[Publieksinfo overzicht] > [Kernenergie]

04. Splijtstofcyclus en radioactief afval

• 1 Splijtstofcyclus
• 2 Opberging radioactief afval
  • 2.1 Interim-opslag bij de COVRA
  • 2.2 Definitieve berging
• 3 Proliferatie van kernwapens

1 Splijtstofcyclus

Onder splijtstofcyclus wordt de keten van uraniummijn via reactor tot eindberging van het ontstane afval verstaan. In sommige landen, b.v. de Verenigde Staten en Canada, wordt een zgn. open cyclus bedreven, d.w.z. na gebruik in de reactor wordt de splijtstof direct opgeslagen. In andere landen, b.v. Frankrijk en Nederland, wordt de splijtstofcyclus gesloten, wat wil zeggen dat de splijtstof na gebruik in de reactor gerecycleerd of opgewerkt wordt. Hierbij worden de waardevolle stoffen - het nog aanwezige uranium en het gevormde plutonium - gescheiden van de splijtingsproducten en het overige radioactieve afval. Het teruggewonnen uranium en het plutonium kunnen na passende chemische bewerking weer als splijtstof in een kernreactor gebruikt worden. Hierdoor kan 30 á 40% meer energie uit een zelfde hoeveelheid uranium worden geproduceerd. In figuur 1 staat de splijtstofcyclus schematisch weergegeven.

Fig. 1. Stappen van de splijtstofcyclus.

Momenteel onderzoekt men of naast het uranium en plutonium ook de langlevende actiniden kunnen worden afgescheiden in de opwerkingsfabriek, en kunnen worden teruggevoerd in reactoren. Het resultaat is dat het overblijvende afval gedurende een veel kortere tijd sterk radioactief is.

naar boven

2 Opberging radioactief afval

Radioactief afval ontstaat overal waar de mens gebruik maakt van het verschijnsel radioactiviteit. Dit is ondermeer in ziekenhuizen, voor materiaal onderzoek en voor het opwekken van energie. Radioactief afval heeft in tegenstelling tot chemisch afval de eigenschap dat de radiotoxiciteit - dit is de mate waarin het afval voor de mens gevaarlijk is - na langere of kortere tijd verdwijnt.

We kunnen het afval ruwweg verdelen in drie categorieën:

• Laag actief, met een relatief geringe activiteit, hierdoor geschikt om in speciaal daarvoor gemaakte faciliteiten aan het aardoppervlak opgeborgen te worden.
• Middel actief, met een hogere activiteit hetgeen betere afscherming en isolatie voor mens en milieu noodzakelijk maakt.
• Hoog actief, met een hoge activiteit; daarnaast geeft het afval tengevolge van de activiteit ook nog warmte af.

In de huidige Nederlandse situatie omvatten de eerste twee categorieën ongeveer 20.000 kubieke meter afval terwijl de laatste categorie ongeveer 50 kubieke meter afval van de brandstof uit kerncentrales omvat, plus nog eens 500 kubieke meter afval dat ontstaat bij het verwerken van de brandstof. Deze hoeveelheden ontstaan gedurende de totale levensduur van de kerncentrale(s) die in Nederland elektriciteit produceren en omvatten ook het afval dat ontstaat bij het ontmantelen van de centrale in Dodewaard en op termijn de centrale in Borssele.

Bij het opwerkingsproces van de gebruikte splijtstof wordt hoogradioactief afval afgescheiden dat hoofdzakelijk uit actiniden (isotopen van neptunium, americium en curium) en splijtingsproducten bestaat. Deze reststoffen produceren nog vele jaren vervalwarmte en moeten daarom worden gekoeld. Zij worden in de opwerkingsfabriek met een soort stabiele glasvorm gemengd die daarna in speciale containers wordt gegoten. Het hoogradioactieve afval van de Nederlandse kerncentrales is tot nu toe opgeslagen bij de opwerkingsfabrieken in Frankrijk en Engeland, maar zal op korte termijn worden teruggestuurd naar Nederland en worden opgeslagen in het gebouw voor de opslag van hoogradioactief afval, HABOG, bij de COVRA in Zeeland (zie ook de volgende paragraaf).

Het beleid van de Nederlandse overheid is dat afval dat op lange termijn wellicht opgeslagen wordt in ondergrondse opbergfaciliteiten (mijnen), zodanig opgeslagen moet zijn dat het altijd weer terug te halen is. Er kan een aantal redenen genoemd worden om het afval weer terug te halen, zoals economische, waarbij delen van het afval opnieuw gebruikt kunnen worden of veiligheid, waarbij het afval teruggehaald wordt vanwege een onvoorziene gebeurtenis met betrekking tot de opbergfaciliteit of omdat er in de toekomst een methode gevonden wordt om de toxiciteit (= stralingsgiftigheid) van het afval te niet te doen. Al deze redenen zullen hun eigen kenmerkende gevolgen hebben voor het ontwerp van de opslagfaciliteit.

2.1 Interim-opslag bij de COVRA

Tot 1982 zorgde het Energieonderzoek Centrum Nederland (ECN) in Petten voor de inzameling en verwerking van laag- en middelradioactief afval van ziekenhuizen, laboratoria en kerncentrales. Aanvankelijk werd dit afval in beton gegoten en op speciaal gelokaliseerde plaatsen in de Atlantische oceaan gedumpt, wat toen nog als acceptabel werd beschouwd. Op grond van internationale akkoorden staakte Nederland, evenals veel andere landen, het dumpen in de oceaan. Vanaf 1984 wordt al het Nederlandse radioactieve afval ingezameld door de Centrale Organisatie Voor Radioactief Afval (COVRA). De COVRA beschikt over een opslagfaciliteit voor radioactief afval in het Sloegebied, een industriehavengebied in de gemeente Borssele. De COVRA is de enige organisatie in Nederland die wettelijk gemachtigd is tot het ophalen en verwerken van radioactief afval.

Bij de COVRA beschikt men over faciliteiten voor de verwerking van laag- en middelradioactief afval (concentreren, samenpersen, in beton verpakken, enzovoorts) alsmede voor de opslag van hoogactief afval. Een deel van het laag- en middelradioactief afval zal na een langdurige opslagperiode zijn radioactiviteit verliezen, waarna het als normaal afval kan worden afgevoerd. Wanneer het hoogradioactieve afval uit de opwerkingsfabrieken naar Nederland terugkomt, zal dit worden opgeslagen in het gebouw voor de opslag van warmte-producerend, hoogradioactief afval (Hoogradioactief Afval Behandeling en Opslag Gebouw HABOG), dat in 2003 gereedgekomen is. Ook zullen de gebruikte splijtstofstaven van de onderzoeksreactoren te petten en Delft hier worden opgeslagen. In principe wordt het radioactieve afval voor een periode van minimaal 100 jaar bij de COVRA opgeslagen. Gedurende deze tijd wordt het afval vergaard tot een volume waarvoor op rendabele wijze een eindbergingsfaciliteit (mijn) geëxploiteerd kan worden. Tevens wordt deze tijd gebruikt voor het zoeken naar een voor ieder acceptabele eindoplossing.

De hoeveelheid op te bergen afval, voor zover afkomstig van kerncentrales, is vanzelfsprekend afhankelijk van de toekomstige kernenergieproductie. Men houdt rekening met drie verschillende scenario's:

Scenario 1: er komen geen nieuwe kerncentrales bij; het nucleair vermogen blijft 450 MWe (tot de sluiting van Dodewaard in 1997 500 MWe);

Scenario 2A:er komen meer kerncentrales, met een totaal vermogen van 2000 MWe;

Scenario 2B:er komen meer kerncentrales, met een totaal vermogen van 4000 MWe.

2.2 Definitieve berging

Omdat de door de mens aan het aardoppervlak gebouwde constructies in vergelijking met het afval een veel kortere levensduur hebben, wordt onderzoek gedaan aan opberging in stabiele geologische formaties. Gezien de tijdschaal waarop de geologische processen verlopen en het feit dat de gekozen locaties al gedurende miljoenen jaren aantoonbaar stabiel zijn, lijken dit soort formaties het beste geschikt om de beoogde isolatie van het afval gedurende voldoende lange tijd te kunnen garanderen.

In Nederland is in eerste instantie gekeken naar formaties van steenzout, die in de Nederlandse ondergrond in ruime mate aanwezig zijn. Experimenten met de opslag in zout zijn in samenwerking met Duitse onderzoekers in Duitse zoutmijnen verricht.

Naast steenzout hebben kleilagen gunstige eigenschappen met betrekking tot berging van afval, en dit gesteente wordt tegenwoordig dan ook mede in beschouwing genomen. Ook hier zijn Nederlandse onderzoekers bij betrokken. Echte experimenten met de opslag in klei vinden in België plaats.

Een ondergronds laboratorium in de Duitse Asse zoutmijn is weergegeven in figuur 2

Figuur 2 Ondergronds Laboratorium in de Duitse Asse zoutmijn.

Momenteel is de hoeveelheid afval in Nederland nog te klein om een ondergrondse opslagfaciliteit te bouwen. Het is echter de vraag of een land als Nederland met een relatief kleine hoeveelheid afval een eigen opslagfaciliteit zal bouwen. Elk land met nucleaire capaciteit doet onderzoek naar opslag in eigen bodem, maar er wordt ook onderzoek gedaan naar de mogelijkheid van het gezamenlijk opslaan van afval met een aantal kleinere landen samen. Deze discussie is nog niet afgerond.

naar boven

3 Proliferatie van kernwapens

"Kan men met materialen uit een kernreactor een kernbom vervaardigen?" is een veelgestelde vraag. Deze vraag is niet direct met ja of nee te beantwoorden. In het volgende wordt dit nader toegelicht.

Kernwapenmaterialen zijn uranium-235 en plutonium-239. Beide materialen komen weliswaar in een kernreactor voor, maar niet in zodanig zuivere vorm dat ze geschikt zouden zijn voor een kernwapen. Met betrekking tot uranium-235 kan in dit verband het volgende worden opgemerkt:

Voor het gangbare gebruik in kernwapens is het noodzakelijk het gehalte van uranium-235 te verhogen van 0,7 naar meer dan negentig procent. Voor het maken van een kernbom is minimaal ongeveer 25 kilogram zuiver uranium-235 nodig. Slechts met zeer geavanceerde technieken is het mogelijk met minder materiaal of met lagere verrijking een kernbom te maken. De verrijkingsgraad van uranium voor civiel gebruik in lichtwaterreactoren bedraagt minder dan drie procent. Met dat laagverrijkt uranium is het fysisch onmogelijk een bom te maken.

Plutonium is een kunstmatig element, dat ontstaat door neutronenbestraling van uranium-238, de isotoop die voor 99,3% het natuurlijk uranium vormt. In kerncentrales met lichtwaterreactoren draagt splijting van het gevormde plutonium bij aan de energieproductie. Door voortgezette neutronenvangst ontstaan zwaardere ongeschikte plutoniumisotopen. Het plutonium dat in opwerkingsfabrieken uit verbruikte splijtstof wordt afgescheiden is daarom ongeschikt voor wapenproductie.

Bij normale werking van lichtwaterreactoren zijn geen stoffen voorradig die geschikt zijn voor het maken van kernbommen.

naar boven