Afval

Het splijtingsmateriaal van een kernreactor, de brandstof, moet op enig moment vervangen worden omdat zich teveel Xenongas heeft gevormd, wat de kettingreactie minder efficiënt maakt. Eénmaal per jaar, per 2 jaar, of nog langer, afhankelijk van het type reactor en type brandstof, worden gebruikte staven met splijtingsmateriaal vervangen door nieuwe. Daarvoor moet de reactor een aantal dagen worden gestopt. De gebruikte splijtstofstaven is wat meestal kernafval wordt genoemd. In sommige landen, waaronder de VS, wordt dit materiaal opgeslagen onder de noemer ‘kernafval’. Strikt genomen is dat niet juist: slechts een klein deel ervan is niet meer bruikbaar en is afval. Het grootste deel is nog ongebruikt splijtingsmateriaal.

Waar het oorspronkelijke materiaal voor 97% uit Uranium-238 en 3% Uranium-235 bestond, bestaat de brandstof na gebruik uit 96% U-238 en 1% U-235 en 1% Plutonium, afgerond naar hele procenten. De overige 2% zijn de splijtingsproducten en dat is het eigenlijke afval. Behalve deze laatsten is al het materiaal opnieuw te gebruiken na opwerking. Opwerking is het chemisch afscheiden van de splijtingsproducten. Dat gebeurt bijvoorbeeld in La Hague in Frankrijk. Als de splijtingsproducten zijn verwijderd heb je nieuwe brandstof, die MOX (Mixed Oxide) heet en nu ook Plutonium bevat. MOX wordt o.a. in Borsele gebruikt. Het is duurder dan de standaard brandstof en wordt daarom niet overal toegepast. Zoals hierboven al gezegd wordt in landen zoals de VS eenmaal gebruikte brandstof niet opgewerkt maar opgeslagen en wordt voor voortzetting van de energieproductie ‘verse’ brandstof gebruikt. Opwerken is namelijk niet gratis en nieuw uranium is relatief goedkoop. In de VS was een opwerkingsfabriek in aanbouw maar dat project werd stop gezet door president Carter. Dat was niet om economische redenen maar om politieke.

Inmiddels zijn er ook reactoren ontwikkeld waarin het van nature honderdmaal méér voorkomende U-238 als brandstof gebruikt kan worden. Er staan al enkele van deze reactoren op de wereld en nog onlangs werd in Rusland een nieuwe in gebruik gesteld. Onder de nieuwere type (Generatie IV) reactoren zijn er enkele, met name de gesmolten-zout-reactor (MSR) die ook uitstekend met U238 kunnen werken. In feite kunnen deze reactoren dus direct de gebruikte brandstofstaven van conventionele reactoren als nieuwe brandstof gebruiken.

De afvalverwerking is daarmee gereduceerd tot het afscheiden van de vaak radioactieve splijtingsproducten die ontstaan na het splitsen van Uranium of Plutonium. Door de gebruikte splijtstofstaven eerst voor 5 jaar in een waterbad te laten staan neemt de radioactiviteit met 99% af door verval van de kortlevende isotopen naar stabiele elementen. Pas daarna volgt het transport naar La Hague. Daar worden er eerst een aantal radioactieve isotopen uitgehaald voor gebruik in de industrie, ziekenhuizen en laboratoria. Wat dan nog over is van de splijtingsproducten wordt in glas gegoten en in speciale vaten teruggestuurd. In ons geval worden deze vaten opgeslagen bij COVRA. Cesium en Strontium zijn de meest voorkomende splijtingsproducten. Ze hebben een halfwaardetijd van ongeveer 30 jaar. Bijna alle andere radioactieve kernen vervallen sneller. Na 100 jaar is daarvan nog maar een achtste deel over en na 300 jaar is de activiteit niet meer te onderscheiden van de natuurlijke radioactiviteit die altijd om ons heen is. Dergelijk materiaal voor 300 jaar opslaan is technisch goed beheersbaar. In onze steden zijn heel veel huizen en kerken ouder dan dat.

In bovenstaand schema wordt in het bovenste deel de huidige situatie geschetst voor de LWR reactor in Borssele die met MOX gestookt wordt en waarbij het afval naar COVRA gaat. In het tweede plaatje  wordt de mogelijk toekomstige situatie verbeeld waarbij het afval van de LWR gebruikt kan worden als brandstof voor een MSR. Dit is een veel efficiënter gebruik van het uranium en reduceert enorm de hoeveelheid afval.

En dan is er nog een aantal andere radioactieve isotopen die worden gevormd doordat het uranium in de reactor neutronen invangt en nieuwe elementen vormt die niet splijten. Deze worden wel de actiniden genoemd en sommige hebben een heel lange halveringstijd. In volume hebben we het nu over promillen. Iets met een heel lange halveringstijd is per definitie weinig radioactief maar dient toch met de nodige voorzichtigheid te worden behandeld en opgeslagen.  Er bestaan ook technieken waarbij de actiniden opnieuw de reactor ingaan waardoor ze nog meer neutronen kunnen invangen en eventueel na verval overgaan in stabiele of korter levende isotopen.

Kortom, kernafval vormt geen “probleem”. Het is iets om voorzichtig mee te zijn, maar technisch goed beheersbaar. Bij de verwerking en opslag van kernafval is nog nooit één dode gevallen of iemand ziek geworden. Het gaat om kleine hoeveelheden, zeker in vergelijking met de afvalbergen die centrales die op fossiele brandstoffen draaien achterlaten of de lucht inblazen. (Het is interessant te bedenken dat een berg as afkomstig van kolenverbranding zó radioactief is dat hij op het terrein van een kerncentrale verboden zou zijn! Kolenerts bevat nl ook altijd een beetje uranium. ) Ook de opslag van goed ingepakte splijtingsproducten voor 300 jaar is goed beheersbaar. Na 300 jaar is de radioactiviteit verdwenen. Dit kan niet worden gezegd van chemisch afval dat moet worden opgeslagen. Dat heeft een veel groter volume en het vervalt nooit. Ten slotte is kernenergie de enige vorm van energieproductie die strikt wordt gehouden aan de controle van alles dat wordt geproduceerd, inclusief de ontmanteling van de centrale. Eigenlijk iets om trots op te zijn.

COVRA

Alle opslag van radioactief materiaal gebeurt in Nederland centraal bij het COVRA. Veruit het meeste radioactieve afval is afkomstig van de industrie, ziekenhuizen, laboratoria en andere vaak onverwachte bronnen. Het betreft hier laag- en middelradioactief afval. Dit wordt opgeslagen in vaten of containers en voortdurend bemeten op (afnemende) radioactiviteit. Slechts één gebouw wordt gebruikt voor de opslag van hoogradioactief afval uit kernreactoren. Dit gebouw (zie foto hiernaast) is extra beveiligd en heeft extra dikke muren. Het afval wordt in speciale vaten in de betonnen vloer verzonken en ook daar voortdurend gecontroleerd op activiteit.

De website van het COVRA bevat uitstekende informatie over afval, straling en opslag.

Eindberging

Bij COVRA wordt al het radioactieve afval van Nederland bovengronds opgeslagen. Het lage en middelradioactieve afval blijft daar in ieder geval liggen tot de uitgezonden straling lager is dan de natuurlijke achtergrondstraling. Voor het hoogradioactieve afval is het de bedoeling dat elders een eindberging wordt gevonden. Er wordt onderzoek gedaan naar wat daarvoor de beste locaties zijn. Tot die tijd blijft het afval bij COVRA.

Referenties

• What is Nuclear Waste van de heel informatieve site What is Nuclear