexplosionen ein Verständnisproblem. Wenn ein heißes Objekt in Wasser eintaucht, entsteht um das Objekt eine Wasserdampfschicht die den Wärmeaustausch doch stark einschränkt. Wenn heiße Lava ins Meer fließt, entstehen doch auch keine Explosionen:

http://www.youtube.com/watch?v=qiVVvQ9SVfc&feature=related

Was in Fukushima passieren kann wenn der Reaktorbehälter durch schmilzt,
ist, das der Sicherheitsbehälter durch den Dampfdruck zum Bersten gebracht wird. Je nachdem wie er platzt wird das Wasser wie in einen Geysir entweichen.

In Tschernobyl gab es gar keinen Sicherheitsbehälter der noch hätte platzen konnten.

Leo

dermarkus · Administrator Anmeldungsdatum: 12.01.2006 Beiträge: 14788

Je allmählicher und sanfter der Kontakt mit dem Wasser erfolgt, um so weniger kommts natürlich zu einer Explosion. Wenn bei Lava komplett drumrum Meerwasser ist, erwärmt sich das viele Wasser allmählicher, als wenn etwas weniger Wasser plötzlicher erwärmt wird.

Auf heiße Brennstäbe Wasser draufzusprühen ist ja auch ohne Explosion denkbar. Schwallweise draufkippen könnte da je nach Temperatur und Wassermenge eher kritisch sein.

All das soll aber keinen dazu verleiten, am eigenen Leib auszuprobieren, wie man am besten Wasser auf eine heiße Ölpfanne draufkippt, um Hoffnung zu haben, sich dabei möglichst wenig zu verbrühen. In der Küche lässt man die Pfanne erst abkühlen, und spült sie dann erst später mit Wasser.

Je plötzlicher Wasser erwärmt wird, und je weniger leicht der viele dabei produzierte Wasserdampf entweichen kann, um so heftiger kann so etwas ablaufen.

TheBartman · Anmeldungsdatum: 09.07.2009 Beiträge: 482

dermarkus · Administrator Anmeldungsdatum: 12.01.2006 Beiträge: 14788

Nicht verwechseln:

Die in diesem Thread thematisierte Explosion ist weder eine nukleare Explosion noch eine Knallgasexplosion.

Sondern, wie oben schon gesagt, ein schlagartiges Verdampfen von Wasser. Weil gasförmiger Wasserdampf so viel mehr Volumen einnimmt als flüssiges Wasser, kann das so explosionsartig erfolgen.

TheBartman · Anmeldungsdatum: 09.07.2009 Beiträge: 482

DrStupid · Anmeldungsdatum: 07.10.2009 Beiträge: 5038

Ich habe die Reportage auch gesehen und mich ebenso über diese Behauptung gewundert. Da unter anderem auch Gorbatschow davon gesprochen hat, der damals am Krisenmanagement beteiligt war und deshalb die Einschätzung der zuständigen Experten aus erster Hand kennt, gehe ich davon aus, dass es sich nicht um eine pure Erfindung handelt. Auch der die Art und Weise, in der damals Menschen verheizt wurden, um das Schlimmste zu verhindern, spricht dafür, dass man mit einer Katastrophe von apokalyptischen Ausmaßen gerechnet hat.

Es besteht auch kein Zweifel, dass zum Erreichen der 3-5 Megatonnen TNT-Äquivalent der komplette verbliebene Reaktorkern wie eine Atombombe hätte detonieren müssen. Dazu kann ich mir nur ein Szenario vorstellen (das ist aber für extrem unwahrscheinlich halte):

Zunächst müsste man annehmen, dass es im geschmolzenen Kern zu einer Entmischung der Komponenten gekommen ist, in der das Spaltmaterial in relativ hoher Konzentration möglichst nahe unter dem moderierenden Graphit und möglichst weit von allen Neutronenfängern entfernt liegt. Ob und wie das möglich ist, lasse ich mal dahingestellt.

Wenn nun, wie damals befürchtet, der rund 3000°C heiße Kern durch den Boden bricht und als Ganzes in das darunter angesammelte Löschwasser fällt, dann würde es zunächst zu einer gewaltigen Dampfexplosion kommen. Die Druckwelle dieser Detonation würde den Kern verdichten und gegen den Moderator pressen. Gleichzeitig würde der hoch verdichtete Wasserdampf auch selbst als Moderator wirken.

Wie kurz vor der Explosion, die ursprünglich zur Zerstörung des Reaktors geführt hat, würde es auch jetzt zu einer unkontrollirten Kettenreaktion kommen. Anders als beim ersten Mal wird der Kern durch die Wasserdampfexplosion aber nicht zerrissen, sondern sogar noch stärker verdichtet, weil die Explosion nicht im Kern, sondern darunter stattfand und die Verdichtung von oben viel stärker ist, weil inzwischen tausende Tonnen Material darauf geworfen wurden. Selbst wenn die Kettenreaktion dadurch nur um eine Nanosekunde länger läuft, würde das im Vergleich zur ersten Explosion bereits zu einer 100000fach höheren Leistung führen (wobei die Moderation und Verdichtung noch gar nicht berücksichtigt sind).

Bis hier hin wäre das erst einmal nur eine Atomare Verpuffung, weil der Kern durch den Leistungsanstieg explosionsartig verdampfen und expandieren würde, wobei die kritische Masse wieder unterschritten und die Kettenreaktion gestoppt wird. Es gibt kein Material, dass den dabei auftretenden Drücken standhalten und das Spaltmaterial zusammen halten könnte, bis sich die Verpuffung zu einer Detonation steigert. Bei Atombomben erreicht man dies nur durch die Druckwelle einer chemischen Detonation.

Eine hinreichend starke Detonation haben wir hier aber nur unterhalb des Reaktorkerns und nicht an den Seiten und darüber. Allerdings liegen dort Unmengen an Material, das dem expandierenden Reaktorkern allein durch seine Trägheit genügend Widerstand entgegensetzen könnte. Mit einem solchen Trägheitseinschluss könnte der Kern vielleicht wirklich wie eine Atombombe detonieren und dabei den Großteil seines Spaltmaterials in Sekundenbruchteilen verbrennen.

Aber wie ich schon sagte, halte ich das für extrem unwahrscheinlich. Möglicherweise ist das Ganze auch nur ein Missverständnis. Es könnte nämlich sein, dass mit den 3-5 Megatonnen gar nicht die erwartete Sprengkraft gemeint war. Vielleicht erwartete man stattdessen die Explosion als schmutzige Bombe mit dem Fallout einer 3-5 Megatonnen-Atombombe.

magician4 · Anmeldungsdatum: 03.06.2010 Beiträge: 914

einfach nur zur info:

(a) megatonnen: weder durch verdampfendes wasser vs. 20, 30, 40 tonnen schmelze bei ~ 3000°C (modell "druckkessel-bersten") noch durch zusaetzliche / alternative chemische reaktion (infolge dann knallgasreaktion) bekommt man 3-5 megatonnen zusammen

(b) neutronenfaenger, "entmischung": bei hinreichend sauerstoff-zutritt wird bor zu bortrioxid oxidiert. dieses ist bei den genannten temperaturen sodann gasfoermig (sdp. ~ 2300°C / 1 bar) , verlaesst das geschehen mithin richtung kuehlerer gefilde

...falls dies der weiteren eroerterung sachdienlich sein koennte

gruss

ingo

dermarkus · Administrator Anmeldungsdatum: 12.01.2006 Beiträge: 14788

Hm, also versuch ich doch mal eine grobe Abschätzrechnung, um zu schauen, ob die Größenordnung irgendwie realistisch sein kann.

1 kT (Kilotonne TNT) = 4,184 · 10^12 J
http://de.wikipedia.org/wiki/TNT-%C3%84quivalent

Modell: Thermische Energie der heißen Schmelze macht ein plötzliches Wasserverdampfen.

mit

c = spezifische Wärmekapazität der Schmelze irgendwo bei 1 bis 10 J/(g*K)

m = Masse der heißen Schmelze, irgendwo bei 100 t bis 1000 t = 10^8 bis 10^9 g

Delta T = Temperaturdifferenz der Schmelze, irgendwo zwischen 1000 K und 10000 K

Das ergibt eine freigesetzte Wärmeenergie von 10^11 J bis 10^14 J, also ganz grob zwischen 0,1 Kilotonnen TNT und 0,1 Megatonnen TNT.

Allein durch Wärmeenergie kommt man also sicher nicht, oder nicht ganz, in die Größenordnung von einigen Megatonnen TNT.

Ob die da in dem Modell, das da in dem Fernsehbeitrag scheinbar zitiert wurde, zusätzlich noch irgendwelche chemischen Energiefreisetzungen (vielleicht liefert die Dissoziation von Wasser in Wasserstoff und Sauerstoff bei hohen Temperaturen ja zusätzliche Energie oder so?) oder Zusatzeffekte wie von DrStupid angesprochen mit enthalten sein sollen?

Irgendwie so etwas Zusätzliches bräuchte man da noch in den Modellannahmen für so eine Rechnung, sonst wären die 3-5 Megatonnen TNT also doch ein gutes Stück zu hoch geschätzt.

Die werden sich doch nicht etwa einfach nur versprochen haben und zum Beispiel "3-5 Kilotonnen" statt "3-5 Megatonnen" gemeint haben grübelnd

Honigesser · Gast

dermarkus · Administrator Anmeldungsdatum: 12.01.2006 Beiträge: 14788

Danke, Honigesser, für den Youtube-Link zu dieser Reportage!

Da ist in der Tat die Rede von einer Explosion mit einer Stärke von 3-5 Megatonnen (TNT), die dadurch ausgelöst hätte werden können, dass ca. 1400 kg Schmelze (Uran-Graphit-Gemisch) auf Wasser treffen (Löschwasser, das sich im Reaktorgebäude unter dem Reaktorkern-Behälter befand).

Abgewendet wurde diese zweite Explosion dadurch, dass man das Löschwasser unten im Gebäude abpumpen konnte, bevor die Schmelze sich bis dorthin durchgefressen hatte.

Mit diesen Daten können die dann sicher nicht eine reine Wasserdampf-Erzeugungs-Explosion gemeint haben, die würde grob 5 Größenordnungen weniger an Energie freisetzen als die genannten 3-5 Megatonnen TNT.

Jacky · Gast

Ich habe nicht das ganze Forum gelesen, vielleicht ist das also ein doppel-post, aber es wäre nicht die Thermische explosion an sich gewesen, welche dieses Ausmass gehabt hätte, nein, aber sie hätte die nebenan liegenden Reaktoren auch zerstört und die waren in vollem Betrieb.

Trace · Gast

Bevor ihr euch weiter über thermonukleare Explosionen im Zusammenhang mit Atomkraftwerken unterhaltet, macht euch bewusst (z.B. durch Wikipedia), dass unter KEINEN Umständen eine Kernwaffenexplosion in einem Atomkraftwerk möglich ist!!!!!
Explosionen in einem AKW haben NICHTS mit Kernwaffenexplosionen zu tun.

Eine mögliche Kernwaffenexplosion ist ein sehr gern genutztes Argument von Atomkraftgegnern die nicht wissen wovon sie reden.

Zum einen ist das verwendete spaltbare Material in einem AKW nicht geeignet, zum anderen wird die kritische Masse nicht erreicht, selbst nicht durch eine Havarie. Ausserdem fehlen noch einige andere technische und physikalische Gegebenheiten.

Entweder hat jemand bei der Einheit einen Fehler gemacht oder aber sie meinten, dass die Menge des radioaktiven Materials einer Explosionskraft von 3-5 Megatonnen ergeben würde, WÄRE das Material waffenfähig.
Ausserdem sind 3-5 Megatonnen nicht gleichwertig mit einer Wasserstoffbombe (ab 10 Megatonnen).

Lichtbogen · Anmeldungsdatum: 03.09.2014 Beiträge: 8

Hi,

Trace · Gast

franz · Anmeldungsdatum: 04.04.2009 Beiträge: 11583

Zu den angesprochenen Havarien gibt es inzwischen umfangreiche Dokumentationen. Ansonsten würde ich eher die entsprechenden "Jubiläen" abwarten und das "Pulver" nicht vorzeitig vergeuden.
Teufel

Trace · Gast

DrStupid · Anmeldungsdatum: 07.10.2009 Beiträge: 5038

asdadad · Gast

Ich kann mir nicht vorstellen, wie man weder konventionell noch durch eine unkontrolliert gestartete Kernspaltung eine Explosion der Größenordnung von einigen MEGAtonnen erreichen kann. Dafür müsste man einen unglaublich hohen Druck haben, welcher auch noch auf eine sehr spezifische Art und Weise räumlich und zeitlich verteilt ist. EIne Explosion der Größenordnung von einigen Kilotonen wäre schon sehr "optimisch", aber Megatonnen?

DrStupid · Anmeldungsdatum: 07.10.2009 Beiträge: 5038

asdasdasdd · Gast

Trace · Gast

Timm K · Gast

moin moin,was passiert denn wenn zb eine 15 Kilo Tonnen
Atom Bombe in die Ruine schlägt,entstehen da merkwürdige neue
Substanzen fr zb durch das viele bor,blei usw.Dann wollte ich noch wissen
wenn der Wind günstig steht zb richtung Moskau was kommt dort runter fr
daran haben schon andere gedacht und das bestimmt schon genau berechnet
aber im g-netz habe ich nichts gefunden

Shadow0641 · Gast

Nur eine kleine Eingabe. Wasser, welches schlagartig auf über 100 Grad Celsius erhitzt wird, expandiert zum 1.200-fachen seiner Ursprungsgröße. Deshalb kann die Energie von 3-5 Megatonnen erreicht werden. Wir müssen die Wärme zur vorhandenen Menge an Wasser betrachten. Dabei geht es nicht um das nukleare Material an sich, sondern nur seine exothermische Leistung.

Ich · Anmeldungsdatum: 11.05.2006 Beiträge: 913 Wohnort: Mintraching

Shadow0641 · Gast

Und was gibt daran keinen Sinn. Letztlich geht es bei der Detonation nicht um eine der nuklearen Art, sondern um eine thermische Explosion. Und um es zu verdeutlichen, habe ich einfach mal das Expansionsvolumen von Wasser hinzugefügt. Die Problematik bestand doch darin, das sich die extrem heiße Schmelze auf den Weg Richtung Wasser gemacht hat. Wäre sie auf die unzähligen Kubikmeter Wasser getroffen, dann hätte es die Detonation dieses Ausmaßes gegeben. Was ergibt also keinen Sinn? Ich wäre froh über eine adäquate Antwort deinerseits. Danke.

TomS · Moderator Anmeldungsdatum: 20.03.2009 Beiträge: 17999

Wenn eine Explosion einer bestimmten Stärke = einer bestimmten Menge freigesetzter Energie stattfindet, dann muss diese Energie ja zuvor in anderer Form irgendwo gespeichert gewesen sein. Wenn also die Explosion von Knallgas, Kohlenstaub u.ä. ein TNT-Äquivalent von 3 - 5 Mt hat, dann müssen diese 3 - 5 Mt irgendwo herkommen.

Frage: wo genau soll diese Energie herkommen, wenn nicht aus einer nuklearen Reaktion?

Die stärkste bisher gebaute Fissionsbombe erreich keine Megatonne. Für dieses TNT-Äquivalent ist eine Fusions- also Wasserstoffbombe notwendig.

Offensichtlich ist bei einem gewöhnlichen Kernreaktor also keine geeignete Energiequelle vorhanden - und daher ist der Beitrag sinnlos.

Ich · Anmeldungsdatum: 11.05.2006 Beiträge: 913 Wohnort: Mintraching

DrStupid · Anmeldungsdatum: 07.10.2009 Beiträge: 5038

jh8979 · Moderator Anmeldungsdatum: 10.07.2012 Beiträge: 8575

Kurze Idee:

"Die stärkste konventionelle Explosivwaffe der US-Armee, GBU-43/B Massive Ordnance Air Blast, erreicht 11 Tonnen TNT-Äquivalent Sprengkraft bei einem Eigengewicht von etwa 7 Tonnen."
https://de.wikipedia.org/wiki/TNT-Äquivalent
-> Wenn ich 3-5 Mt Äquivalent erhalte (6 Größenordnungen mehr!), durch "heissen Kram in Wasser schmeissen", dann würde ich mir doch alle anderen Sachen fast schenken können....

DrStupid · Anmeldungsdatum: 07.10.2009 Beiträge: 5038

Es gibt ein paar wesentliche Unterschiede zwischen einer konventionellen Bombe mit 7 t Gesamtmasse und 200 t Kernbrennstoff + tausende Tonnen Verdämmung.

Erichn · Anmeldungsdatum: 26.07.2018 Beiträge: 2

rem · Gast

Was ich hier witzig finde: ihr rechnet brav aus, was unter dem Havarie-Reaktor passieren könnte, beachtet aber nicht, ob die mögliche und vor allem stärkere Explosion die drei weiteren Reaktoren hätte beschädigen können. Dann hätten wir die vierfache Menge an freiliegenden Kernbrennstoff. Kommt hinzu, dass durch jede Explosion vom havarierten Reaktor deutlich mehr Partikel in die Luft gestreut werden - egal wie stark die Explosion gewesen wäre. Dort Taucher reinzuschicken, und das Wasser abzupumpen war eine richtige Entscheidung.

Ach und der Vergleich mit Kernwaffen in Tonnen TNT ist definitiv absurd. Hiroshima ist bewohnt, wohingegen in Tschernobyl in 20 000 Jahren noch kein Schwein freiwillig hinziehen will.

franz · Anmeldungsdatum: 04.04.2009 Beiträge: 11583

BorisLegassov · Anmeldungsdatum: 08.01.2020 Beiträge: 1