Das bayerische Kernreaktor-Fernüberwachungssystem (KFÜ)

Was ist das KFÜ?

Das bayerische Kernreaktor-Fernüberwachungssystem (KFÜ) ist ein automatisches Messnetz, das aus den kerntechnischen Anlagen in Bayern, d.h. aus den Kernkraftwerken und einem Forschungsreaktor kontinuierlich (rund um die Uhr) wichtige, die Radioaktivität in diesen Anlagen betreffende Messdaten nach Augsburg in die Messnetzzentrale im LfU per Datenfernübertragung sendet.

Weiter werden Daten zu den meteorologischen Verhältnissen an den Standorten und zur Gamma-Dosisleistung in deren näheren und weiteren Umgebung ausgewertet. Alle Messdaten werden unabhängig vom Betreiber der Anlage übertragen. Neben den Betreiber-Messdaten werden auch Ergebnisse von LfU-eigenen Messgeräten nach Augsburg gesandt.

Im LfU werden diese Messdaten automatisch und zusätzlich durch visuelle Kontrolle überprüft, unter anderem auf die Überschreitung von sehr niedrig eingestellten Alarmschwellen (auch außerhalb der normalen Arbeitszeit, siehe "Die Früherkennungsfunktion des KFÜ") und für weitere Auswertungen gespeichert.

Übrigens: Das bayerische KFÜ war das erste System weltweit seiner Art! Es wurde bereits 1978 mit seiner damalig ersten Generation in Betrieb genommen. Seit Sommer 2001 ist die dritte Generation des Systems Betrieb.

Warum wurde das KFÜ errichtet?

Das "Gesetz über die friedliche Verwendung der Kernenergie und den Schutz gegen ihre Gefahren", kurz Atomgesetz (AtG), sagt in seinem § 19, dass der Betrieb von Kernreaktoren der staatlichen Aufsicht unterliegt (Gesetzeswortlaut abgekürzt). Das KFÜ wurde daher errichtet, um ein Mittel zur ständigen (rund um die Uhr) Aufsicht über die dem AtG unterliegenden Kernreaktoren für die Aufsichtsbehörden (LfU und Umweltministerium) zur Verfügung zu stellen (siehe "Die Aufsichtsfunktion des KFÜ").

Weiter wurde es errichtet, um möglichst frühzeitig über eventuelle Unregelmäßigkeiten und Störungen unterrichtet zu sein. Dies geschieht unter anderem durch eine Alarmierung, wenn niedrig eingestellte Alarmschwellen überschritten werden. Auch kann das KFÜ die radiologischen (= die Radioaktivität betreffenden) Auswirkungen auf die Umgebung des Kernreaktors und damit auf die Bevölkerung bei einem, wenn auch sehr unwahrscheinlichen Störfall berechnen (siehe "Die Früherkennungsfunktion des KFÜ" und "Die Kurzzeitausbreitungsrechnung").

Durch das KFÜ kann die bayerische Bevölkerung sicher sein, dass der Betrieb der Kernkraftwerke und der des Forschungsreaktors ständig durch die Behörden überwacht wird und dass auch geringste Abweichungen vom sogenannten Normalbetrieb diesen Aufsichtsbehörden sofort zur Kenntnis gelangen. Dies soll auch die Abbildung auf der Startseite demonstrieren: Das KFÜ ist so empfindlich eingestellt, dass es kleinste Schwankungen am "radioaktiven Puls" des Kernkraftwerkes oder des Forschungsreaktors bemerken kann.

Wo misst das KFÜ?

Das KFÜ misst an allen Kernkraftwerken in Bayern und am Forschungsreaktor München II.

Es sind dies im Einzelnen:

Tabelle kerntechnische Anlagen in Bayern
Anlage Abkürzung Standort In-
betrieb-
nahme (Jahr)
Reaktortyp Leistung in
Megawatt elektrisch
Kernkraftwerk Isar 1
KKI 1
Essenbach
1977 Siedewasser
912 *)
Kernkraftwerk Isar 2
KKI 2
Essenbach
1988 Druckwasser
1475
Kernkraftwerk Grafenrheinfeld
KKG
Grafenrheinfeld
1982 Druckwasser
1345
Kernkraftwerk Gundremmingen
KRB II
Gundremmingen
1984 Siedewasser,
Doppelblock
2 x 1344
Forschungs-
reaktor München II
FRM 2
Garching
2003 schwer-
wasser-
moderiert
20 **)

*) abgeschaltet seit 2011

**) thermische Leistung; keine Stromerzeugung

Die Lage der obigen kerntechnischen Anlagen in Bayern können Sie auch der Bayernkarte mit Kernkraftwerks- bzw. Forschungsreaktorstandorten entnehmen.

Das Konzept des bayerischen KFÜ

Das Konzept des bayerischen KFÜ kann mit folgendem Schlagwort zusammengefasst werden:

"Redundantes Radiologie-Konzept"

Was bedeutet Radiologie-Konzept?

Das KFÜ wird als Mittel der behördlichen Aufsicht über kerntechnische Anlagen (siehe "Die Aufsichtsfunktion des KFÜ"), insbesondere zur Früherkennung von Störungen (siehe unten und "Die Früherkennungsfunktion des KFÜ") verwendet. Es beschränkt sich darauf, vornehmlich die radiologischen (= die Radioaktivität betreffenden) Messwerte in der Anlage zu erfassen und in das LfU zu übertragen. Gerade diese radiologischen Aspekte sind ja wegen der möglichen (wenn auch nicht sehr wahrscheinlichen und im Normalbetrieb äußerst geringfügigen) Auswirkungen auf das Betriebspersonal, die Umgebung der Anlage und damit auf die Bevölkerung von besonderem Interesse. Das heißt, gerade die Messwerte bezüglich möglicher Freisetzungen (Emissionen) aus der Anlage, also über Abluft und Abwasser, sind für die Erfassung wichtig.
Andere Messwerte, die den sonstigen Betriebszustand der Anlage betreffen, wie z.B. der Stand der momentanen Energieerzeugung im Kernkraftwerk, Zustandsgrößen in den Kreisläufen, etc., die geringe radiologische Bedeutung haben, werden nur in wenigen Ausnahmefällen übertragen. Das bedeutet aber auch, dass der Betreiber nach wie vor selbst für den Betrieb seiner Anlage voll verantwortlich ist. Durch die behördliche Überwachung mittels des KFÜ wird seine Eigenzuständigkeit in keiner Weise gemindert.

Wieso redundant?

Das KFÜ überwacht den radiologischen Zustand der Anlage nicht nur dadurch, dass es Messwerte der Betreiber-Messgeräte erfasst und überträgt. Das LfU hat auch eigene Messgeräte in den Anlagen und deren Umgebung in Betrieb, und zwar für die wichtigen Messgrößen:

  • Aerosol-Aktivitätskonzentration
  • Iod-Aktivitätskonzentration
  • Edelgas-Aktivitätskonzentration
  • Hochdosisleistung
  • Gamma-Dosisleistung: Betriebsgelände und nähere Umgebung

Ausnahme: Im Forschungsreaktor sind keine LfU-Messgeräte außer für Gamma-Dosisleistung Betriebsgelände und nähere Umgebung

Das LfU kann also wichtige radiologische Messgrößen betreiberunabhängig und mehrfach, d.h. redundant erfassen.

Im folgenden Schema wird das Konzept des bayerischen KFÜ nochmals zusammengefasst:

Tabelle Redundantes Radiologie-Konzept
Radiologie Redundanz
  • Überwachung der Emissionen über Abluft / Abwasser, Dosisleistungen, etc.,
  • Immissionsmessungen (Messringe in der Umgebung der Anlage (stationär: 12 ODL-Sonden, 1 pro Sektor) + 4 mobile ODL-Sonden)
  • Überwachung von nur wenigen Betriebsparametern mit radiologischer Bedeutung: z.B. Neutronenfluss, Aktivität Kondensatorabsaugung, etc.
  • Normalbetrieb und Ereignisfall:
    • Niedrige Alarmschwellen: ca. 10% der Tagesgenehmigungsgrenzwerte
    • Meteorologiedaten,
    • eigene Kurzzeitausbreitungsrechnung,
    • Anschluss an deutschlandweite Ausbreitungsrechnung RODOS
    • Störfallinstrumentierung des Betreibers angeschlossen (Emissionen, Druckentlastung)
  • Neben den Betreiber-Messgeräten Einsatz eigener LfU-Messgeräte für: Edelgas-, Iod- und Aerosol-Emissionen, Hochdosisleistung, Dosisleistung Betriebsgelände und "Umgebung" (meist Meteogelände)
  • Redundante LfU-Messstationsrechner (MSR A / B) auf Betreibergelände zur Datenassimilation und Steuerung der Übertragung aller KFÜ-Daten
  • ISDN-Leitung und Digitale Standleitung zur Datenübertragung ins LfU Augsburg
  • Redundante Rechner in der KFÜ-Messnetzzentrale
    im LfU Augsburg

Hinweis: Es ist nicht beabsichtigt, den genauen Betriebszustand der Anlage nachzubilden:
Die Verantwortung für den Betrieb der Anlage verbleibt voll und ganz beim Betreiber!

Die Früherkennungsfunktion des KFÜ

Das KFÜ wurde vor allem deswegen errichtet, damit die Aufsichtsbehörden (Umweltministerium und LfU) möglichst sofort auch über kleinste Abweichungen vom "Normalbetrieb" unterrichtet sind. Dies gilt natürlich umso mehr für den -wenn auch sehr unwahrscheinlichen Fall- eines Stör- oder Unfalles im Kernkraftwerk.

Wie wird diese Aufgabe der Früherkennung gelöst?

Die wichtigsten radiologischen Messwerte, sowohl die von den Betreibergeräten gewonnenen Daten, als auch die von den LfU-eigenen Messgeräten (siehe "Das Konzept des bayerischen KFÜ"), werden laufend auf die Überschreitung von Alarmwerten überprüft. Das heißt, wenn ein Messwert diese Alarmschwelle überschreitet, wird im LfU ein Alarm ausgelöst. Dieser Alarm steht so lange an, bis er von einem Mitarbeiter entsprechend bearbeitet und anschließend quittiert wird. Dies gilt auch für die Zeit außerhalb der normalen Arbeitszeit: Der jeweilige Mitarbeiter, der gerade mit der Rufbereitschaft betraut ist, wird sofort telefonisch benachrichtigt und kann sich dann mit dem KFÜ-System per Fernzugang verbinden und entsprechende Auswertungen durchführen bzw. weitere Maßnahmen veranlassen. Die Benachrichtigung des Rufbereitschafts-Mitarbeiters außerhalb der Dienstzeit geschieht über die LfU-Pforte, die 24 Stunden am Tag besetzt ist und bei der der Alarm ebenfalls aufläuft.

Um diese Alarmauslösung zu ermöglichen, überprüft der Messstations-Rechner (siehe "Die technische Durchführung") in der KFÜ-Messstation (Subzentrale) laufend die von den Messgeräten (siehe "Was und wie misst das KFÜ im und am KKW?") gelieferten Messwerte. Sobald ein Messwert die Alarmschwelle überschreitet, wird die Messnetzzentrale in Augsburg "benachrichtigt" (sog. Eigenmeldung), die dann sofort außerhalb des normalen halbstündigen Datenabrufzyklus die Messwerte aus dieser Messstation abruft und nochmals auf Überschreitung von Alarmschwellen überprüft. Auch in der Messnetzzentrale selbst ist die Einstellung von besonderen Alarmschwellen möglich.

Wie sind diese Alarmschwellen denn nun eingestellt?

Die Einstellung der Alarmschwellen erfolgt unter Berücksichtigung von
3 Gesichtspunkten:

1. Gesichtspunkt

Die Alarmschwellen werden möglichst niedrig eingestellt, denn das LfU (und das Umweltministerium) will ja, wie bereits ausgeführt, auch über kleine Abweichungen vom Normalbetrieb möglichst rasch informiert sein.

Andererseits sollten natürlich keine falschen Alarme ausgelöst werden, die durch Effekte, die nichts mit dem Kraftwerksbetrieb zu tun haben, verursacht wurden. Solche Effekte sind: statistische Schwankungen des natürlichen radioaktiven Untergrundes, statistische Schwankungen der Messwerte, etc.

2. Gesichtspunkt

In der staatlichen Genehmigung für den Betrieb eines Kernreaktors nach § 7 Atomgesetz werden auch die maximalen Mengen an radioaktiven Stoffen (= die Aktivität) geregelt, die über den Abluftkamin bzw. über den Abwasserpfad abgegeben werden dürfen. Es gibt dafür u. a. Jahres- und Tagesabgabegrenzwerte. Die Tagesabgabegrenzwerte betragen ca. 1% der Jahresabgabegrenzwerte.

Nun sind die Alarmschwellen des KFÜ jedoch nicht auf diese niedrigen Tagesabgabegrenzwerte eingestellt!

Warum nicht?

Weil sie noch niedriger eingestellt sind, nämlich auf nur 10% der Tagesabgabegrenzwerte!

(Merke: Der Betreiber kann in der Regel diese 10% einhalten, ist aber dazu nicht verpflichtet!)

Beachte: Wenn ein KFÜ-Alarm kommt, ist dies aber nicht gleichbedeutend mit der Überschreitung von 10% des Tagesabgabegrenzwertes. Dafür müsste der Wert der Alarmschwelle mindestens 24 Stunden anstehen.

3. Gesichtspunkt

Die Alarmschwellen sind nicht ein für alle mal eingestellt. Sie werden je nach den Erfordernissen auch noch niedriger eingestellt. Dies geschieht z.B. auf Wunsch der Aufsichtskollegen im LfU bei Anstehen von besonderen Arbeiten im Kernkraftwerk.
Im Übrigen kann das KFÜ auch mit einem speziellen Rechenprogramm die radiologischen Auswirkungen für die Bevölkerung durch die radioaktiven Freisetzungen bei einem -wenn auch sehr unwahrscheinlichen Störfall- im Kernkraftwerk abschätzen.

Die Aufsichtsfunktion des KFÜ

Wie bereits im Kapitel "Warum wurde das KFÜ errichtet?" ausgeführt unterliegt der Betrieb eines Kernreaktors der staatlichen Aufsicht (§ 19 AtG). Teile dieser Aufsicht wurden vom zuständigen Umweltministerium an das LfU delegiert. Daher fahren Beamte des LfU zu den Kernkraftwerken und an den Forschungsreaktor und führen dort Überprüfungen durch. Selbstverständlich können diese Überprüfungen im Regelfall nur stichprobenartig und zeitlich begrenzt sein. Auch die Anwesenheit der Beamten an den Standorten ist naturgemäß begrenzt. Der sichere Betrieb der Kernreaktoren in Bayern ist aber so wichtig, dass eine möglichst lückenlose zeitliche Überwachung, zumindest was die radiologischen (= die Radioaktivität betreffend, siehe auch "Das Konzept des bayerischen KFÜ") Aspekte betrifft, gewünscht ist.

Gibt es diese lückenlose Überwachung der radiologischen Aspekte denn?

Ja, und zwar mit dem KFÜ!

Einmal werden die Aufsichtsbehörden wegen der niedrigen Alarmschwellen sofort auch auf kleine Abweichungen vom "Normalbetrieb" aufmerksam (auch und erst recht außerhalb der Dienstzeit, siehe "Die Früherkennungsfunktion des KFÜ"). "Tatsächliche" Alarme gibt es übrigens sehr selten. Die weitaus überwiegende Mehrheit der Alarmauslösungen (mehr als 99%) sind Scheinalarme, die bereits vor deren eigentlichem Eintreten bekannt sind, z.B. wenn sie bei sogenannten wiederkehrenden Prüfungen (WKP) verursacht werden. Bei diesen WKPs werden zum Testen der Messgeräte radioaktive Präparate mit üblicherweise geringer Aktivität eingesetzt, wodurch die niedrigen Alarmschwellen kurzfristig überschritten werden können. Diese Alarme will das LfU ebenfalls "mitkriegen". Das heißt, die Alarmierungsroutine wird auch in diesen bereits vorher bekannten Fällen nicht abgeschaltet. Dies dient einmal für das LfU zu Trainingszwecken und zum anderen sollen ja alle radiologisch relevanten Ereignisse dem LfU bekannt werden.

Selbstverständlich wird der Ursache aller Alarme bis ins Detail nachgegangen, um den Zusammenhang mit den anderen Betriebsparametern zum Zeitpunkt der Alarmauslösung möglichst genau zu erfahren und zukünftig eventuelle Verbesserungen in der Betriebsweise mit den Betreibern erreichen zu können.

Aber auch Messwerterhöhungen, die keinen Alarm verursachen, sind für das LfU interessant. Mindestens einmal arbeitstäglich werden die graphischen Messwertverläufe überprüft (bei Alarm selbstverständlich sofort!) und auch kleine Messwerterhöhungen weiterverfolgt, um durch Nachfragen beim Betreiber weitere Erkenntnisse über die Anlage gewinnen zu können.

Übrigens: Die hier erwähnten Alarme sind für die Bevölkerung völlig irrelevant!

Was und wie misst das KFÜ im und am KKW?

In einer kerntechnischen Anlage, insbesondere in einem Kernkraftwerk, werden zahlreiche Messgeräte zur Überwachung der Radioaktivität benötigt. Diese Messgeräte werden gemäß den vielen verschiedenen einschlägigen Regeln und Vorschriften (z.B. Regeln des Kerntechnischen Ausschusses, DIN-Vorschriften, etc.) betrieben. Von wichtigen Messgeräten des Betreibers führen elektrische Signalabzweige zum Messstationsrechner (MSR) des KFÜ auf dem Kraftwerksgelände (siehe "Die technische Durchführung"). Weiter betreibt das LfU an jedem Standort aus Redundanzgründen eigene Messgeräte, deren Signale natürlich ebenfalls beim Messstationsrechner ankommen (siehe auch "Das Konzept des bayerischen KFÜ").

Bezüglich möglicher Freisetzungen (= Emissionen; diese sind übrigens im Normalbetrieb äußerst gering) über die Abluft aus einem Kernkraftwerk sind besonders 3 Gruppen von radioaktiven Stoffen relevant. Entsprechend dieser 3 Gruppen sind auch die Messgeräte von den Messgeräte-Herstellern konzipiert worden. Diese Gruppen mit ihren zugehörigen Messgeräten sollen nun kurz beschrieben werden:

1. Radioaktive Edelgase:

z.B. Xenon 133 (Xe-133). Die radioaktiven Edelgase entstehen bei der Kernspaltung des Urans (Spaltprodukt). Das Messprinzip ist folgendes: Aus der gesamten Abluft des Kernkraftwerkes wird ein Teilstrom entnommen und durch ein geeignetes Gefäß geleitet. In dieses Gefäß ist ein Detektor eingebaut, der die Gesamtaktivität der durchgeleiteten Radioaktivität der Edelgase misst.

Im KFÜ stehen Messdaten zur Verfügung:

  • von Betreiber-Messgeräten
  • vom LfU-Messgerät

2. Radioaktive Aerosole:

z.B. Cäsium 137 (Cs-137) oder Kobalt 60 (Co-60). Cs-137 entsteht bei der Kernspaltung des Urans (Spaltprodukt) Co-60 hingegen durch die Neutronenbestrahlung von Reaktor-Baumaterial (Aktivierungsprodukt). Radioaktive Aerosole sind Schwebeteilchen in der Luft, an die sich die Spalt- oder Aktivierungsprodukte angelagert haben.

Um den Gesamt-Gehalt der radioaktiven Aerosole in der Abluft zu bestimmen, wird wieder ein Teilstrom der Abluft diesmal in einem Aerosol-Schrittbandfilter-Monitor mittels einer Pumpe durch ein Filterband gesaugt, das in einem bestimmten Rhythmus nach einem Bestaubungsschritt weitertransportiert wird. Auf diesem Filterband werden die radioaktiven Aerosole abgeschieden. Die abgeschiedene Radioaktivität wird mit speziellen Detektoren gemessen.

Im KFÜ stehen Messdaten zur Verfügung:

  • von Betreiber-Messgeräten
  • vom LfU-Messgerät

3. Radioaktives Iod

z.B. Iod 131 (I-131). Das Iod entsteht bei der Kernspaltung des Urans (Spaltprodukt).

Zum Nachweis des radioaktiven Iods muss ebenfalls ein speziell entwickeltes Messgerät verwendet werden:

Dieser Nachweis geschieht mit einem Iod-Monitor, der die Luft (Teilstrom, siehe oben) mit einer Pumpe ansaugt und das Iod auf einem speziellen Material abscheidet und kontinuierlich misst. Gemessen wird das Nuklid I-131, da es im Vergleich zu den anderen Iod-Nukliden relativ langlebig ist und messtechnisch gut erfasst werden kann.

Im KFÜ stehen Messdaten zur Verfügung:

  • von Betreiber-Messgeräten
  • vom LfU-Messgerät

Übrigens: Die Entnahme des Teilluftstroms aus der Gesamt-Abluft erfolgt repräsentativ, das heißt die Zusammensetzung des Teilluftstroms ist identisch mit der der Gesamt-Abluft. Daher sind die Messergebnisse für die Radioaktivität im Teilluftstrom (pro Kubikmeter Luft gerechnet) ebenfalls repräsentativ für die Gesamt-Abluft.

Neben den obigen Messdaten zu den Emissionen stehen dem LfU weitere radiologische Messdaten von Betreibermessgeräten innerhalb der Anlage zur Übertragung im KFÜ zur Verfügung. Die Messgeräte einschließlich der LfU-Messgeräte werden laufend der technischen Entwicklung angepasst. Die Art und Zahl der übertragenen Parameter folgt den sich ggf. ändernden Betriebsgegebenheiten und Vorschriften.

Weiter werden im KFÜ auch Messwerte von einigen Immissions-Messpunkten (im und am KKW) erfasst: Mit LfU-eigenen Messgeräten wird die Gamma-Dosisleistung auf dem jeweiligen Betriebsgelände und/oder auf dem bis zu maximal ca. 1 km vom Kraftwerk entfernten Meteo-Gelände (= Gelände, auf dem die meteorologische Instrumentierung aufgebaut ist) gemessen.

Siehe jedoch das eigene Kapitel: "Was und wie misst das KFÜ in der Umgebung des KKW?"

Merke:
Emission = Freisetzung aus einer Quelle
Immission = Auswirkung dieser Freisetzung an einem Punkt entfernt von der Quelle (im Gelände)

Übrigens: Bei der Gamma-Dosisleistung auf dem Betriebs-/Meteogelände lässt sich im Regelfall keine auf den Betrieb der Anlage zurückzuführende Erhöhung beobachten.

Bezüglich der Abgabe radioaktiver Stoffe mit dem Abwasser erhält das KFÜ Messsignale von verschiedenen Betreiber-Messgeräten. Die Verarbeitung der Messsignale ist ähnlich wie oben beschrieben.

Zu den bayernweiten Immissionsmessungen siehe:

Zur meteorologischen Instrumentierung siehe Abschnitt: "Die Kurz­zeit­ausbreitungs­rechnung" und/oder "Die technische Durchführung".

Was und wie misst das KFÜ in der Umgebung des KKW?

Das KFÜ misst auch in der weiteren Umgebung des Kernkraftwerkes automatisch und online:
Mittels spezieller Gamma-Dosisleistungsmessgeräte (sog. Gamma-Sonden) wird im Umkreis um die Kernkraftwerke und den Forschungsreaktor München II die Gamma-Dosisleistung (für Insider: die Umgebungs-Äqivalentdosisleistung H.*(10); siehe auch: "Wie interpretiere ich die KFÜ-Immissions-Messwerte?") rund um die Uhr gemessen.

Hierzu sind 12 Gamma-Sonden ringförmig und stationär um das Kraftwerk aufgestellt, und zwar für jeden Umgebungssektor (30°) je eine Sonde. Die Umgebung der Kernkraftwerke ist in 12 Sektoren à 30° (12 x 30° = 360° = 1 Vollkreis, siehe Abbildung ) aufgeteilt.

Sektoren-Aufteilung einer KKW-UmgebungBild vergrößernSektoren-Aufteilung einer KKW-Umgebung

Der radiale Abstand der Sonden vom Kraftwerk in diesen Sektoren beträgt ca. 3 - 5 km, je nach örtlichen Gegebenheiten. Beim Forschungsreaktor München (FRM II) wurden die Sonden wegen des wesentlich geringeren Inventars an radioaktiven Stoffen (im Vergleich zu einem Leistungsreaktor) und der niedrigen Höhe des Abluftkamins (50 m) in geringerer Entfernung (ca. 2 km) aufgestellt.

Es wurde versucht, die Sonden möglichst in der Mittelachse der Sektoren aufzustellen, was nicht in allen Fällen möglich war. Die Sonden (siehe Foto) sollten nämlich zum Schutz vor Vandalismus in abgezäunten Flächen auf kommunalem oder privatem Grund aufgestellt werden. Den Grundeigentümern soll auf diesem Wege nochmals für ihr Einverständnis gedankt werden.

(stationäre) Gamma-Dosisleistungssonde an einem Aufstellungsort mit Standfuß und Solarpaneel. An der Sonde werden gerade mittels eines Laptops Wartungsarbeiten durchgeführt (die Holzpfosten dienen dem Schutz vor Beschädigungen bei Mäharbeiten)Bild vergrößern(stationäre) Gamma-Dosisleistungssonde an einem Aufstellungsort mit Standfuss und Solarpanel. An der Sonde werden gerade mittels eines Lap-tops Wartungsarbeiten durchgeführt. (Die Holzpfosten dienen dem Schutz vor Beschädigungen bei Mäharbeiten)

In den Gamma-Dosisleistungssonden arbeiten 2 verschiedene Geiger-Müller-Zählrohrtypen, um einen möglichst großen Messbereich überstreichen zu können. Damit ist auch dem äußerst unwahrscheinlichen Fall eines Störfalles mit Freisetzung radioaktiver Stoffe in die Umgebung der Anlage Rechnung getragen (siehe auch die Ausführungen zu den mobilen Sonden weiter unten).

Die Gamma-Sonden kommunizieren mit der KFÜ-Zentrale in Augsburg mittels bevorrechtigter GSM-Verbindungen:
Im Normalbetrieb werden stündlich sämtliche Messwerte (10-min Mittelwerte) nach Augsburg übertragen. Von einer speziellen Receiver-Einheit werden die Messdaten dann in das KFÜ importiert.

Überschreiten die Messwerte einer Sonde jedoch eine Alarmschwelle, dann geht die Sonde automatisch in den Alarmbetrieb, d.h. die Sonde sendet die entsprechenden 10-min-Mittelwerte dann 10-minütlich an die KFÜ-Zentrale in Augsburg und es wird natürlich im LfU in Augsburg Alarm ausgelöst (siehe auch "Die Früherkennungsfunktion des KFÜ").

Die Kommunikation mit den Gamma-Sonden ist bidirektional. Vom LfU in Augsburg aus kann jede einzelne Sonde erreicht werden, um beispielsweise die Alarmschwellen zu verändern, außerordentliche Datenabrufe durchzuführen oder den Ladezustand der Batterie zu prüfen, etc.

In einem Kernkraftwerk oder in einem Forschungsreaktor ist ein Störfall mit Freisetzung radioaktiver Stoffe in die Umgebung sehr unwahrscheinlich, dies zeigen alle diesbezüglichen Untersuchungen. Vom Gesetzgeber wurde trotzdem vorgeschrieben, dass auch für einen solch unwahrscheinlichen Fall Vorsorge zu treffen ist. Um diesen gesetzlichen Vorgaben Rechnung zu tragen, wird im hier beschriebenen Immissionsteil des KFÜ folgendermaßen vorgegangen:

Zusätzlich zu den 12 stationären Gamma-Sonden werden pro Standort noch 4 weitere sogenannte mobile Sonden in unmittelbarer Nähe der Anlage vorgehalten. Diese können dann von Hilfskräften (i.A. zugeordnete Feuerwehren) in einem Ereignisfall abhängig von der jeweiligen Wind-Ausbreitungsrichtung in der Umgebung aufgestellt werden und liefern zusätzliche Messwerte. Die mobilen Sonden sind wegen der leichteren Transportier- und Aufstellbarkeit mit einer kleineren Batterieeinheit ausgestattet und haben kein Solarpaneel (siehe Foto). Die unterschiedlich einstellbaren Stativbeine erlauben das Aufstellen in jedem Gelände. Zusätzlich sind die mobilen Sonden mit einer GPS-Einheit ausgestattet. Damit können die geographischen Koordinaten der jeweiligen Aufstellungsorte erfasst und auf einer elektronischen Landkarte im LfU in Augsburg dargestellt werden.

Mobile SondeBild vergrößernMobile Sonde

Gegebenenfalls können im Ereignisfall die mobilen Sonden der anderen nicht betroffenen Standorte zusätzlich antransportiert werden. Damit stünden insgesamt bis zu 16 mobile Sonden zur Verfügung.

Bitte beachten Sie auch das Kapitel "Wie interpretiere ich die KFÜ-Immissions-Messwerte?".
Über weitere Vorsorgemaßnahmen des LfU für einen Störfall informiert Sie auch das Kapitel "Die Kurzzeitausbreitungsrechnung".
Zu den technischen Einzelheiten besuchen Sie bitte das Kapitel "Die technische Durchführung".

Übrigens: Nicht nur das LfU, sondern auch das Bundesamt für Strahlenschutz (BfS) misst in der Umgebung der Kernreaktoren. Auf die Messergebnisse der dort verdichtet aufgestellten und in der prinzipiellen Bauweise zu den stationären LfU-Sonden ähnlichen BfS-Messgeräte hat das LfU ebenfalls Zugriff. Über das Messnetz des BfS können Sie sich auf der entsprechenden Internet-Seite informieren:

Weiterführende Informationen

Links

Wie interpretiere ich die KFÜ-Immissions-Messwerte?

Im Bereich der natürlichen Untergrundstrahlung (siehe unten) liegen die Messwerte unterhalb des gemäß Eichordnung zu prüfenden Gerätemessbereichs. Das heißt auch, dass die entsprechenden Messwerte in diesem Gamma-Dosisleistungsbereich mit Messfehlern von bis zu 30% (nach unten und oben) behaftet sein können. Dies gilt für alle hierbei verwendeten Messgeräte, so dass die Messwerte verschiedener Gerätetypen nur bedingt untereinander vergleichbar sind.

Bei einer -wenn auch unwahrscheinlichen- unfallbedingten erhöhten Freisetzung von Radioaktivität in die Umgebung eines Kernkraftwerkes oder des Forschungsreaktors würden die Messwerte der Gamma-Sonden in eichbare Messbereiche gelangen, so dass hier eine genaue Messung in jedem Fall sichergestellt ist.

Übrigens: In manchen Messnetzen ist es üblich, bestimmte Zählrohr- und sonstige Effekte durch Abzug eines entsprechenden Betrages vom Messwert (Kompensation) auszugleichen. Im KFÜ-Immissionsteil wird dies nicht durchgeführt.

Die naturbedingt vorhandene Gamma-Dosisleistung hat in Bayern Werte zwischen ca. 0,03 - 0,25 µSv/h (Mikrosievert pro Stunde). Diese "ganz normale" Schwankungsbreite ist bedingt durch den unterschiedlichen Gehalt des Bodens an natürlichen radioaktiven Stoffen, z.B. Uran, Kalium, etc. Selbst von Aufstellungsort zu Aufstellungsort der Sonden kann dieser Gehalt an natürlichen radioaktiven Stoffen im Boden variieren und damit unterschiedliche Messwerte liefern.

Weiter trägt die kosmische Strahlung zu diesem natürlichen Untergrund bei. So ist der höhere Wert der Dosisleistung auf der Zuspitze (Schneefernerhaus, im IfR-Messnetz) von durchschnittlich ca. 0,11 µSv/h (sonst ca. 0,05 - 0,1 µSv/h) aufgrund der Höhenlage durch die dort geringere Abschirmung der kosmischen Strahlung durch die Atmosphäre bedingt.

Aber auch das Wetter selbst spielt bei dem momentanen Wert der Gamma-Dosisleistung eine besondere Rolle. So erhöht sich in der Regel dieser Untergrundwert bei Regen. Der Grund hierfür ist, dass die natürlichen radioaktiven Aerosole in der Luft (Radon-Zerfallsprodukte) durch den Regen ausgewaschen werden und sich anschließend am Boden ablagern, wo sie durch die Bodennähe des Gamma-Dosisleistungs-Messgerätes stärker erfasst werden. Um diesen Einfluss auch messtechnisch sichtbar zu machen, ist jede dritte (im Sektor 3, 6, 9, 12) stationäre Sonde mit einem Regensensor ausgestattet, der eine ja/nein-Aussage bezüglich des Niederschlags erlaubt. Diese Sensoren sind jedoch nicht mit einem "echten" Niederschlagsmessgerät vergleichbar.

Auf der Seite "Aktuelle Immissionsmesswerte" ist der Regen-Einfluss durch eine Verknüpfung mit dem Niederschlagsmesswert aus der meteorologischen Instrumentierung am KKW-Standort ("echte" Niederschlagsmessgeräte) dargestellt.

Ein weiteres Beispiel für den Einfluss des Wetters auf die natürliche Gamma-Dosisleistung: Bei längeren Frostperioden können die kontinuierlich entstehenden natürlichen gasförmigen radioaktiven Stoffe wegen der Vereisung des Bodens nicht in die Luft gelangen. Bei plötzlich einsetzendem Tauwetter werden diese gasförmigen radioaktiven Stoffe innerhalb kurzer Zeit in die Luft freigesetzt und erhöhen die vorher relativ niedrige Dosisleistung ebenfalls kurzfristig und in nicht unerheblichem Maße. Auch eine Schneedecke beeinflusst durch ihre Abschirmwirkung die natürliche Dosisleistung.

Selbst der atmosphärische Luftdruck kann eine Rolle spielen: Bei besonders niedrigem Druck können die natürlichen radioaktiven Gase vermehrt aus dem Boden austreten und erhöhen die Konzentration der radioaktiven Aerosole in der Luft und dadurch die natürliche Gamma-Dosisleistung.

Auch der Mensch selbst kann durch seine Tätigkeit zur Erhöhung des natürlichen Untergrundes beitragen. Typischerweise kann ein solcher Effekt bei landwirtschaftlichen Betrieben auftreten. Durch die Lagerung bzw. Ausbringung von Kali-Dünger ist eine Erhöhung der Gamma-Dosisleistungsmesswerte bei in der Nähe befindlichen Messgeräten möglich. Einige Sonden sind an oder in landwirtschaftlichen Betrieben aufgestellt.

Warum erhöht sich durch den Kali-Dünger die Gamma-Dosisleistung?

Im Kali-Dünger ist das natürliche radioaktive Isotop Kalium 40 (K-40) enthalten, das praktisch seit Entstehung der Erde existiert (primordial) und Gamma-Strahlung aussendet. Verstärkt wird der Effekt noch durch die folgende Tatsache: Die Gamma-Strahlung, die das K-40 aussendet, hat eine relativ hohe Energie (im Vergleich zu anderen Isotopen) und die Empfindlichkeit der Gamma-Sonden für Strahlung dieser Energie ist etwas höher als für niedrigere Energien. Dadurch reagieren die Gamma-Sonden auf die Strahlung des Kali-Düngers auch leicht überproportional.

Selbstverständlich sind alle oben beschriebenen Effekte dem Bereich der Untergrundstrahlung zuzuordnen und für die Gesundheit des Menschen völlig ohne Belang.

Übrigens: Jeder Mensch hat in seinem Körper das lebenswichtige Element Kalium (K). Damit einher geht auch, dass jeder menschliche Körper allein ca. 4000 Bq (Becquerel = Maß für die Menge an Radioaktivität) des Isotops K-40 enthält.

Ganz zum Schluss sei noch darauf hingewiesen, dass die Messgeräte auch durch Defekte, Wartungs- und Kalibrierarbeiten, etc. außergewöhnliche Signale, Sprünge oder Spitzen liefern können.

Die Kurzzeitausbreitungsrechnung

Alle diesbezüglichen Untersuchungen zeigen, dass in einem Kernkraftwerk oder in einem Forschungsreaktor ein Störfall mit Freisetzungen radioaktiver Stoffe in die Umgebung sehr unwahrscheinlich ist. Trotzdem hat der Gesetzgeber vorgeschrieben, dass auch für diesen unwahrscheinlichen Fall Vorsorge zu treffen ist. Hierzu gibt es eine ganze Anzahl verschiedener Vorschriften als untergesetzliches Regelwerk (z.B. Rahmenempfehlungen für den Katastrophenschutz in der Umgebung kerntechnischer Anlagen, etc.). Ausgehend von diesem untergesetzlichen Regelwerk wurden auch im LfU Vorsorgemaßnahmen getroffen, unter anderem durch die Integration einer Kurzzeitausbreitungsrechnung (KAR) in das KFÜ.

Was ist eine Kurzzeitausbreitungsrechnung?

Die Kurzzeitausbreitungsrechnung (KAR) ist ein Verfahren, das mit Hilfe eines elektronischen Rechenprogramms

- die Ausbreitung radioaktiver Stoffe

in der Luft im Normal- und Störfall und die

- Auswirkungen (z.B. die mögliche Dosisbelastung) dieser Ausbreitung

in der Umgebung des Reaktors auf den Menschen abschätzen kann.

Um diese Abschätzungen durchführen zu können, benötigt die KAR folgende Startwerte:

Tabelle Startwerte
Startwert
Quelle
Beispiel
Emissionen
KFÜ und/oder Betreiber
Iod 131-Aktivität
Kraftwerksdaten
vorbelegt
Kaminhöhe bzw. Emissionshöhe
Geländedaten
vorbelegt
Höhenprofil des Geländes
Wetterdaten
KFÜ und/oder Wetterdienst
Windrichtung, -geschwindigkeit

Übrigens: Aus Sicherheitsgründen ist die Hardware und Software für die KAR mehrfach (redundant) vorhanden. Sie bildet ein eigenes Netzwerk aus mehreren Rechnern, die gegenseitig die Aufgaben übernehmen können.

Das Programm selber, die Software, benutzt ein modernes Lagrange-Modell, das das in den früheren KFÜ-Generationen verwendete Gauß-Modell abgelöst hat.

Um die Funktionsfähigkeit der KAR ständig überprüfen zu können, ist das System auch ständig in Betrieb. Das heißt:
Nach jedem halbstündlichen Eintreffen von Daten aus den Kraftwerken werden die benötigten Startwerte an die KAR weitergegeben und eine Berechnung durchgeführt. Im Normalbetrieb wird durch eine Zeitschranke dafür gesorgt, dass die Datenspeicher nicht durch zu viele Berechnungsergebnisse überfüllt werden. Im Alarmfall wird selbstverständlich ohne Zeitbegrenzung gerechnet.

Die Ergebnisse lassen sich graphisch oder in Tabellenform darstellen. Ein Beispiel können Sie anhand einer Ergebnisgraphik einer KAR ansehen.

Ergebnisgraphik einer KARBild vergrößernErgebnisgraphik einer KAR

Aber: Da alle derartigen Rechenprogramme nur eine mehr oder weniger gute Abschätzung für die Dosisbelastung der Bevölkerung liefern können, ist es unumgänglich, die Rechenergebnisse mit echten Messwerten aus der Umgebung der Anlage zu vergleichen. Auch hierfür hat das LfU vorgesorgt: (siehe z.B. "Was und wie misst das KFÜ in der Umgebung des KKW?").


Die oben erwähnten gesetzlichen und untergesetzlichen Bestimmungen sehen auch regelmäßige Übungen zum nuklearen Katastrophenschutz, z.B. bei den bayerischen Katastrophenschutzbehörden, vor. Hierzu verwendet das LfU die KAR für die Erstellung von Übungsszenarien.

Siehe auch: "Die technische Durchführung"

Die technische Durchführung

Bei den Messgeräten für radioaktive Strahlung geschieht die Erzeugung und Verarbeitung der Messsignale folgendermaßen (vereinfachend dargestellt):

In den Detektoren werden durch die radioaktive Strahlung elektrische Impulse erzeugt. Diese werden anschließend elektronisch bearbeitet (z.B. durch verschiedene Verstärker) und an den zugehörigen Messgeräte-Rechner weitergeleitet.

Im Einzelnen werden vornehmlich folgende Detektortypen verwendet:

  • zur Registrierung der Iod-Aktivität:
    Natrium-Iodid-(NaJ)-Detektor
  • zur Registrierung der Aerosol-Aktivität:
    Plastik-Szintillations-Detektor
  • zur Registrierung der Gamma-Dosisleistung:
    Proportional-Zählrohr-Detektor, oder Geiger-Müller-Zählrohr-Detektor
  • zur Registrierung der Edelgas-Aktivität:
    Plastik-Szintillations-Detektor oder Reinst-Germanium-Detektor
  • zur Registrierung der Hochdosisleistung:
    Ionisationskammer

Im Messgeräte-Rechner (MGR) werden aus der Anzahl der Impulse pro Zeiteinheit die Aktivitäts-Messwerte berechnet und diese dann an den Messstationsrechner (MSR) weitergeleitet. Dort werden die Messwerte ggf. zu Mittelwerten zusammengefasst und mit Alarmschwellen verglichen, für die Datenfernübertragung (DFÜ) mittels digitaler Standleitung oder ISDN aufbereitet und schließlich an die Messnetzzentrale (MNZ) im LfU in Augsburg verschickt. Die Versendung der Daten nach Augsburg geschieht automatisch im halbstündlichen Rhythmus (wenn kein Alarm vorliegt; sonst sofort). Ein Datenabruf kann bei Bedarf auch manuell angestoßen werden.

In der Messnetzzentrale in Augsburg werden nochmals Alarmschwellen überprüft, die Messwerte abgespeichert und für die Auswertungen an verschiedenen Arbeitsplatzrechnern zur Verfügung gestellt.

Für das KFÜ wird eine hohe Ausfallsicherheit gefordert. Daher sind die wichtigsten Komponenten im KFÜ zweifach ausgelegt, wobei die eine Komponente bei Ausfall der anderen deren Aufgabe (Redundanz) übernehmen kann:

Tabelle Komponenten im KFÜ
Komponente
Redundanzen
Messgeräte (einschl. MGR)
Betreiber und LfU
Messstationsrechner (MSR)
LfU, zweifach im Master-Slave-Betrieb, Slave im Hot-Stand-By-Betrieb
Datenfernübertragung (DFÜ)
digitale Standleitung im Normalfall und zusätzlich ISDN mit zwei Kanälen
Messnetzzentrale (MNZ)
zwei Datenbank-Server, zwei Kommunikations-Server

Beim KFÜ-Immissionsteil, d.h. bei dem Teil des KFÜ, bei dem die Gamma-Dosisleistung in der weiteren Umgebung der Anlage mit speziellen Gamma-Sonden gemessen wird, gibt es leichte Unterschiede zu dem oben beschriebenen Konzept:

  • Es gibt keine externen Messgeräterechner (MGR). Die 10-min-Mittelwerte auf der Basis von Minutenwerten werden bereits in der Gamma-Sonde selbst gebildet. Jede Sonde kann z.B. bei Ausfall der Datenübertragung an das LfU die Messwerte für eine genügend lange Zeit zwischenspeichern.
  • Es gibt keinen eigenen Messstationsrechner (MSR) für jeden Anlagen-Standort. Für alle Sonden von allen Standorten gibt es einen zentralen, doppelt ausgelegten Messstationsrechner im LfU in Augsburg, sog. Receivereinheiten, die die eingehenden Messdaten aller Sonden bearbeiten. Dort werden auch die 10-min-Mittelwerte in Halbstundenmittelwerte umgewandelt und in das KFÜ-System importiert. Dort stehen die Immissionsmesswerte dann für alle üblichen KFÜ-Auswertungen zur Verfügung. Über diese Receivereinheiten kann auch von Augsburg aus mit den Sonden kommuniziert werden, d.h. die Kommunikation mit den Sonden ist bidirektional.
  • Die Datenübertragung (im Normalbetrieb!) von den Sonden nach Augsburg zum LfU erfolgt derzeit stündlich, wohingegen im sonstigen KFÜ-System im Halbstundentakt gearbeitet wird. Bei Überschreiten eines Alarmwertes jedoch geht die Sonde in den Alarmbetrieb, bei dem die Messwerte sofort nach Generierung des 10-min-Mittelwertes übertragen werden.
  • Die Daten werden über bevorrechtigte GSM-Verbindungen von den Sonden zu dem nächsten Handy-Mast geschickt und anschließend über mehrfache ISDN-Verbindungen nach Augsburg ins LfU zu den obengenannten Receivereinheiten gesandt.

Nachstehende Graphik veranschaulicht den Datenübertragungsweg im KFÜ-Immissionsteil.

Datenübertragungsweg im KFÜ-ImmissionsteilBild vergrößernDatenübertragungsweg im KFÜ-Immissionsteil

















Die meteorologische Instrumentierung, die u.a. für "Die Kurzzeitausbreitungsrechnung" (siehe gleichnamiges Kapitel) benötigt wird, gibt es in zwei Ausführungen (wird von den Betreibern unterhalten):

  • als meteorologischer Mast (Turm) oder
  • als Sodar (SOnic Detection and Ranging)
meteorologischer MastBild vergrößernmeteorologischer Mast
SodarBild vergrößernSodar

Bei einem meteorologischen Mast sind in verschiedenen Höhen Ausleger angebracht, die die verschiedenen Messgeräte für Windgeschwindigkeit, Windrichtung, Temperaturen, etc. aufnehmen. Ein Sodar-Gerät sendet Schallimpulse in die Luftschichten über dem Kernkraftwerk aus und bestimmt anhand der an diesen Luftschichten reflektierten Schallimpulse die meteorologischen Daten.

Beide Systeme entsprechen den einschlägigen Regeln (z.B. der des Kerntechnischen Ausschusses). Die Messergebnisse werden im Regelfall als Stromsignale dem LfU zur Verfügung gestellt und im LfU-MSR in Messdaten umgewandelt.

Übrigens: Hier ein bisschen Statistik über die Anzahl der im KFÜ pro Tag verarbeiteten Messdaten.

Tabelle Anzahl der im KFÜ pro Tag verarbeiteten Messdaten
Was?
Anzahl
Anzahl der erfassten Messgrößen in allen Anlagen
347
Anzahl der entstehenden Messwerte
ca. 4 Mio. pro Tag
Anzahl der nach Augsburg übertragenen Messwerte
ca. 400.000 pro Tag

Mit nachstehenden Graphiken zur technischen Durchführung wird das oben Geschilderte verdeutlicht.

Übersicht über die Messungen im und am KKWBild vergrößernÜbersicht über die Messungen im und am KKW
Prinzipieller Datenfluss für KKW-DatenBild vergrößernPrinzipieller Datenfluss für KKW-Daten

Bayernkarte mit Kernkraftwerks- bzw. Forschungsreaktorstandorten

Bayernkarte mit Kernkraftwerks- bzw. ForschungsreaktorstandortenBild vergrößernBayernkarte mit Kernkraftwerks- bzw. Forschungsreaktorstandorten

Beispiele von graphischen Messwertverläufen

Gamma-Dosisleistung und Niederschlag auf dem Meteo-Gelände

Gamma-Dosisleistung und Niederschlag auf dem Meteo-GeländeBild vergrößernGamma-Dosisleistung und Niederschlag auf dem Meteo-Gelände

Bitte beachten Sie die Korrelation zwischen Anstieg der Dosisleistung und dem Niederschlag

Edelgasaktivitätskonzentration mit typischer Spitze durch WKP

Edelgasaktivitätskonzentration mit typischer Spitze durch WKPBild vergrößernEdelgasaktivitätskonzentration mit typischer Spitze durch WKP

WKP: Wiederkehrende Prüfung zum Test des Messgerätes mit radioaktivem Präparat

Aerosol-Aktivität, Filterbeladung, mit typischer Spitze durch WKP

Aerosol-Aktivität, Filterbeladung, mit typischer Spitze durch WKPBild vergrößernAerosol-Aktivität, Filterbeladung, mit typischer Spitze durch WKP

WKP: Wiederkehrende Prüfung zum Test des Messgerätes mit radioaktivem Präparat

Wasseraktivitätskonzentration vor Abgabe aus Kontrollbereich, mit typischer Spitze durch WKP

Wasseraktivitätskonzentration vor Abgabe aus Kontrollbereich, mit typischer Spitze durch WKPBild vergrößernWasseraktivitätskonzentration vor Abgabe aus Kontrollbereich, mit typischer Spitze durch WKP

WKP: Wiederkehrende Prüfung zum Test des Messgerätes mit radioaktivem Präparat