Vijf vragen over de falende kernreactoren

Een man die is geëvacueerd uit de omgeving van kerncentrale Fukushima wast zijn gezicht omdat hij mogelijk is blootgesteld aan radioactieve straling in Nihonmatsu. Foto Reuters / Yuriko Nakao

De Japanse nucleaire nachtmerrie is nog niet voorbij. De grootste problemen zijn er bij centrale Fukushima 1, waar golven tot tien meter hoogte zijn gemeten. Bij de reactor neemt de kans op een meltdown toe, nu de splijtstofstaven zonder water staan.

De bezorgdheid over het lot van drie van de zes reactoren van de centrale van Fukushima Daiichi is groot. Volgens sommige metingen van het Japanse nucleaire en industriële veiligheidsagentschap NISA is rond het nucleaire complex een stralingsniveau gemeten dat honderd tot duizend keer zo hoog is als normaal. Of ook de wijde omgeving van de reactoren radioactief vervuild is, is niet bekend gemaakt. Gezien de massale evacuatie van omwonenden houden de autoriteiten met het ergste rekening.

NRC-wetenschapsredacteur Karel Knip beantwoordde vanmorgen vijf vragen in nrc.next.

1) Hoe kon dit gebeuren?
De schade aan de reactor is een direct gevolg van falende noodvoorzieningen. Toen de reactoren in het noordoosten van Japan werden getroffen door de zware aardbeving werden zij volgens vaste procedure uitgeschakeld. Tussen de splijtstofstaven werden binnen enige seconden regelstaven gestoken die de kernsplijtingen beëindigden waardoor de warmteproductie met zo’n 95 procent daalde.

De productie van elektriciteit stopte en daarmee viel ook de stroomvoorziening van de koelpompen weg, want de reactoren voorzien zichzelf van stroom. Aan het reguliere elektriciteitsnet viel kennelijk geen stroom te onttrekken, maar in de installaties haperden ook accu’s en noodaggregaten. Waarom is niet bekendgemaakt. De koeling viel weg.

2) Wat gebeurde er vervolgens?
De splijtstofstaven blijven ook zonder kernsplijtingen nog veel hitte produceren. Die komt van de vele vervalreacties die in oude splijtstof plaats vinden. Zonder voldoende koeling kan ook in een afgeschakelde kern de temperatuur zeer hoog oplopen. Als de druk een bepaalde waarde overschrijdt wordt er geloosd op een ‘drukonderdrukkingssysteem’, maar dat betekent dat koelvloeistof uit het systeem verdwijnt. Wordt die niet aangevuld dan komen de splijtstofstaven gedeeltelijk droog te staan – wat ook inderdaad gebeurde. Dat heeft twee pijnlijke consequenties.

De druk binnen de staven neemt zo toe dat zij hier en daar openbarsten en hun sterk radioactieve inhoud vrijgeven. En er ontstaat een chemische reactie tussen de hete stoom en het zeer speciale metaal dat voor de splijtstofomhulling wordt gebruikt (een legering met zirconium: ‘zircaloy’). Daarbij vormt zich het explosieve waterstof. Kennelijk heeft zich dat in het gebouw van reactor 1 opgehoopt, met fatale gevolgen. Het had, net zoals de vluchtige radioactieve stoffen, via filters naar de omgeving geloosd moeten worden.

3) Waaruit bestaan de noodmaatregelen?
Alles is erop gericht de reactorkernen zo lang mogelijk koel te houden,want de warmteproductie loopt, zonder kernsplijting, tamelijk gestaag terug en is na een aantal dagen flink afgenomen. Het primaire koelsysteem (van reactor naar turbine en terug) heeft een aantal injectiepunten waar water onder hoge druk naar binnen kan worden gebracht. Daarvoor wordt nu zeewater gebruikt waaraan borium is toegevoegd. Borium absorbeert neutronen en biedt een extra garantie dat niet opnieuw kernsplijtingen gaan optreden. Dat nu zeewater (dat de kernreactor beschadigt) wordt ingezet, geeft aan dat men de reactoren heeft opgegeven.

4) Hoe ziet het worst case scenario eruit?
Lang niet zo dramatisch als het ongeluk van Tsjernobyl. Daar betrof het een heel grote reactor met een brandbare inhoud (grafiet). De inhoud van lichtwaterreactoren brandt niet, afgezien van het waterstof dat mogelijk gevormd wordt. Als men er de komende dagen niet in slaagt de splijtstofstaven onder water te houden, dan kan de temperatuur ervan zo hoog oplopen dat zij openbarsten, dat de inhoud smelt en in het reactorvat naar beneden loopt.

In het allerergste geval bezwijkt het reactorvat met zijn insluitsysteem en lekt de gesmolten splijtstof op de betonnen fundering. Die zal daardoor worden aangetast, maar het is de vraag of de kerninhoud uiteindelijk in de ondergrond zal belanden (zoals bij Tsjernobyl wel gebeurde). En dat de splijtstof zich een weg zal vreten naar het inwendige van de aarde (het ‘China-syndroom’) is al helemaal onzin.

Het is niet erg waarschijnlijk dat de splijtstof, waarin nu géén kernsplijtingen meer plaats vinden, opnieuw kritisch wordt. Maar dat is niet helemaal uit te sluiten, omdat de regelstaven (van boriumcarbide) eerder smelten en dus uit de massa verdwijnen. De gasvormige en vluchtige inhoud van de splijtstofstaven (zoals xenon, krypton, jodium en cesium) zal vrijkomen en kan over de omgeving verspreid worden. Het zal dan vooral van wind en neerslag afhangen waar de ‘fall out’ terecht komt.

5) Hoe zijn de omwonenden te beschermen?
Er is reëel gevaar, want in de directe omgeving van de centrale is een radioactiviteit van 40 tot 500 microsievert per uur gemeten. Normale waarden liggen onder de 0,5 microsievert per uur. Er is altijd de moeilijke keuze tussen schuilen en evacueren. De Japanners hebben gekozen voor de evacuatie van 180.000 omwonenden, wat in andere landen makkelijk tot chaos en paniek had geleid. Of 20 kilometer een veilige afstand is valt te bezien, zelfs een zwakke wind heeft die afstand binnen drie uur afgelegd.

De persoonlijke beschermingsmaatregelen die de Japanse autoriteiten aanraadden (broekspijpen naar beneden en een natte doek voor de mond), doen enigszins absurd aan. Als er lucht door een zakdoek moet komen komt daar waarschijnlijk ook jodium doorheen. Het uitreiken van jodiumtabletten is zinniger. Bij Tsjernobyl werden vooral zeer jonge kinderen het slachtoffer van het radioactieve jodium-131 dat in de schildklier makkelijk kanker veroorzaakt. Ook moet natuurlijk voorkomen worden dat mensen radioactief vervuild water of melk en ander voedsel nuttigen. Ook dat is rond Tsjernobyl dramatisch fout gegaan.

Een moeder probeert met haar dochter te praten, die is geïsoleerd omdat ze is blootgesteld aan radioactieve straling in de omgeving van Fukushima. Ze verblijft nu in een centrum waar mensen gescreend, gereinigd en geïsoleerd worden in het noordelijke Nihonmatsu. Foto Reuters / Yuriko NakaoEen moeder probeert met haar dochter te praten, die is geïsoleerd omdat ze is blootgesteld aan radioactieve straling in de omgeving van Fukushima. Ze verblijft nu in een centrum waar mensen gescreend, gereinigd en geïsoleerd worden in het noordelijke Nihonmatsu. Foto Reuters / Yuriko Nakao

    • Marije Willems