Kernafval minder lang schadelijk na zware beschieting; Radioactieve recycling

Het verzet tegen kernenergie berust in Nederland, zoals in de rest van de wereld, op twee pijlers: de angst voor rampen zoals die met Tsjernobyl, Harrisburg en Windscale en de zorg voor het nageslacht dat met hoog radioactief afval zou worden opgescheept. Hoewel nog deze week uit een enquete bleek dat de rampangst voor de meesten het zwaarst weegt steeds meer mensen hebben steeds minder nageslacht blijft toch ook de opslag van kernsplijtingsafval (waarbij Nederland en Duitsland vooral aan opslag in zoutkoepels denken) een zorgenkindje.

Promoverende onderzoekers van de Universiteit van Groningen, die in hun laboratorium de invloed van ioniserende straling op zout onderzochten, maakten het er niet beter op door, ook al deze week, bekend te maken dat volgens hun inzichten het zout meer van straling te lijden had dan tot nu toe werd aangenomen. Gejuich bij de anti's.

Steun voor de pro's kwam van het Energieonderzoek Centrum ECN in Petten dat juist vorige maand besloot tot een onderzoek waarin zou worden nagegaan of het radioactief afval niet zo zou zijn te behandelen dat het minder lang actief bleef: het 'actiniden-onderzoek' dat het ECN in het internationale Omega-project onderbrengt. Dat project, geinitieerd door Japanse onderzoekers en nu gecoordineerd door het Nuclear Energy Agency van de OESO, beoogt 'over een zeer breed front' te onderzoeken of het mogelijk is nuttige en schadelijke stoffen uit radioactief afval van elkaar te scheiden en na te gaan welke componenten uit radioactief afval voor hergebruik in aanmerking komen. Het ECN heeft er drie man voor vrijgemaakt.

Het afval waar het om gaat, legt ECN-onderzoeker dr. H. Gruppelaar uit, bestaat uit kernsplijtingsafval in engere zin: de opgebrande splijtstofstaven van kernreactoren. Die blijven lang radioactief door de aanwezigheid van een restje uranium-235 (dat al die tijd in de reactor de gewenste kernreacties op gang hield) en door de reactie-produkten van de kernsplijting. Dat zijn er bijzonder veel maar ze zijn in twee groepen in te delen: enerzijds zijn er de splijtingsprodukten, de brokstukken van uranium-235 en andere uranium-isotopen en van de nieuwe splijtingsprodukten die door de neutronen (van het splijtende uranium-235) uit elkaar werden geschoten, daarnaast zijn er de actiniden, dat zijn juist elementen die hun bestaan danken aan het opnemen van een neutron ('neutronenvangst').

Zowel de gevormde splijtingsprodukten als de actiniden zijn doorgaans instabiel. Ze vallen onder het uitzenden van ioniserende ('radioactieve') straling uiteen, waarbij de de splijtingsprodukten, zeer generaliserend gesproken, vooral betastraling afgeven en een korte halfwaarde tijd bezitten, terwijl de de actiniden vooral bestaan uit alfa-stralers met een hoge halfwaardetijd.

De halfwaardetijd is de tijd waarbinnen een isotoop, aan zichzelf overgelaten, juist voor de helft uiteenvalt. Isotopen met een hoge halfwaardetijd geven weinig straling af, die met een korte tijd juist veel, maar kort. De middengroep is het gevaarlijkst. Beta-straling bestaat uit elektronen, dus lichte, negatieve deeltjes, alfastraling uit heliumkernen: zware, positieve deeltjes. Tegen beide soorten straling is een goede bescherming mogelijk alleen het opeten of inademen van alfa- en betastralers is gevaarlijk.

De diverse actiniden (ook wel transuranen genoemd) verschillen van elkaar in hun kernbouw en hun stabiliteit, maar chemisch gezien zijn ze nauwelijks van elkaar te onderscheiden. Het bekendste actinide, afgezien van actinium en uranium, is plutonium-239 dat door het invangen van een neutron uit het niet splijtbare uranium-238 ontstaat. Uit een ton uranium-235 ontstaat in de gewone lichtwaterreactoren zo'n 150 kilo plutonium en 30 kilo andere actiniden.

De gangbare praktijk in de geindustrialiseerde wereld is tegenwoordig dat opgebrande splijtstofstaven na afkoeling afgeleverd worden bij een 'opwerkingsfabriek' waar men langs chemische weg het nog bruikbare uranium-235 en het nieuw gevormde plutonium-239 aan het afval onttrekt. (Het plutonium is ook in kernreactoren te gebruiken en vond daarnaast zijn weg naar de wapenindustrie.) De rest van het zeer radioactieve afval wordt opzij gezet of teruggestuurd naar de afzender, die het op zijn beurt meestal opzij zet omdat voor opslag van het afval vaak geen definitieve oplossing is gevonden. In de Derde Wereld behelpt men zich doorgaans met once through cycli. Daar komt men niet aan opwerking toe.

Ook zonder plutonium-239 (dat een halfwaardetijd heeft van 24 duizend jaar) blijft kernsplijtingsafval erg lang erg actief, zeker vele tienduizenden jaren lang. Daarin schuilt een deel van het probleem: het is moeilijk met volstrekte zekerheid te zeggen dat een geologisch stabiele formatie over zo'n periode ongeschonden zal blijven. Zou die periode zijn terug te brengen tot enige honderden jaren dan zou zeer veel gewonnen zijn.

De oplossing zou kunnen komen van een fysische behandeling van de verschillende actiniden: van een beschietingen met snelle of langzame ('thermische') neutronen die respectievelijk zijn te leveren door de geavanceerde snelle kernreactoren of de klassieke 'thermische' reactoren. Ook zou een beschieting met zeer energierijke protonen uit protonenversnellers in aanmerking kunnen komen. Zulke protonen zijn in staat zware kernen te 'versplinteren', dat is: in meer dan twee stukken te laten uiteenvallen. De bedoeling is in alle gevallen om de gevaarlijke isotopen door neutronenvangst, splijting of versplintering om te zetten in minder gevaarlijke, liefst zelfs nuttige isotopen.

De gedachte is, zegt Gruppelaar, overigens niet nieuw maar de uitwerking zou nieuwe kansen kunnen krijgen dankzij de sterk verbeterde gerobotiseerde 'handling' van hoog actief materiaal en de introductie van die geavanceerde snelle kernreactoren, zoals de Amerikaanse PRISM-reactor, die uitstekend actiniden kunnen verbranden.

Omdat de verschillende actiniden en splijtingsprodukten (die trouwens ook in het actiniden-onderzoek zijn opgenomen) stuk voor stuk anders reageren op een bestraling met neutronen of protonen zal het welslagen van de onderneming afhangen van het succes van de chemische scheiding die er aan voorafgaat. Of deze geheel nieuwe 'opwerking' ooit commercieel aantrekkelijk zal zijn valt nog te bezien.

Gruppelaar wijst er met nadruk op dat het hier om lange termijn onderzoek gaat waarvan zeker deze eeuw geen praktische resultaten zijn te verwachten. Vooralsnog heeft de ECN alleen literatuurstudie verricht, tezijnertijd zou men de hoge-flux-reactor, eigendom van het Joint Research Centre van de EG, voor het werk kunnen inschakelen. En als de anti's 500 jaar radioactiviteit nog steeds teveel vinden? 'Dan weten we', zegt Gruppelaar, 'dat ze sowieso tegen kernenergie zijn. Wat dat betreft kan de studie ook de kernenergie-discussie verhelderen.'

foto: Gedigitaliseerde foto die is gewijzigd met behulp van een formule die het effect heeft dat het beeld krimpt naar het centrum alsof de foto wordt geprojecteerd op de top van een kegel. Uit: Beyond Photography van G. Holzmann.