Opslag kernafval te verbeteren met proces in fossiele kernreactor

In de Okla-uraniummijn in Gabon komt een uniek geologisch verschijnsel voor.

Op negen plaatsen in het gesteente is het gehalte aan splijtbaar U-235 veel lager dan het natuurlijke gehalte: namelijk 0,25% tegen 0,7%. Zo'n kleine twee miljard jaar geleden hebben er op deze plaatsen spontane kettingreacties plaatsgevonden, waarbij een deel van het toen aanwezige U-235 werd verspleten. Het natuurlijke gehalte aan splijtbaar U-235 moet toen ongeveer 3,5% hebben bedragen (de rest was niet-splijtbaar U-238), wat voldoende was om het uraniumerts "kritisch' te maken en in een natuurlijke kernractor te veranderen. Het in het gesteente binnengedrongen water fungeerde hierbij als moderator: een middel om de tijdens de spijtingsreacties vrijkomende neutronen af te remmen, zodat zij de juiste snelheid hebben om ingevangen te worden in een nieuwe U-235 kern.

De natuurlijke reactoren bestrijken bodemgebieden van ongeveer 10 meter lang en 10 meter breed en zijn tot een halve meter diep. Ze hebben een ongewoon hoog uraniumgehalte: 20-60% tegen 0,2-1% erbuiten. Ze moeten 100.000 tot een miljoen jaar lang hebben gewerkt, waarbij er ieder jaar zo'n 19 gigawatt energie werd opgewekt en er in totaal 6,5 ton U-235 werd verspleten. De temperaturen in het gesteente lagen toen tussen de 160 en 360 graden. De negen gebieden te Okla zijn nu te vergelijken met opgebrande kernreactoren waarvan het radioactieve "afval' is vervallen. Drie van deze "fossiele' reactoren bevatten grote hoeveelheden organische materie. Geologen hebben nu gevonden dat deze een belangrijke rol heeft gespeeld bij de "opslag' van de radioactieve splijtingsprodukten.

Tijdens de periode van warmteproduktie werd een deel van de organische materie vloeibaar. Ze drong in de spleten en poriën van het gesteente door en veranderde uiteindelijk in een soort vast, grafietachtig bitumen. Onder de toen heersende omstandigheden namen de kristallen uraniumerts aan de randen van de "reactorkern' de radioactieve splijtingsprodukten in zich op en deze kristallen werden op hun beurt door het bitumen vastgehouden. Zo werd de verspreiding van deze splijtingsprodukten tegengegaan. Dit zou vooral te danken zijn geweest aan het feit dat het bitumen zeer gecondenseerde aromatische koolwaterstoffen met veel cryptokristallijn grafiet bevatte, maar geen carboxylgroepen. Deze laatste vormen namelijk gemakkelijk complexe verbindingen met uranium en splijtingsprodukten, om zich dan in de vorm van kleine deeltjes via het water over grote afstanden te laten verplaatsen (Nature 354, p. 472).

Stoffen als grafietachtig bitumen zouden dus misschien ook gebruikt kunnen worden bij het opbergen van het radioactieve afval van kerncentrales. De mogelijkheden om zulke stoffen te gebruiken bij de ondergrondse opslag van kernafval zouden zeker verder moeten worden onderzocht, aldus de onderzoekers. Zij waarschuwen er echter voor dat de zeer specifieke processen die bij de Okla-mijn tot "opslag' leidden natuurlijk niet eenvoudigweg te vergelijken zijn met het inpakken van radioactieve stoffen in grafietachtig bitumen.