Nieuwe reactoren voor een nucleaire lente; Overheden of politieke partijen, zoals de PvdA, die opgeven al hun hoop op 'inherent veilige' reactoren te vestigen, geven met zoveel woorden te kennen dat ze de komende vijftien jaaen extra atoomstroom wens...

PINK-rapport: Results of a comparison study of advanced reactors (juni 1991) Small and medium reactors, NEA-OECD 1991 Advanced Light Water Reactor - Utility Requirements Document (EPRI, 1990) Advanced Light-Water Reactors, (Scientific American, april 1990, The role of nuclear reactor containment in severe accidents (NEA, 1989)

Als de tekenen niet bedriegen, en als zich niet ergens in het oude reactorbestand een ongeluk voordoet van het formaat Sellafield, Harrisburg of Tsjernobyl, dan gloort er een nucleaire lente.

Het besef dringt door dat het aantrekkelijk is naast de bestaande centrales die overwegend fossiele brand(JHfen inzetten ook elektriciteit op te wekken zonder tegelijk kooldioxide of stikstofoxiden in de lucht te brengen. En dat in de afgelopen nucleaire winter, die ruim vijftien jaar duurde, reactortypen zijn ontwikkeld die belangrijk economischer en veiliger zijn dan de meeste typen die in het huidige park van 423 vermogensreactoren zijn aan te treffen.

Wat er de komende jaren besteld gaat worden is niet zeker, maar hoofdlijnen tekenen zich af - zo zoetjesaan bestaat de mogelijkheid een rangschikking in het woud van verwachtingen aan te brengen.

Inherent veilig Vast staat, om te beginnen, dat de generatie 'revolutionaire' of 'inherent veilige' reactoren voorlopig alleen wetenschappelijk interessant is. Het ontwerp voor deze reactoren, waarin wezenlijk nieuwe technieken en materialen worden opgenomen, is nog volop in ontwikkeling en overheidssteun voor de research wordt maar mondjesmaat gegeven.

Overheden of politieke partijen, zoals de PvdA, die opgeven al hun hoop op dpe reactoren te vestigen, geven met zoveel woorden te kennen dat ze de komende vijftien jaar geen extra atoomstroom wensen en tonen zich, is er aan toe te voegen, wel erg goed van vertrouwen wat betreft de onfeilbaarheid van de nieuwe systemen.

Anderzijds bewijzen vertegenwoordigers van onderzoek en industrie die de aandacht voortdurend op de komst van deze droomreactoren gevestigd houden de snelle herductie van kernenergie ook geen dienst. Op zijn minst brengen ze ambtenaren en politici in de war. De inherent veilige reactoren als de PIUS en de PRISM bestaan vooralsnog alleen op papier en het is veelbetekenend dat de nucleaire industrie, daartoe uitdrukkelijk aangespoord door het IAEA, allang afstand heeft genomen van de aanduiding 'inherent veilig'.

Een mogelijke uitbreiding of herintroductie van kernenergie die nog deze eeuw moet plaatsvinden zal bestaan uit de plaatsing ven reactoren uit de zogeheteste en tweede generatie, de evolutionaire en passieve reactoren, samen wel 'geavanceerde reactoren' genoemd. (In Nederland worden alleen de passieve reactoren geavanceerd genoemd.) Dat zijn, op een uitzondering na (de Canadese zwaarwaterreactoren van het type Candu, ontwikkeld door AECL) allemaal lichtwaterreactoren: reactoren die gewoon water gebruiken voor de koeling en het afremmen (modereren) van neutronen.

Het is opmerkelijk dat allerlei reactortypen die nu het rijk geschakeerde park vulan de kandidatenlijst zijn afgevoerd. In het bijzonder betreft dat de gasgekoelde reactoren en de snelle kweekreactoren, die beide erg duur en au fond niet erg betrouwbaar zijn gebleken. De bestaansgrond van de gasgekoelde reactoren, die vooral in Engeland zijn te vinden, is verdwenen nu er voldoende verrijkingscapaciteit aanwezig is om de aanvoer van verrijkt uranium te garanderen (de Engelse Magnox-reactoren kunnen natuurlijk, dus onverrijkt, uranium gebruien, en voor de Advanced Gascooled Reactors is maar een lichte verrijking nodig). De enige reactor die Engeland nog in aanbouw heeft (Sizewell B) is een drukwaterreactor: Engelands eerste!

KWEKEN

Aan het 'kweken', waarbij in plaats van het zeldzame uranium-235 het veel algemenere uranium-238 kan worden gebruikt, is pas behoefte als het aantal vermogensreactoren in de duizenden gaat lopen. Voor die tijd springt een opvallend bezwaar van dekreactor, de produktie van plutonium als splijtstof, meer in het oog. Plutonium kan goed gebruikt worden in kernwapens. Mogelijk ziet men in de nabije toekomst een nuttige taak voor 'snelle kwekers' in het 'verbranden' van het hoog actief afval van andere reactoren.

Reactorbouwers die alleen evolutionaire reactoren kunnen aanbieden, zoals Framatome en Siemens-KWU en in zeker opzicht ook het Canadese AECL, beweren dat hun evolutionaire reactoren, ongetwijfeld een hoogtepunt in vijfentwintig jaar ontwikkeling van lichtwaterreactorl formidabel verschillen van de reactoren die vijftien jaar geleden werd geplaatst en dat de passieve reactoren zoals de SBWR (Simplified boiling water reactor) en de AP600, die binnen vijf jaar beschikbaar komen, daar niet veel aan toevoegen.

Het eerste is waar, het tweede niet. Dat komt vooral tot uiting in het pakket eisen dat de Amerikaanse elektriciteitsbedrijven in samenwerking met buitenlandse 'utilities' (ook de Nederlandse) en aangevoerd door hun researchinut EPRI hebben opgesteld voor de thans en zeer binnenkort leverbare geavanceerde lichtwaterreactoren, het ALWR utility requirements document. Dat document stelt aparte eisen aan de evolutionaire en aan de passieve reactoren (en schrijft ze trouwens op het lijf van de Amerikaanse reactoren, respectievelijk de ABWR met de CE 80+ en de SBWR met de AP600). Omdat reactorbouwers er alles aan gelegen is het predikaat 'goedgekeurd door de EPRI' te verwerven is aannemelijk dat de EPRI-eisen ook ruwweg de eigenschappen van de moderne reactoren aangeven. (Ook de evolutionaire N4 van Framatome en de Konvoi van KWU zouden aan de EPRI-eisen voldoen.) De EPRI-eisen voor nieuwe lichtwaterreactoren, moet hier onderstreept worden, betreffen lang niet alle de veiligheid en waarschijnlijk niet eens in de eerste plaats. (''Onze reactoren waren al veilig.'') Er worden ook lange reeksen eisen gesteld aan de technische prestaties (de inzetbaarheid moet min 87 procent zijn, de centrale moet zeker 60 jaar meekunnen) en aan de 'bouwbaarheid', de constructibility.

MODULAIRE BOUW

Evolutionaire centrales moeten in 4,5 jaar zijn te bouwen, passieve zelfs in 3,5 jaar. (De laatste tijd is de bouwtijd in de VS ongeveer 15 jaar.) Dat dwingt de industrie tot modulaire bouw, een systeem waarbij in de fabriek geconstrueerde 'modules' later op de eindbestemming alleen nog hoeven te worden geassembleerd. Ook de reactorbouwers zelf noemen als sterksnt van hun nieuwe reactoren niet in de eerste plaats de grotere veiligheid maar de verbeterde economie.

Ze getroosten zich veel moeite in getallen aan te tonen dat de passieve reactoren, die een vermogen hebben van ongeveer 600 MW, toch even voordelig zijn als de evolutionaire eindstadia met vermogens van 1300 tot 1400 MW. Het bewijs is nog niet geleverd en het besef breekt door dat vergroting van de veiligheid hoe dan ook ten koste zal gaan van de economie (Scientific American, april 1990).

De Nederlandse discussie concentreert zich bijna uitsluitend op veiligheid. De verbeterde veiligheidseigenschappen van de evolutionaire reactoren zijn vooral te danken aan toevoegingen aan een bestaand concept, aan meer redundantie en diversiteit, aan verdergaande automatisering en een verbeterd 'man-machine interface': een overzichtelijker en begrijpelijker controle-paneel.

Toch zijn ook meer structurele verbeteringen aangebracht waardoor bijvoorbeeld een operator minstens 30 minuten de tijd heeft om op een onverwachte (en ongewenste) ontwikkeling te reageren. De grace period (voorheen ook wel de 'walkaway safety' genoemd) van veel huidige reactoren bedraagt maar een paar minuten. Heeft de operator binnen die tijd nog niet ingegrepen dan is, op zijn zachtst gezegd, veel schade te verwachten. Het is duidelijk dat een operator die dertig minuten de tijd krijgt om over een nuttige maatregel na te denken ook eerder de juisteregel treft.

Hoe groot het verschil is tussen 'evolutionair' en 'passief' blijkt uit de eis dat de operator van een passieve reactor minstens 72 uur, drie hele dagen, de tijd heeft om weg te lopen. (Het is overigens niet de bedoeling dat hij echt wegloopt, meldt een technisch document.)

DESIGN CERTIFICATION

In de VS zijn nu twee passieve reactoren in ontwikkeling: de SBWR (Simplified boiling water reactor) van General Electric en de AP600 (Advanced passive reactor van 600 MW) vatinghouse. Beide kunnen omstreeks 1995-1996 hun 'design certification' van de NRC, de Nuclear Regulatory Commission, verwachten en zouden omstreeks de eeuwwisseling stroom kunnen leveren. Aangenomen wordt dat de Amerikaanse utilities, als ze 'passief' gaan, uitsluitend deze twee typen reactoren zullen bestellen. Dat tekent de kansen van de twee ander passieve ontwerpen, de Candu-3 van AECL en de SIR (Safe integral reactor) van een conglomeraat bedrijven aangevoerd door het Zweeds-Zwitserse ABB.

De EPRI verwacht van passieve reactoren, behalve de hier al vermelde kwaliteiten, in de eerste plaats dat ze in essentie simpeler zijn dan evolutionaire en eist dat het succes van veiligheidsmaatregelen niet afhangt van de beschikbaarheid van een spanningsbron. De veiligheid moet ook zo min mogelijk afhangen van 'actieve' systemen, waaronder wordt verstaan: pompen, afsluiters, motoren en aggregaten en, vooral, de mens.

Voor het bereiken van dit alles mag albewezen technologie worden ingezet. Het moet niet nodig zijn prototypen te bouwen.

Nederland De overeenkomsten en verschillen tussen de vier in ontwikkkeling zijnde passieve reactoren krijgt de Nederlander deze week op een presenteerblaadje aangereikt. Vandaag verscheen het resultaat van de eerste studie die in het kader van het vorig jaar gestarte PINK-programma is uitgevoerd, een studie opgezet om te achterhalen in welke buitenlandse reactor-ontwikkeling (anders ie van de SBWR) Nederlandse onderzoeksinstituten als ECN, KEMA en IRI het beste zouden kunnen participeren om hier de nucleaire competentie op peil te houden.

PINK, het Programma Instandhouding Nucleaire Kompetentie, heeft een looptijd van vier jaar en wordt door EZ gefinancierd. De eerste studie beperkte zich tot passieve reactoren. In de reactorvergelijking werd de SBWR van General Electric alleen pro forma mee genomen want Nederlandse onderzoekersticiperen al in de ontwikkeling van de SBWR.

Dat is historisch gegroeid: de experimentele reactor van Dodewaard komt ook van General Electric. (De eerste PINK-studie moet niet verward worden met een nog lopend onderzoek van de ECN naar de 'vergunbaarheid' van direct leverbare evolutionaire reactoren, zoals de Duitse Konvoi, de Franse N4 en de Candu-6, waarin de economie van de reactoren buiten beschouwing blijft.) De uitkomst van de eerste PINK-studie is - het lag voor de hand dat de SBWR en de AP600 ook voor Nederland het interessantst zijn. De PINK-onderzoekers vragen zich af of de SIR-plannen wel echt worden doorgezet (ABB is een onoverzichtelijk concern geworden dat wel erg veel verschillende reactortypen tegelijk ontwikkelt: de BWR90, de CE80+, de SIR, de PIUS en, met Siemens, de HTR) en stellen dat de zwaarwater-reactor Candu-3 niet aansluit bij de Nederlandse nucleaire kennis en ervaring. Hetzelfde argument houdt, treurig genoeg (want de Candu's zijn van een zeer el ontwerp), ook in de VS de Candu's buiten de deur. ''Daar beginnen we niet meer aan'', zegt de EPRI kalm.

REACTIVITEITSCOEFFICIENT

Toch is er ook wel meer fundamentele kritiek op de Candu-3: dat is de beperkte 'negatieve reactiviteitscoefficient'. Moderne reactoren worden altijd zo ontworpen dat een plotselinge, onbedoelde toeneming van de reactiviteit in de splijtstofmassa (vergrote neutronenproduktie) automatisch wordt gedempt door een als gevolg van de temperatuurstijging toenemende neutronngst in de splijtstof zelf (het Doppler-effect) of een verminderde neutronenremming door de moderator (het water). Alleen neutronen die voldoende zijn afgeremd kunnen effectief nieuwe splijtingen opwekken. De Russische RBMK a la Tjernobyl en oudere Candu-typen kenmerken zich door een ongelukkige positieve reactiviteit - en de negatieve reactie van de Candu-3 schiet te kort.

Goedbeschouwd is een redelijk negatieve reactiviteitscoefficient hemooiste en betrouwbaarste passieve veiligheidssysteem waarover de reactorbouwer beschikken kan. Maar de SBWR en de AP600 hebben ook andere passieve systemen achter de hand, zowel voor de dagelijkse bedrijfsvoering als voor het opvangen van eventualiteiten. Om te beginnen is in de passieve reactoren de energiedichtheid, de per volume te produceren aantallen kilowatturen, terug gebracht. ('Er zit meer water in de kern'.) Daardoor daalde de uitgangstemperatuur van de reactor (wat ten kostet van het rendement), maar werd de zo gewenste traagheid in reactie bereikt. Het kleinere vermogen (600 MW in plaats van 1300 MW) levert in een aantal componenten een gunstiger oppervlakte-inhoud verhouding.

Zeer bijzonder aan de SBWR van General Electric is dat de koeling van de splijtstof er wordt overgelaten aan natuurlijke circulatie (zoals dat in oude centrale verwarmingen wel gebeurde). Op dit moment kent alleen de kleine reactor van Dodewaard dergelijk koelsysteem - het is niet voor niets dat Nederland, gezien de bestaande samenwerking met GE, 'Dodewaard' wat langer probeert open te houden. Het PINK-team toont zich overigens enigszins bezorgd over de stabiliteit van de natuurlijke koeling bij grotere reactoren.

Andere passieve systemen staan in dienst van de ongevallenbeheersing. Wat in het oog springt is dat bijna alle reactorontwerpers de watervoorraad voor de noodkoeling tegenwoordig ver boven de reactor plaatsen, zodat het water, ae druk in de reactor is weggevallen of weggenomen, spontaan (onder het eigen gewicht) in de reactor stroomt: geen pomp meer nodig.

Westinghouse ontwierp ook voor het dubbel uitgevoerde containment (de stevige stolp die over de reactor staat) een intrigerende passieve koeling. Loopt de temperatuur binnen het containment door een ongeluk op, dan gaat water stromen over de binnenste stolp (die gasdicht is en uit staal bestaat) dat vervolgens door een spontaan op gang komende luchtstroom tusse dubbel wand tot snelle verdamping wordt gebracht. De bedoeling is dat daardoor druk en temperatuur binnen het containment weer teruglopen.

AFBLAZEN

In Europa bestaan, sinds 'Harrisburg' (1979), wezenlijk andere ideeen over de functie van het containment. Ongewenste drukopbouw voorkomt men er simpelweg door het containment via een geavanceerd filter te laten afblazen. De absolute gasdichtheid is dus opgegeven, maar daar staat tegenover dat Europa eist dat het contain de reactor ook beschermt tegen krachten van buiten: vliegtuigen, raketten en ontploffende LPG-wagens. (In Europees jargon heet een containment met zo'n dubbele taak een dubbel containment.) De Amerikaaanse containments zijn niet op de uitwendige inwerking van blunt objects berekend en in principe voldoen ze daarmee niet aan de Nederlandse veiligheidseisen.

De eerste PINK-studie geeft een gedegen overzicht van de voor- en nadelen van de villende passieve reactoren en men zou dus een heldere aanbeveling tot slot verwachten. Maar dat is buiten de Nederlandse politiek gerekend. Toen de studie al een eind op dreef was besloot EZ, op aansporing van het parlement, dat de PINK-ploeg voor een mogelijke deelneming aan verder onderzoek toch maar liever een reactor moest kiezen uit de derde generatie. Inherent veilig: safety first! De eerste competentie-training is dus geheel voor niets geweest.