Wat is de kans op een groot ongeluk bij een kernreactor?

Kernenergie Elektriciteit opwekken zonder broeikasgassen te produceren, dat kan met kernenergie. Maar hoe zit het met de veiligheid? De kans op een ongeluk is verwaarloosbaar klein, toch zijn er grote ongelukken gebeurd.

Controleruimte in een kerncentrale in de VS. Door de vele veiligheidssystemen is de bediening van centrales in de loop der jaren ingewikkeld geworden.
Controleruimte in een kerncentrale in de VS. Door de vele veiligheidssystemen is de bediening van centrales in de loop der jaren ingewikkeld geworden. Foto Melissa Lyttle/Bloomberg

Alle auto’s staan achteruit ingeparkeerd, klaar om bij rampspoed het terrein van de kerncentrale in Borssele te verlaten. Windmolens op de dijk draaien in de Zeeuwse wind en overal klinken bliepjes.

„Dat is een weerstation”, zegt Jan van Cappelle, adviseur nucleaire veiligheid van elektriciteitsproducent EPZ. „Als er onverhoopt radioactieve stoffen vrijkomen, dan willen we weten waar die heen gaan. De reflectie van de verschillende toonhoogtes die wij uitzenden, geeft ons de windsnelheid, windrichting en temperatuur van de lucht.”

Veiligheid voor alles in de enige energiecentrale in Nederland die werkt op kernsplijting. De tocht naar het reactorgebouw gaat gepaard met paspoortcontroles, beveiliging, metaal- en stralingsdetectoren, luchtsluizen en speciale kleding bij het in- en uitgaan van stralingsgebied.

In 2018 leverden 450 kernreactoren in dertig landen ongeveer 10 procent van alle elektriciteit. Het zijn na waterkrachtcentrales de grootste leveranciers van energie met verwaarloosbare uitstoot van koolstofdioxide. Maar het aandeel kernenergie moet volgens veel experts omhoog om die uitstoot te verminderen. In de scenario’s van het klimaatbureau van de Verenigde Naties, het IPCC, heeft kernenergie een belangrijke rol.

Vooral China, India en Rusland bouwen de laatste jaren veel nieuwe kernreactoren. Vorig jaar waren er 55 in aanbouw. Bovendien krioelt het in de wetenschap van de nieuwe typen reactoren, die bijvoorbeeld het materiaal thorium als brandstof gebruiken in plaats van uranium, en afval produceren dat minder lang radioactief is. Al zal het nog lang duren voor de eerste thoriumreactor stroom gaat leveren.

Crisisoefeningen

Maar kernenergie heeft ook een slecht imago. Al sinds de eerste centrales bestaan zorgen over wat we precies aanmoeten met het radioactieve afval dat nog generaties lang veilig moet worden opgeslagen. En we tellen sinds eind jaren zeventig al drie ernstige kernrampen: Three Mile Island in het Amerikaanse Pennsylvania, Tsjernobyl in Oekraïne, en meest recent in het Japanse Fukushima.

De zoektocht naar veilige kernenergie resulteerde in zeventig jaar in nationale en internationale toezichthouders en conferenties, crisisoefeningen en technologische ontwikkelingen. Maar biedt dat genoeg garanties? Wanneer is een kernreactor veilig genoeg?

Je kan er niet omheen bij een bezoek aan de centrale in Borssele: alles staat in het teken van het voorkomen van een ramp – of de gevolgen ervan in te perken. En dan draait het eigenlijk maar om twee typen ongelukken, legt emeritus hoogleraar kernenergie Wim Turkenburg uit. „Het eerste is een kernsmelting. Dat gebeurt wanneer de koeling van de reactor wegvalt.” Want warmte is waar het in een kerncentrale om draait. Bij het splijten van atomen komt energie vrij in de vorm van warmte. Daarmee wordt water opgewarmd dat vervolgens een stoomturbine aandrijft die elektriciteit opwekt. Zelfs als de reactor wordt stilgelegd, tijdens een hevige aardbeving of voor een onderhoudsbeurt, blijft de kern nog jaren warmte produceren vanwege de radioactiviteit.

Als die warmte niet wordt afgevoerd, loopt de temperatuur zo hoog op dat de splijtstof smelt en zich door het reactorvat en meters dikke beton kan vreten. Het China Syndrome noemden Amerikanen dit, met gevoel voor overdrijving: de splijtstof brandt zich een weg door de aarde naar de andere kant van de planeet. Door de hitte kan bovendien waterstof ontstaan, wat een explosie kan veroorzaken. Dat gebeurde in 2011 in drie reactoren van de Japanse centrale in Fukushima.

Als er één pomp nodig is, dan zijn er minstens twee

Jan van Cappelle elektriciteitsproducent EPZ

Om de warmte af te voeren, moet koelwater rondgepompt worden. Daar zijn verschillende stroombronnen en generatoren voor, die het van elkaar overnemen als een het niet doet.

„Als er één pomp nodig is, dan zijn er minstens twee. Redundantie, er zijn er altijd meer dan nodig”, zegt Van Cappelle terwijl we via gangen, liften en stralingsdetectoren het reactorgebouw naderen. En het draait om diversiteit, zo verzekert hij. Zo staan in Borssele verschillende typen noodstroomgeneratoren. Hij wijst in de paar richtingen waar ze op het terrein staan. Dit om te voorkomen dat zelfs iets uitzonderlijks als een ontwerpfout in één type generator het hele systeem platlegt.

Het tweede type kernramp is een uit de hand gelopen kettingreactie, een zogeheten vermogensexcursie. Turkenburg: „Normaliter is het aantal kernsplijtingen in de kern constant, zodat je de reactor kan instellen op een warmteontwikkeling van bijvoorbeeld 500 megawatt-uur per uur.” De kettingreactie wordt geregeld met stoffen die neutronen absorberen en zo nieuwe kernsplijtingen voorkomen. In veel reactoren is dat het element boor. Daarnaast bevat een reactor regelstaven, die vaak van bovenaf in het reactorvat worden gedompeld, en de reactie in geval van nood snel kunnen stilleggen.

Maar soms kan het voorkomen dat de kettingreactie uit de hand loopt, denk aan Tsjernobyl. „Toen daar het aantal splijtingen onrustbarend opliep, werd geprobeerd dit de stoppen met het inbrengen van de regelstaven. Maar door een ontwerpfout deed dat het vermogen juist nog verder oplopen en ontplofte de boel.”

De veiligheidssystemen van een kerncentrale hebben dan drie taken: stilleggen van de kettingreactie, zorgen dat de reactorkern gekoeld blijft en voorkomen dat radioactieve stoffen uit de centrale lekken.

Zo goedkoop als water

Al sinds de eerste testen met kernreactoren wordt nagedacht over de inherente gevaren van kernenergie. Tijdens een experiment in 1942 onder leiding van de Italiaanse fysicus Enrico Fermi stonden onderzoekers boven het reactorvat klaar met emmers cadmium om de reactie in geval van nood te stoppen. De testreactor (Chicago Pile-1) die dat jaar als eerste ‘kritiek ging’ (en dus een succesvolle kettingreactie veroorzaakte), zou verder alleen achter een gordijn hebben gestaan.

In de jaren na de eerste kettingreactie bloeide het atoomonderzoek wereldwijd op. Overal volgden pr-campagnes die na de Tweede Wereldoorlog het gebruik van kernsplijtingstechnologie voor vreedzame doeleinden moest promoten. Atoomenergie zou misschien wel de energiebron van de toekomst zijn. De voorzitter van het Amerikaanse atoomenergieagentschap, Lewis Strauss, droomde zelfs van stroom too cheap to meter, zoals water bijna voor niks uit de kraan kwam.

Maar kerncentrales werden steeds complexer, duurder – én veiliger. De eerste commerciële centrales hadden automatische noodstopsystemen die de kettingreacties uitzetten bij een storing. Koelsystemen kregen meerdere noodstroomvoedingen, en centrales installeerden apparatuur om waterstof af te vangen.

Bijna elke tien jaar was er weer een moderniseringsslag. In de VS sloegen sommige centrales de opgebrande splijtstofstaven (die na gebruik nog jaren moeten afkoelen) nog een tijd op in openluchtbaden bij de centrale. Die handelwijze ging in de ban en de centrales stapten over op afgesloten bassins.

Daarnaast groeide de aandacht voor rampen van buitenaf, zoals een neerstortend vliegtuig. In zijn overzichtswerk Nuclear Safety beschrijft de Italiaanse veiligheidsdeskundige Gianni Petrangeli hoe de extra bepantsering van reactorgebouwen zijn oorsprong vond in Duitsland. Daar stortten midden jaren zestig zo vaak Starfighter-gevechtsvliegtuigen van de Luftwaffe neer, dat werd besloten de paar kernreactoren te verstevigen. Dat kwam mooi van pas toen later de angst voor terroristische aanslagen groeide.

De kerncentrale van Borssele ligt aan de Westerschelde. Geregeld wordt bekeken of het terrein bestand is tegen een verwachte zeespiegelstijging.

Foto Rien Zilvold

En ook natuurrampen zoals aardbevingen en overstromingen moet een centrale aankunnen. Borssele ligt in een voor Nederlandse begrippen afgelegen gebied, maar wel pal aan de Westerschelde, met alleen de Zeedijk als bescherming tegen het water. Dus wordt elke paar jaar opnieuw bekeken of het terrein en de reactor bestand zijn tegen de verwachte zeespiegelstijging.

Evacuatiezones

Al bij de bouw van de eerste commerciële centrales ontstonden internationaal grote verschillen in richtlijnen voor kerncentrales. Zo werd in de VS en Europa min of meer afgesproken om het gehele koelcircuit af te schermen met stalen en betonnen omhulsels, en het grote deksel boven op de reactorkern moest drukbestendig zijn. Maar verschillende Oost-Europese landen pasten sommige criteria minder streng toe.

Ook tussen westerse landen ontstonden verschillen, bijvoorbeeld over waar een kerncentrale kon worden gebouwd. Amerika kon centrales op afgelegen plekken bouwen binnen ruime exclusion zones – zonder woningen of bedrijven. Daar omheen werden nog eens low population zones gemarkeerd, die binnen enkele uren na een ongeluk geëvacueerd konden worden. Maar in het veel dichter bevolkte Europa was het moeilijker om een geschikte plek voor een centrale te vinden. Daarom werden hier de centrales zelf beter beschermd met dubbelwandige bepantsering.

Leren van de grote ongelukken

Wat is nu de kans op een groot ongeluk bij een kernreactor? Voor een centrale zoals die in Borssele was die kans volgens experts in 1973 één keer per 700 jaar. Door alle verbeteringen schatten zij die nu op één keer per paar honderdduizend jaar.

En toch. In veertig jaar gebeurden drie ernstige ongelukken. Bij de Amerikaanse Three Mile Island-centrale lekte in 1979 koelwater weg, na een onderhoudsbeurt en een reeks van fouten (in de omgeving werd overigens niet meer radioactiviteit gemeten dan toegestaan). In 1986 was er de mislukte proef in het Oekraïense Tsjernobyl, met een grote ontploffing tot gevolg. En meest recent de zeebeving in Fukushima in 2011. De tsunami die volgde maakte alle elektriciteitsvoorziening – ook de noodsystemen – onklaar, waardoor drie reactorkernen smolten en drie waterstofexplosies plaatsvonden.

Elk van de ongelukken schudde de wereld wakker, zegt Thomas Wellock, historicus van de Amerikaanse toezichthouder Nuclear Regulatory Commission. „Tot aan het Three Mile Island-ongeluk lag de focus vooral op hoe de technici en operators de controlekamers moesten bedienen, maar dat was ingewikkeld. Bovendien werden menselijke factoren onderschat. Na het ongeluk is onder andere de bediening gebruiksvriendelijker geworden, en is meer aandacht gekomen voor welke informatie nodig is op het moment dat het misgaat.” Ook kwam pas na ‘Three Mile Island’ het delen van ervaringen en kennis over kerntechnologie wereldwijd op gang.

„De kernramp in Tsjernobyl heeft ons laten zien hoe belangrijk het is dat werknemers van een centrale veiligheid serieus nemen, en wat er gebeurt als dat niet zo is”, zegt Wellock.

Je moet je voorbereiden op wat je niet voorziet

Thomas Wellock nucleair historicus

Daarnaast riep dit ongeluk de vraag op of de centrales onderhand niet te ingewikkeld waren geworden. In plaats van nog meer knoppen en apparaten, wilden technici meer ‘passieve’ veiligheidsmaatregelen: laat de natuurwetten het werk doen, in plaats van mechanisch bestuurde klepjes of pompen. Zo vertrouwt de koeling van watergekoelde reactoren tegenwoordig op het feit dat koud water daalt, en warm water stijgt, zodat het circuit blijft stromen. Als reactie op ‘Tsjernobyl’ werd in 1989 de World Association of Nuclear Operators (WANO) opgericht.

Na ‘Fukushima’ werd al gauw duidelijk dat die centrale niet voorbereid was op een natuurramp en dat het toezicht had gefaald. De muur die tegen een tsunami had moeten beschermen was veel te laag, en de noodstroomvoorzieningen faalden aan alle kanten.

Drukregelaars in een Braziliaanse centrale.

Foto Dado Galdieri/Bloomberg

Wellock: „Maar deze ramp heeft ook laten zien dat een centrale moet zijn voorbereid op rampen die je niet eens kunt voorzien. Dan helpt het als er bijvoorbeeld ook rijdende aggregaten zijn en extra watervoorraden. De vraag blijft natuurlijk hoeveel extra pompen of stroomgeneratoren genoeg zijn. Daarom is het verstandig als een centrale noodstroomvoorzieningen heeft die werken met verschillende principes. Als de ene niet werkt, kun je de ander gebruiken en weet je zeker dat die niet om dezelfde reden dienst weigert.”

Vrij van politieke druk

„Mensen spelen een grote rol bij de meeste ernstige ongelukken. Soms zijn niet genoeg veiligheidsvoorzieningen getroffen, zoals in Fukushima. En in Tsjernobyl ging iets mis bij een experiment”, zegt Turkenburg. Politici en leidinggevenden van de reactor in Tsjernobyl wilden dat de centrale in bedrijf zou komen, terwijl sommige proeven nog niet waren uitgevoerd. Toen dat onder druk alsnog werd gedaan, en de centrale al stroom leverde, ging het mis. Turkenburg: „Dat is het grote probleem van kernenergie: je moet mensen hebben met verstand van zaken en die bovendien vrij zijn van politieke druk. Dat maakt kerncentrales ook zo kwetsbaar in landen waar vrijheid van meningsuiting beperkt is, waar het toezicht niet onafhankelijk is en waar de staat zich bemoeit met wat er in een kerncentrale gebeurt.”

Of kerncentrales veilig genoeg zijn, hangt dus af van de techniek, maar ook van mensen die centrales bedienen, en politici en bestuurders die zich met het reilen en zeilen van de centrale bemoeien. Meer dan vroeger kennen we de risico’s, maar een ongeluk is nooit uit te sluiten. Als we vinden dat kernenergie een rol moet hebben in het opwekken van CO2-arme elektriciteit, moeten we met die risico’s leren omgaan. „Wij denken daarom in termen van wat het ergst denkbare voorval is. En bedenk dan dat zelfs je extra noodvoorziening niet werkt”, zegt Van Cappelle. „Op die bijna onwaarschijnlijke situatie moet je ook voorbereid zijn.”