Durch ein Seebeben der Stärke 9 brach die externe Stromversorgung für das Kraftwerksgelände Fukushima Daiichi zusammen. Daraufhin starteten die Notstromdiesel der einzelnen Blöcke. Sie stellten die Versorgung sicherheitstechnisch wichtiger Systeme, vor allem die Nachkühlkette, sicher.

Durch das Seebeben kam es zu einem Tsunami, der das Atomkraftwerk ungefähr eine Dreiviertelstunde später erreichte. Die Wellen am Standort des Kraftwerks hatten dabei eine Höhe von bis zu 15,5 Metern - mehr als das Doppelte der Auslegung der Anlage (5,7 Meter).

Quelle: picture alliance / dpa | Aflo / Mainichi Newspaper

In die Gebäude drang Wasser ein und führte zum Ausfall der laufenden Notstromdiesel, der zugehörigen Schaltanlagen und Kühlwassersysteme. Daneben wurde die unterbrechungsfreie Gleichstromversorgung beeinträchtigt. Damit war in den Blöcken 1-4 sowohl die externe Stromversorgung als auch die Notstromversorgung ausgefallen – man spricht dabei von einem Station Blackout.

In den Blöcken 5 und 6 fielen ebenfalls große Teile der Notstromversorgung aus. Ein verbleibender, einsatzfähiger Notstromdiesel wurde für die Blöcke 5 und 6 wechselseitig genutzt. Schwere Kernschäden in diesen Blöcken konnten hierdurch vermieden werden.

Überblick über die Anlage Fukushima Daiichi Quelle: BASE

Infolge des Station Blackout wurden die Systeme der Nachkühlkette nicht mehr mit Strom versorgt. Nur eine Reihe von passiv wirkenden Systemen (Druckbegrenzung, Notkondensator in Block 1, turbinengetriebene Einspeisepumpen) funktionierten in einem gewissen Maße noch für einige Zeit.

Diese Systeme, die ohne externe Stromversorgung arbeiten, konnten den Unfallablauf verlangsamen aber letztendlich nicht aufhalten.

Ohne funktionierende Einspeisesysteme - die Wasser in die Reaktordruckbehälter pumpen - und ohne Wärmeabfuhr aus den Sicherheitsbehältern, ließ sich die Anlage nicht dauerhaft in einem sicheren Zustand halten. In der Folge sank der Wasserstand in den Reaktordruckbehältern und legte die Reaktorkerne frei.

Dadurch kam es in den Blöcken 1-3 zu einer Aufheizung und Zerstörung der Reaktorkerne - der sogenannten Kernschmelze.

Infolge der fehlenden Wärmeabfuhr aus den Sicherheitsbehältern stieg in den Blöcken 1-3 der Druck innerhalb der Sicherheitsbehälter. In solchen Fällen ist als Notfallmaßnahme eine Druckentlastung - das sogenannte Venting - vorgesehen. Über mehrere Ventile wird dabei der Sicherheitsbehälter über den Fortluftkamin in die Atmosphäre druckentlastet. Bei einem Unfall soll dadurch das Austreten von Radioaktivität ins Freie um ein Vielfaches verringert werden.

Bei Kernschmelzen kommt es bei hohen Temperaturen zu einer Reaktion des Brennstab-Hüllrohrmaterials mit Wasser, dabei wird das Gas Wasserstoff gebildet. In den Blöcken 1, 3 und 4 kam es durch unzureichendes Venting zu Wasserstoffexplosionen, die die Reaktorgebäude stark beschädigten. Die Explosion in Block 4 - in dem es keine Kernschmelze gab - wird aufgrund des Eindringens von Wasserstoff aus Block 3 über gemeinsam genutzte Fortluftsysteme vermutet.

Die Explosionen behinderten und verzögerten die Durchführung von Notfallmaßnahmen auf dem Anlagengelände - wie die Wassereinspeisung in die Reaktordruckbehälter mittels Feuerlöschpumpen.

Blick auf das Gelände des zerstörten Atomkraftwerks Fukushima Daiichi Quelle: (c) dpa

Die ursprüngliche Tsunami-Auslegung aus dem Jahr 1966 bezog sich auf Wellenhöhen von maximal +3,122 Metern über dem Meeresspiegel. In den Jahren bis 2009 fanden mehrere Neubewertungen dieser Auslegung statt. Auf deren Basis wurde sie durch Nachrüstmaßnahmen mehrfach erhöht und betrug zum Zeitpunkt des Unfalls 5,7 Meter.

Ab 2009 führte der Betreiber eine Reihe von freiwilligen Analysen durch. Diese ergaben für die Blöcke 1–4 mögliche Tsunami-Höhen von bis zu 9,3 Metern. Für Stellen in der Nähe der nördlichen und südlichen Grenze des Anlagengeländes wurden in diesen Analysen Tsunami-Höhen von bis zu 15 Metern ermittelt (vgl. die am 11. März 2011 beobachtete Tsunami-Höhe von 13,1 Metern am Standort der Anlage).

Änderungen an der Anlage wurden nach diesen Analysen nicht durchgeführt. Untersuchungen der IAEA zeigten auch, dass die Notstromversorgung nicht ausreichend gegen Überflutung ausgelegt war.

Daneben spielte die mangelhafte Umsetzung der Druckentlastung der Sicherheitsbehälter – das sogenannte Venting - nach dem Tsunami für den Unfallablauf eine entscheidende Rolle. Über mehrere Ventile wird dabei der Sicherheitsbehälter über den Fortluftkamin in die Atmosphäre druckentlastet. Laut IAEA hätte ein rechtzeitiges erfolgreiches Venting effektivere Notfallmaßnahmen zur Kernkühlung ermöglicht und die Wasserstoffexplosionen der Reaktorgebäude verhindern können. Auch die Explosion im nicht von einer Kernschmelze betroffenen Block 4 - verursacht durch den Eintrag von Wasserstoff aus dem Block 3 - zeigt das unzureichende Venting.

Schnittbild der Anlage und Höhe des Tsunamis Quelle: BASE

Menschliche und kulturelle Faktoren Quelle: BASE/Michael Meier

Japanische und internationale Expertenteams kamen zu dem Schluss, dass Fukushima mit entsprechenden Vorkehrungen hätte es verhindert werden können. Menschliche und kulturelle Faktoren spielten bei dem katastrophalen Unfall eine entscheidende Rolle.

Wieso gab es keine ausreichenden Vorkehrungen? Weshalb wurde der Unfall nicht durch ein umfassendes Risikomanagement verhindert oder zumindest abgemildert?

Die technischen Schwächen der Kernanlagen waren zum großen Teil bekannt und vermeidbar. Dazu kam eine wenig ausgeprägte Sicherheitskultur im Zusammenspiel von Betreiberunternehmen, der japanischen Aufsichtsbehörde und der Regierung. Man war überzeugt: Ein schwerer Unfall sei nicht möglich und das japanische kerntechnische System ausreichend und effizient. Zudem wurde in den Untersuchungen die japanische Nationalkultur mit einer ausgeprägten Gruppen- und Autoritätsorientierung als ein Einflussfaktor für die wenig ausgebildete Sicherheitskultur genannt. Ebenfalls angeführt wurde das mangelhafte Lernen aus anderen schwerwiegenden Unfällen wie in den Atomkraftwerken Three Mile Island (USA) oder Tschernobyl (Ukraine).

Nach dem katastrophalen Unfall in Fukushima überprüften weltweit Regierungsorganisationen und Betreiber ihr Verständnis von Sicherheitskultur. Themen wie Unabhängigkeit der Aufsichtsbehörden, Überwachung der Sicherheitskultur von Betreibern sowie die Reflektion und Förderung der eigenen Sicherheitskultur innerhalb von Aufsichtsbehörden wurden auf die Agenda gesetzt.

Eine detailliertere Darstellung des Einflusses und der Bedeutung von menschlichen, organisationalen und kulturellen Einflüssen findet sich im Fachbericht.

Die Freisetzungen von Radioaktivität in die Atmosphäre erfolgten im Wesentlichen durch:

1. die ungefilterten Druckentlastungen der Sicherheitsbehälter:
   Neben der Freisetzung von Edelgasen, die auch bei einer gefilterten Druckentlastung erfolgt wäre, führte dies zur Freisetzung hauptsächlich von leichtflüchtigen Spaltprodukten wie Jod und Cäsium.
2. Leckagen der Sicherheitsbehälter:
   Während des Unfallablaufs wurden Druck und Temperatur der Sicherheitsbehälter, für die die Sicherheitsbehälter konzipiert waren, in den Blöcken 1-3 zum Teil deutlich überschritten. Wahrscheinlich sind hierbei Leckagen aufgetreten.

Neben der Freisetzung in die Atmosphäre kam es zur Freisetzung von radioaktiven Stoffen in Wasser – hauptsächlich als Kontamination des zur Notkühlung eingespeisten Wassers. Da keine geschlossenen Kühlkreisläufe mehr existierten, haben sich große Mengen kontaminierten Wassers über Leckagen der Sicherheitsbehälter in den Gebäuden angesammelt. Anfang April 2011 kam es zum Ausfluss von stark kontaminiertem Wasser ins Meer. Außerdem ist Wasser – hauptsächlich Grundwasser – von außen in die Gebäude eingedrungen.

Durch verschiedene Maßnahmen, konnte der Zufluss von Grundwasser in die Gebäude inzwischen erheblich reduziert werden. Zu den Maßnahmen zählen:

• Abdichtung von Leckagen an Gebäuden und Gebäudedurchführungen
• Inbetriebnahme von Grundwasserdrainagebrunnen und Entwässerungsbrunnen
• Permanente Vereisung des Erdreichs rund um die Reaktorgebäude der Blöcke 1-4
• Versiegelung eines Großteils des Anlagengeländes und des Meeresbodens im Hafenbecken

Weiter konnte durch die Errichtung eines Grundwasser-Absperrbauwerks als wasserundurchlässige Barriere direkt vor der Kaimauer der Abfluss kontaminierten Wassers ins Meer reduziert werden.

Zudem ist eine Reinigungsanlage für das in die Gebäude eingedrungene kontaminierte Wasser in Betrieb. Wasser, das nach der Behandlung nicht wieder zur Kühlung in die Reaktoren eingespeist wird, wird auf dem Anlagengelände in verschiedenen Behältern zwischengelagert. Die Lagerkapazitäten mussten bisher stetig erweitert werden und sind inzwischen nahezu erschöpft.

Seit dem August 2023 wird deshalb das aufgereinigte Wasser mit Seewasser weiter verdünnt und ins Meer eingeleitet. Die in diesen Wässern bei der Abgabe noch vorhandene Konzentration an radioaktiven Stoffen liegt weit unter den gesetzlichen Grenzwerten.

Tanks mit radioaktiv kontaminiertem Wasser auf dem Gelände des Atomkraftwerks Fukushima Daiichi Quelle: picture alliance / ASSOCIATED PRESS | Yasushi Kanno

250 km

... von Fukushima entfernt – in Tokyo – stieg die Jod-131 Belastung des Trinkwassers zeitweise über den für Kleinkinder kritischen Wert. Zahlreiche Lebensmittel wie Gemüse, Milch oder Kräuter aus den betroffenen Regionen durften nicht verzehrt werden. Ende März/ Anfang April wurden hohe Konzentrationen v.a. von Cäsium-137 und Jod-131 im Meer nahe dem AKW nachgewiesen, die dann bis Ende April schnell auf niedrige Werte zurückgingen. Teilweise musste der Fischfang ausgesetzt werden, da die Kontaminationen von verschiedenen im Meer vor Fukushima gefangenen Fischarten in zahlreichen Fällen oberhalb der gesetzlichen Grenzwerte lag.

20.000

... Menschen sind in Folge von Beben und Tsunami gestorben oder sind immer noch als vermisst gemeldet. Der Tsunami überflutete mehr als 560 km² des japanischen Festlands, über 470.000 Gebäude wurden schwer beschädigt oder zerstört, etwa 4.000.000 Haushalte hatten keinen Strom, 2.300.000 Haushalte hatten kein Trinkwasser.

470.000

... ist die Gesamtzahl der Evakuierten laut der japanischen Regierung in allen Präfekturen zusammen. Die Gesamtzahl der aufgrund der radiologischen Situation in der Präfektur Fukushima evakuierten Personen betrug ca. 110.000, die Gesamtzahl der in der Präfektur Fukushima evakuierten Personen betrug ca. 165.000. Von diesen Evakuierten waren Ende 2020 noch 37.000 verblieben.

Die in die Atmosphäre freigesetzten Radionuklide wurden mit dem Wind lokal, regional und global verfrachtet und gerieten in der Folge ins Meer oder wurden auf der Erdoberfläche deponiert. Wohin welche radioaktiven Stoffe gelangten, hing wesentlich vom Zeitpunkt der Freisetzung und von den dann herrschenden Wetterbedingungen wie Wind und Niederschlägen ab.

Nach dem Reaktorunfall erhöhten sich in Deutschland die Jod-131 und Cäsium-134/137 Konzentrationen in der Luft für etwa einen Monat. Die gemessenen Konzentrationen waren aber so gering, dass sie keine gesundheitliche Gefährdung für die Menschen und die Umwelt in Deutschland und Europa darstellten. Seit Ende Mai 2011 liegen die Messwerte wieder auf dem gleichen Niveau wie vor der Reaktorkatastrophe von Fukushima.

Die Reaktorgebäude waren nach dem Unfall stark beschädigt. Zunächst musste die Stabilität und Funktion der Gebäude während der gesamten Stilllegung sichergestellt werden.

Einhausungen wurden errichtet, um zu verhindern, dass radioaktive Stoffe in die Umwelt gelangen. Diese Einhausungen sind auch Voraussetzung für den Einbau von Einrichtungen zum Bergen der Brennelemente aus den Brennelement-Lagerbecken und dem Kernmaterial aus den Reaktoren.

Ein großes Problem stellt radioaktiv verunreinigtes Wasser in den Gebäuden dar. Zum einen Wasser, das bei der Notkühlung nach dem katastrophalen Unfall eingespeist und dabei kontaminiert wurde, aber inzwischen vor allem Grundwasser, welches permanent über Undichtigkeiten in die Gebäude eindringt und dort mit radioaktivem Material in Kontakt kommt.

Da keine geschlossenen Kühlkreisläufe mehr existierten, haben sich große Mengen kontaminierten Wassers über Leckagen der Sicherheitsbehälter in den Gebäuden angesammelt. Durch verschiedene Maßnahmen, unter anderem durch Abdichtung von Leckagen an Gebäuden, konnte der Zufluss von Grundwasser in die Gebäude inzwischen erheblich reduziert werden (siehe dazu „Freisetzung von Radioaktivität“). Der Betreiber TEPCO reinigt dieses kontaminierte Wasser auf. Tritium verbleibt jedoch darin. Seit dem August letzten Jahres wird das gereinigte Wasser verdünnt ins Meer eingeleitet. Dieser Prozess soll etwa 30 Jahre dauern.

Langfristig plant TEPCO die Bergung der zerstörten Reaktorkerne und der Brennelemente aus den Brennelement-Lagerbecken sowie deren Entsorgung. Von November 2013 bis zum Dezember 2014 wurden die Brennelemente in den Lagerbecken des Blocks 4 geborgen. Für Block 3 begann die Entladung des Brennelement-Lagerbeckens im April 2019 und konnte im März 2021 abgeschlossen werden. In den Blöcken 1 und 2 laufen entsprechende Vorbereitungsarbeiten, wie das Entfernen von Trümmern. Für die Bergung geschmolzenen und später erstarrten Kernmaterials aus den Reaktoren der Blöcke 1-3 laufen Vorbereitungen.

Für die Lagerung der Brennelemente stehen auf dem Anlagengelände zwei Einrichtungen zur Verfügung: Ein zentrales Nasslager und ein temporäres Trockenlager.

Um das Kernmaterial aus den Reaktoren zu bergen, ist ein Überblick über den Zustand der inneren Bereiche der Reaktorgebäude Voraussetzung. In den Gebäuden ist die Strahlung hoch, der Zustand und die Verteilung des Kernmaterials unklar.

Die Bergung muss daher größtenteils mittels fernhantierter Robotertechnik durchgeführt werden. Erste Versuche sollen mit einem neu entwickelten Roboterarm und Greifwerkzeugen in Block 2 beginnen. Die Zugänglichkeit zu den Reaktorblöcken stellt den Betreiber TEPCO vor große Herausforderungen.

Nach mehreren Jahren Dekontaminationsarbeiten in der Umgebung des Atomkraftwerks Fukushima wurden Teile der evakuierten Gebiete freigegeben. Auch wichtige Infrastruktureinrichtungen sind heute wieder in Betrieb. In der Nähe des Atomkraftwerks wurden dazu Dächer und Dachrinnen gereinigt, obere Bodenschichten abgetragen und organisches Material eingesammelt.

Die großen Mengen von schwachradioaktiven Abfällen wurden zunächst in vielen provisorischen Lagerstätten in der Region Fukushima eingelagert. Heute befinden sich die Abfälle größtenteils in einem neu errichteten Zwischenlager, die alten Lagerstätten wurden rekultiviert.