Het probleem in een notendop
* Conventionele energiebronnen raken op en stoten bovendien een te grote hoeveelheid CO2 uit. * Er kan nog niet voldoende groene energie worden opgewekt waarmee in de behoefte kan worden voorzien. Overigens wordt in Europa 35% van alle stroom met kernenergie geproduceerd. * De Nederlandse bevolking is bang dat zij opgezadeld wordt met afval dat honderdduizenden jaren radioactief zal blijven. Vooral de afvalproblematiek wordt gezien als een groot struikelblok als het gaat om het gebruik van kernenergie. Een gemiddelde centrale van 500 MW houdt op dit moment jaarlijks (na recycling van zijn gebruikte splijtstof) ruim een kubieke meter verglaasd hoogactief afval over. Vooral de lange tijd dat dit moet worden opgeslagen, ziet men als een nadeel van kernenergie. De vraag is of men in staat is om met nieuwe technieken de hoeveelheid hoog-actief afval te verkleinen tot acceptabele hoeveelheden?
Uranium 235
Voor een kernreactie in een energiecentrale, beschieten neutronen uranium 235-deeltjes. Als 235U beschoten wordt, ontstaan er meestal twee of drie kleinere atomen, en een paar neutronen. Als steeds 1 van die neutronen een volgend atoom laat splijten, wordt de reactie precies in stand gehouden. Bij het splijten komt natuurlijk energie vrij en ontstaan atomen als barium, xenon, krypton en strontium.
Kettingreactie? Als je meer wilt weten over het botsen van neutronen op zware kernen kun je deze link volgen.
Uranium 238
Het vervelende is dat 235U niet puur gebruikt wordt, maar in een mengsel met uranium 238. Het 238U is noodzakelijk, omdat 235U als het ware verpakt is in 238U. Na de reactie is het resterende 238U ook de drager van de splijtstofproducten. In dit verband wordt er wel gesproken van een matrix. Als er een 238U atoom geraakt wordt, is de kans groot dat dit atoom niet splijt, maar het neutron in zich opneemt. Uit uranium (elementnummer 92) ontstaan zo neptunium(93), plutonium(94), americium(95) en curium(96). Deze stoffen worden ‘actiniden’ genoemd, omdat hun chemische eigenschappen erg lijken op die van het element actinium(89).
Na een periode van een paar jaar is de ‘brandstof’ in de centrale ‘op’. In de resten zit niet alleen kortlevend afval. Kortlevend afval zit na ongeveer 250 jaar op een niveau waar het uit de natuur gewonnen uraniumerts ook op zit. Maar er zit bovendien afval in dat veel langer leeft. De actiniden hebben ongeveer 250.000 jaar nodig om onder het stralingsniveau van uraniumerts te komen. Huidig onderzoek is gericht op het verminderen van de plutoniumvoorraden, het terugdringen van de levensduur van het huidige afval en het reduceren van de productie van langdurig radioactief afval.
RAS-onderzoek
Begin jaren ’90 heeft het Energieonderzoek Centrum Nederland (ECN) een onderzoek gestart naar de mogelijkheden om de levensduur van radioactief afval te verkorten. Het RAS-onderzoek wordt sinds 1998 door NRG, een dochteronderneming van ECN en de KEMA, uitgevoerd. Het onderzoek kreeg de naam RAS (Recycling van Actiniden en Splijtingsproducten), en wordt sinds 1993 in samenwerking met buitenlandse gelijksoortige organisaties uitgevoerd.
MOX en het gebruik van de thorium matrix
Door het RAS onderzoek is men op een stof gestuit met de naam: MOX (afgeleid van het engelse Mixed Oxide). MOX is duurder dan conventionele brandstof, maar het bestaat uit verarmd uranium en plutonium. Het voordeel is dat er in één keer twee afvalproducten kunnen worden gebruikt. Bij gebruik van MOX onstaat wel opnieuw plutonium. Een deel van dit plutonium is ook moeilijk splijtbaar. Dit proces wordt ook wel verbranden genoemd. Dat is natuurlijk een beetje verwarrend, daarom kun je beter spreken van transmuteren.
Een andere mogelijkheid is om te kiezen voor plutonium in een matrix van thorium, in plaats van 235 U in een matrix van 238U. Als thorium wordt geraakt door een neutron, ontstaat er waarschijnlijk een uranium 233 atoom, dat wel splijtbaar is. De concentratie plutonium kan nog hoger zijn. Ook produceert een thoriumreactor zelf bijna geen plutonium of andere zware actiniden. Daar komt nog bij dat er veel meer thorium dan uranium beschikbaar is in de wereld.
Opwerken = scheiden
Al decennia lang worden in opwerkingsfabrieken uranium en plutonium uit gebruikte splijtstof afgescheiden om zo hergebruikt te kunnen worden. Rond deze fabrieken hangt een beetje een nare geur. Dat is een erfenis uit het verleden, omdat de lozingslimieten vroeger minder stringent waren dan tegenwoordig. Door aanpassing van wetten hoeft dat nu niet meer te gebeuren. De huidige opwerkingsfabrieken scheiden gebruikte splijtstof in de componenten uranium, plutonium, actiniden en overig korter levenden splijtstoffen. Deze fabrieken kunnen zo aangepast worden dat scheiding in veel meer stoffen mogelijk wordt. Dit noemt men advanced reprocessing. Een voordeel van deze aanpak is dat men de gescheiden reststoffen beter kan verwerken tot onschadelijke producten, bijvoorbeeld door transmutatie in special reactoren zoals het rubbiatron. Een nadeel: het is wel iets duurder dan de huidige praktijk.
Het rubbiatron
Met het gebruik van MOX is er een oplossing gevonden voor het bestaande plutonium en uranium. Maar om de andere actiniden (die hierboven afgescheiden zijn) aan te pakken, is er een reactor met ‘snelle neutronen’ nodig. In een ‘gewone reactor’ (een LWR, lichtwaterreactor) is de snelheid van de neutronen te laag, waardoor de verbranding te lang duurt. En zo ontstaan er bovendien nog redelijk veel actiniden. Omdat actiniden dus niet goed te verbranden zijn in een LWR, zullen er speciale actinidenverbranders moeten komen. Daarmee kan de levensduur van het kernafval met een factor 100 worden teruggebracht, tot een jaar of 1000. Een sneller aangedreven actinidenverbrander zoals het Rubbiatron (4e generatie reactor, zie figuur 2) kan de levensduur zelfs verkorten tot minimaal 250 jaar.
Zo’n 4e generatie reactor (met snelle neutronen) heeft ook nog eens het voordeel dat er 100 maal zoveel energie uit dezelfde grondstoffen gehaald kan worden.
Dit artikel is mede tot stand gekomen dankzij de Nuclear Research and Consultancy Group (NRG). NRG richt zich op nucleair onderzoek en advisering voor overheid en bedrijfsleven. NRG is voorts de belangrijkste producent van radio-isotopen in Europa. De nucleaire expertise vormt een uitstekende basis voor dienstverlening aan andere hoogwaardige bedrijfstakken, waaronder de chemie, olie- en gaswinning en de medische sector. her
