Ferner Osten – etwas Geschichte

Eigentlich wollte ich einen Artikel über Kernkraftwerke in China schreiben. Bis ich an den Punkt kam, an dem ich erklären wollte, wieso man dort weder Koreanische noch Japanische Bauarten findet, aber dafür so gut wie alle anderen vom Rest der Welt. Das geht natürlich auf historische Animositäten zurück die hierzulande weitgehend unbekannt sind.

Das folgende hat nichts mit Kernkraftwerken zu tun.

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Nicht völlig Schwerelos

Völlig schwerelos schwebt ein Raumschiff vor der Raumstation. Völlig schwerelos? Nein.

Wir müssen reden. Und zwar über einige Mythen die sich um die Schwerelosigkeit ringen.

Fangen wir damit an: Unser Raumschiff schwebt in Flugrichtung vor der Station. Wir sind einige Kilometer entfernt und wollen da hin. Was nun? Klar: Ausrichten auf die Station, ein paar Stöße mit dem Raketen und das Raumschiff fliegt in Richtung der Raumstation. Kein Problem. Wir sind ja schwerelos und reibungslos. Wir lassen uns ganz locker zur Raumstation treiben, bremsen kurz zuvor ab und da sind wir.

Aber das Raumschiff ist nicht schwerelos, sondern im Orbit. Und es hat abgebremst. Wir fliegen aber nur deswegen um die Erde, weil wir so schnell sind, dass die Zentrifugalkraft von der Erde weg genauso groß ist, wie die Schwerkraft zur Erde hin. Wenn wir nun aber langsamer fliegen, nimmt die Zentrifugalkraft ab und die Schwerkraft überwiegt wieder ein klein wenig. Tatsächlich haben wir mit dem zünden der Raketen unsere gesamte Umlaufbahn verändert.

Wenn war gerade noch auf einer Kreisbahn war und abbremst, dann fliegt man zunächst noch geradeaus weiter. Aber die Schwerkraft wird uns etwas stärker in Richtung Erde ablenken als noch zuvor. Wir kommen der Erde näher und werden dabei schneller. Wir sind auf einem exzentrischen Orbit, leicht Eiförmig, dessen oberster Punkt dort ist, wo wir die Raketen gezündet haben und dessen unterster Punkt genau auf der anderen Seite der Erde ist. Weil dieser Orbit näher an der Erde entlang geht, ist er auch kürzer. Die Schwerkraft beschleunigt uns außerdem, wenn wir uns der Erde nähern – und zwar praktisch genauso stark, als würden wir die gleiche Strecke einfach herunter fallen. Irgendwann kommen wir wieder auf den obersten Punkt der Umlaufbahn zurück, auf Höhe der Raumstation. Aber wir waren schneller als die Raumstation!

Wir mussten also nicht nur dabei zusehen, wie die Raumstation langsam nach oben hin entschwindet und wir dann erst wieder langsam auf die gleiche Höhe kommen. Nein, als wir endlich wieder am oberen Punkt der Umlaufbahn ankommen, auf der Höhe der Raumstation, ist die Raumstation weiter weg als zuvor. Und wenn wir auf dies Bahn bleiben, werden wir nur noch weiter abtreiben. Immerhin, irgendwann treiben wir so weit ab, dass wir uns der Raumstation wieder von hinten nähern – weil der Abstand so groß ist, wie die gesamte Umlaufbahn lang ist! Aber das dauert ewig.

Also, was tun? Wir sind weiter von der Raumstation weg als zuvor. Aber die Raumstation ist in diesem Moment schneller! Sie kommt auf uns zu! Alles wird gut! Wir feuern nochmal die Raketen. Aber diesmal werden wir uns nicht nach unten abtreiben lassen. Diesmal halten wir mit den Raketen dagegen! Immer wenn wir nach unten abtreiben, feuern wir sie und fliegen wieder ein Stück nach oben.

Das Problem? Wir treiben dauernd nach unten ab und müssen dauernd nach Richtung oben gegensteuern. Warum? Wir müssen mit den Raketen den Mangel an Zentrifugalkraft ausgleichen den wir haben, weil wir das Raumschiff abgebremst haben. Wenn der Weg zur Raumstation zu weit weg ist, dann geht uns auf diese Weise der Treibstoff aus und wir sind im Weltraum gestrandet. In direkter Nähe ist es kein Problem, weil man nur für kurze Zeit gegensteuern muss.

Die Lösung? Solange wir nicht in unmittelbarer Nähe der Raumstation sind, müssen wir uns etwas cleverer anstellen. Wenn wir in Flugrichtung vor der Raumstation sind, dann müssen wir von der Raumstation weg beschleunigen. Wegen der höheren Geschwindigkeit überwiegt die Zentrifugalkraft, wir werden “aus der Kurve getragen” und fliegen eine insgesamt längere und langsamere Umlaufbahn. Der niedrigste Punkt der Bahn ist immernoch auf Höhe der Raumstation. Wenn wir die Geschwindigkeit perfekt gewählt haben, kommen wir nach einem Umlauf genau bei der Raumstation an.

Es gibt natürlich noch andere Manöver, die weniger Präzission erfordern, weil sie mehr Möglichkeiten zur Korrektur bieten. Aber der Artikel ist lang genug und das soll reichen.

Die Moral vor der Geschichte? Manchmal muss man vom Ziel weg fliegen um dort schnellstmöglich anzukommen. Aber bitte nur, wenn man weiß, was man tut.

Thorium

Thorium ist heute Abfallprodukt beim Abbau von seltenen Erden. Im Haushalt kam es nur in Glühstrümpfen für Gaslampen vor. In der Kernkraft wird Thorium vieles nachgesagt, manches davon stimmt. Nur Th-232 ist stabil genug um in großen Mengen vorzukommen. Es kann durch schnelle Neutronen gespalten werden, aber keine Kettenreaktion aufrecht erhalten. Aber nach Einfang eines Neutrons (und zwei Betazerfällen) wird es zu spaltbarem Uran-233. Das ist bei Th-232 etwa 3 mal so wahrscheinlich wie bei U-238. Hinzu kommt, dass die Spaltung von U-233 mit langsamen Neutronen 2,2 Neutronen freisetzt, während es sonst nur 1,8-1,9 sind.

Man braucht deswegen für den Brutvorgang keinen schnellen Brüter. Der Shippingport Reaktor lief zuletzt 3 Jahre mit Th-232 und U-233. Es entstand dabei in dem Druckwasserreaktor 1,3% mehr spaltbares Material als gespalten wurde. Plutonium entsteht in diesem Prozess erst nach 6 Neutroneneinfängen und kommt so kaum vor.

Die Radiotoxizität des Abfalls beschränkt sich damit fast auf die Spaltprodukte und erreicht nach etwa 1000 Jahren das Niveau der gleichen Menge von natürlichem Uranerz. Man kann auch Plutonium aus Aufarbeitungsanlagen mit Thorium, anstatt von Uran mischen. Das hilft die Menge an Plutonium schneller zu reduzieren, da sonst aus dem Uran-Anteil der Brennstäbe noch mehr Plutonium entsteht (wenn auch weniger als im Reaktor gespalten wird).

Warum nutzt man es nicht in Kernkraftwerken? Brennstäbe mit Thorium brauchen eine neue Zulassung und neue Produktionsanlagen. Der Umbau zu Brutreaktoren ist teuer, muss genehmigt werden und könnte die Leistung verringern. Das sind große Hürden in einer derart konservativen Branche. Allein ein Test der Brennstäbe dauert 4 Jahre, noch vor der Zulassung. (ThorEnergy tut das gerade in einem Norwegischen Forschungsreaktor.)

Ein großes Problem stellt die Aufarbeitung der Brennstäbe dar. Dabei wird notwendigerweise das Uran vom verbliebenen Thorium getrennt. Wenn sich nur Thorium in den Brennstäben befand, wird das Uran eine Mischung der Isotope 232, 233, 234, 235 und 236 sein, dominiert von U-233. Die Mischung ist prinzipiell waffenfähig, aber nach einigen Wochen sammeln sich die Zerfallsprodukte von U-232 an, wodurch aus dem Material ein Gammastrahler mit hochenergetischer Strahlung wird. Der Umgang ist dann wesentlich schwieriger als mit reinen Alpha-Strahlern wie U-235 oder waffenfähigem Plutonium. Man kann dem Thorium auch so viel Uran-238 zugeben, dass die Mischung am Ende nicht mehr waffenfähig ist, dann fällt im Betrieb aber wieder Plutonium an, wenn
auch kein waffenfähiges.

Die oft gehörte Behauptung, dass Thoriumreaktoren sicherer wären (weil sie Thorium verwenden), stimmt so nicht. Das Gerücht hält sich wohl deshalb, weil es verschiedene Vorschläge für moderne Reaktoren gibt, die von Anfang an auf die Nutzung von Thorium optimiert werden sollen. Die Verbesserung der Sicherheit ist der wichtigste Aspekt bei der Entwicklung von neuen Reaktoren in den letzten Jahrzehnten. Deshalb wird ein neuer Reaktor der für die Verwendung von Thorium optimiert wurde auch sicherer sein. Am Thorium liegt das aber kaum.

Since when is Fukishima Daiichi considered to be a Drinking Water Reservoir?

There are many odd things in the reporting on Fukushima Daiichi. Let us just take the current news, like this gem in the Guardian, on the “Emergency” declared in Fukushima Daiichi.

The important bit is at the very end.

Tepco said on Monday that caesium levels at an observation post 53 metres from the sea had jumped in the past week. Readings for caesium-134 were almost 15 times higher at 310 becquerels a litre.

Caesium-137, with a half-life of 30 years, was also 15 times higher than it had been five days ago at 650 becquerels a litre. A much larger spike in radioactive caesium in July in a different well led to Tepco overturning months of denials and admitting that radioactive water had been leaking into the sea.

1000Bq per litre is five times the allowable limit  for drinking water in Japan. Now anybody please tell me, why is this an “emergency”? In the article Shinji Kinjo, head of a Nuclear Regulatory Authority (NRA) taskforce, complains that Tepco’s “sense of crisis is weak”. And rightfully so!

Fukushima Daiichi is not – trust me on this – Fukushima Daiiichi is not considered to be a drinking water reservoir. And it never has been. Honestly. Even the most fervent antinuclear activist must cede this point.

So why should it bother you, that the water under a nuclear power plant that suffered major (though completely avoidable und unnecessary) damage after being hit by a tsunami has  5 times more Cesium activity than is allowed for drinking water? Especially why is this considered to be an emergency?

Sure, if this was a major reservoir providing drinking water for the population – I would agree. And I’m sure that “Tepco’s sense of crisis” would live up to it. But the “emergency” consists in this almost-fit-to-drink water entering the ocean where it would immediately be diluted by a colossally large amount of water that is so much more than 5 times the amount of water leaking from soil, that any talk of an “emergency” is what is technically called “batshit insane crazy talk”.

The Trolley Problem – When Ethics don’t matter

The Trolley Problem is somewhat famous among philosophers. A fat man stands on a bridge, below him, a trolley (that is, a tram or streetcar) is driving towards a group of people, typically about five. The supposed problem is now: Is it ethical to push the fat man from the bridge, into the way of the trolley to stop it and safe the people?

There is a true solution to the problem and it is perfectly simple. But there are lots and lots of false solutions proposed by philsophers that are convoluted, hard to understand and actually deeply meaningless the more you think about it. The idea behind such “solutions” is that you will not be able to disentangle the argument and the one who brought it forth will be perceived as the “winner” of the debate. It’s an intellectual pissing contest and little more. One such was a convoluted argument that boiled down to “you must not instrumentalize a human being”. Well then, go ahead I’d say to the philosopher, jump yourself.

What about the simple solution? Continue reading