Actiniden aangepakt; NIEUWE MOGELIJKHEDEN VOOR WEGWERKEN PLUTONIUM

HET IS TECHNISCH mogelijk en waarschijnlijk ook economisch haalbaar om de levensduur van radioactief afval uit kerncentrales terug te brengen tot maar duizend jaar, en misschien wel tot 250 jaar. Als dit inzicht de komende jaren door praktijkproeven wordt bevestigd, ontstaan nieuwe kansen voor de acceptatie van kernenergie en komen er nieuwe mogelijkheden voor het wegwerken van de mondiale plutoniumvoorraden.

Dat werd gisteren bekendgemaakt op de 'Workshop levensduurverkorting van radioactief afval' in het Energieonderzoek Centrum Nederland (ECN) in Petten. Het ECN doet sinds eind jaren tachtig onderzoek aan de levensduurverkorting van radioactief afval, sinds enige jaren ook in internationaal verband, en sloot dit jaar een gesubsidieerde onderzoeksfase af.

In Marcoule hebben Franse onderzoekers van de CEA (Commissariat a l'energie atomique) fysisch-chemische procedes ontwikkeld waarmee alle belangrijke langlevende radioactieve afvalstoffen uit gebruikte splijtstof zijn terug te winnen. Anderen, waaronder het ECN bereikten goede resultaten met de nucleaire verbranding (versplijting) van die afvalstoffen tot stoffen die hun radioactiviteit veel sneller verliezen. Dat zijn in het kort de vorderingen die er gisteren te melden waren.

De inhoud uit opgebrande splijtstofstaven van centrales zoals die van Borssele blijft zonder speciale maatregelen zo'n 250.000 jaar 'stralingsgevaarlijk', dat is: stralingsgevaarlijker dan het uraniumerts waaruit het is geproduceerd. Van zichzelf is natuurlijk uranium, of zelfs verrijkt uranium, maar weinig stralingsgevaarlijk, maar in een kernreactor wordt het van lieverlee radioactief onder invloed van de kunstmatig op gang gebrachte en vervolgens spontaan onderhouden neutronenstraling. Het gevaar komt van twee soorten elementen: de splijtings- en de activeringsproducten. Splijtingsproducten zijn de brokstukken waarin het goed splijtbare uranium-235 onder invloed van de neutronenbestraling uiteenvalt. Daaronder zijn beruchte isotopen van elementen als cesium strontium en jodium die zeer instabiel en dus zeer radioactief zijn, maar dankzij die hoge activiteit ook snel zijn uitgestraald.

Activeringsproducten zijn elementen als plutonium, neptunium, americium en curium die ontstaan als de moeilijk splijtbare uraniumisotoop U-238 (het hoofdbestanddeel van uranium) neutronen 'vangt'. De activerinsgproducten, in dit verband actiniden te noemen, zijn niet lichter, maar just zwaarder dan het uitgangsmateriaal. Opgebrande splijtstof bevat maar zo'n 1 procent actiniden (voornamelijk plutonium). Die zijn vergeleken met 'verse' splijtingsproducten niet zo vreselijk radioactief, maar ze blijven het erg lang: honderdduizenden jaren lang. Al na een jaar of dertig wordt de radioactiviteit van kernafval gedomineerd door de actiniden.

mixed oxide

Wie de levensduur van kernafval wil bekorten zal vooral de actiniden moeten aanpakken. Voor het voornaamste radiotoxische actinide, plutonium, bestaat eigenlijk al een behoorlijke verwerkings-mogelijkheid: het element is als oxide te vermengen met natuurlijk of zelfs verarmd uraniumoxide tot het zogenoemde MOX (mixed oxide). In bestaande centrales is, zonder ingrijpende wijzigingen, 1/3 van de splijstofstaven door dit MOX te vervangen en zulke centrales produceren ongeveer evenveel plutonium als ze versplijten. Pas als het gehalte MOX flink boven die eenderde wordt opgevoerd gaan de centrales netto plutonium verstoken. Een 100 procent-MOX centrale van 1000 MW kan per jaar 550 kilo plutonium wegwerken, noteert het ECN in een gisteren uitgebrachte brochure. Die prestatie is nog ruimschoots te verdubbelen als het plutonium niet langer wordt gemengd met uranium, maar met een dragermateriaal (een matrix) waarin alle uranium ontbreekt. Dan kan er immers helemaal geen plutonium meer worden gevormd.

Het ECN heeft de afgelopen jaren onderzoek gedaan aan uraniumvrije splijtstof en heeft daarbij, bericht dr.

R.J.M. Konings, aangetoond dat stoffen als zirconiumoxide of magnesium-aluminiumoxide de taken van het uraniumoxide in principe kunnen overnemen. Nog lang niet alle technische problemen zijn onder de knie, de vervangende matrix-stoffen blijken makkelijker stralingsschade van neutronen en alfadeeltjes op te lopen dan uraniumoxide, maar toch noemt Konings de resultaten zeer hoopgevend.

Enthousiast is hij ook over het werk aan americium-241 dat, eveneens in een uraniumvrije matrix, met hulp van snelle (niet afgeremde) neutronen uitstekend bleek te versplijten. 'Eigenlijk is ons oordeel', zegt Konings, 'dat het er zo gunstig uitziet dat het verstandig zou zijn nu al met verglazing en inkapseling van radioactief afval te stoppen. Want met verglaasd afval is niets meer te doen.'

Het zal, geeft hij toe, een hele toer zijn om de brede weerzin tegen snelle reactoren (zoals de Phenix, de Super-Phenix en Kalkar) weg te nemen, maar de hoop en verwachting is dat nieuwe snelle reactoren met vloeibaar lood in plaats van vloeibaar natrium te zijner tijd geaccepteerd worden. Zeker als ze werken volgens het principe van Nobelprijswinnaar Carlo Rubbia die een ontwerp maakte voor een reactor die maar voor een deel zijn eigen neutronen opwekt en het ander deel door een protonenversneller laat vrijmaken. Omdat de versneller momentaan is uit te schakelen geldt de (papieren) Rubbiatron als uiterst veilig.

Wat de aandacht onbedoeld toch nog even vestigt op die andere kernreactor waarvoor ECN twee jaar geleden aandacht vroeg: de inherent veilige Incogen, een gasgekoelde reactor die het uranium in grafietbollen heeft opgenomen. Hoe past die in de nieuwe filosofie? Die past niet in de nieuwe filosofie bromt Konings. Dat is een heel ander concept waarbij het ontwerp werd bepaald door het streven naar optimale veiligheid. De splijtstof van de Incogen is 'once through' splijtstof, niet geschikt voor opwerking en recycling.