Kernafval: scheiden bij de bron

Op het eerste gezicht lijken de reacties in een kernreactor niet erg efficiënt. Van de 100 kilo uranium die als splijtstof in de reactor verdwijnt, blijft na het proces nog 95,4 kilo niet-bruikbaar uranium over. De resterende kilo's zijn omgezet in splijtingsproducten –stoffen als strontium, cesium, jodium, technetium en xenon, die ontstaan doordat uraniumkernen in brokstukken uiteenvallen– of in actiniden, een reeks zware chemische elementen die ontstaan uit uranium door 'aangroei' met neutronen of andere deeltjes.

De splijtingsproducten zijn zwaar radioactief, maar juist daarom raken de meeste van die stoffen ook snel uitgestraald. Het grootste probleem vormen de actiniden –ongeveer 1 procent van het afval– met namen als plutonium, neptunium, americium en curium. Het probleem van deze stoffen is niet dat ze zwaar radioactief zijn, maar dat het tienduizenden tot honderdduizenden jaren duurt voor ze hun radioactiviteit verliezen. Bovendien geldt voor plutonium dat het, via allerlei omwegen, geschikt is voor de fabricage van kernwapens.

Een belangrijke moeilijkheid bij de verwerking en scheiding van het afval is dat ze als een hutspot door elkaar zitten. Voor het uranium en plutonium bestaan al methoden om ze te zuiveren uit het afval, het zogenaamde opwerken, dat gebeurt in fabrieken als Sellafield (Engeland) en La Hague (Frankrijk). Het uranium wordt hergebruikt, het plutonium meestal opgeslagen. Inmiddels is er wereldwijd een berg van 100 ton plutonium.

Omdat ook plutoniumkernen splijtbaar zijn, is deze stof eveneens geschikt voor hergebruik, door het te mengen met verarmd uranium. De onderzoekers spreken dan over MOX, een mengoxide, dat in een verhouding van één op drie gemengd wordt met de normale splijtstof in een reactor. Dat zet echter weinig zoden aan de dijk, want daarbij ontstaat telkens opnieuw plutonium, vanuit het uranium dat neutronen invangt. Er ontstaat ongeveer evenveel plutonium als erin gaat. Dat is ook het bezwaar wat Greenpeace aanvoert tegen het bijmengen van MOX.

Het voorstel van de Pettense onderzoekers dr. R. Konings en dr. H. Gruppelaar is om de kernreactoren voor een groter deel met mengoxides van plutonium en uranium te vullen. Ze toonden aan dat –na enkele aanpassingen– in gangbare centrales de plutoniumberg met 550 kilo per jaar slinkt bij een belading van 100 procent MOX.

Nog meer milieuwinst is mogelijk door plutonium te mengen met thorium of met andere splijtstofmengsels die geen uranium bevatten maar bijvoorbeeld zirkoniumoxide. Dan ontstaat bijna geen nieuw plutonium meer en loopt het verbruik op tot 1250 kilo per jaar per centrale. De ontwikkeling van uraniumvrije splijtstof is lastig, omdat de meeste materialen in een kernreactor forse stralingsschade oplopen.

Snelle reactor
Om ook de andere actiniden –neptunium, americium, curium, samen goed voor ongeveer 0,1 procent van het afval– te kunnen scheiden, zijn nieuwe methodes nodig. Neptunium is geen probleem, dat kan grotendeels met de bestaande opwerktechniek voor plutonium en uranium. Franse onderzoekers zijn erin geslaagd ook curium en americium uit het afval te halen, zij het op laboratoriumschaal. Om dit proces op industriële schaal te kunnen doen, zijn compleet nieuwe opwerkingsfabrieken nodig, zegt Baetslé van de OESO, die juist volgende week in het Belgische Mol een rapport zal presenteren over de behandeling van kernafval. „De bestaande fabrieken zijn niet te wijzigen, daar kun je niet even een extra kraan in aanbrengen”.

Is het afval eenmaal gescheiden, dan kan elke component opnieuw als splijtstof dienen. Maar omdat de kernen verhoudingsgewijs stabiel zijn, is er veel energie nodig om ze te splijten. Dat moet gebeuren in reactoren met snelle neutronen. Die staan in een kwaad daglicht, vanwege hun onveiligheid. Er is nog één snelle reactor in bedrijf in Frankrijk, de Phenix, maar ook die zal in 2002 moeten sluiten, terwijl Baetslé becijfert dat in de toekomst 20 procent van de reactoren van het snelle type moet zijn om van de actiniden af te komen.

Curium is een uitzondering, want dat is door de hoge radioactiviteit moeilijk te verwerken. De oplossing is eenvoudig: laat het honderd jaar liggen en dan is vrijwel alles vervallen tot plutonium, wat weer verspleten kan worden.

De onderzoekers van ECN stellen hun hoop op de ontwikkeling van een nieuw type reactor, het Rubbiatron, genoemd naar de Zwitserse Nobelprijswinnaar prof. Carlo Rubbia. Die reactor krijgt een deel van z'n snelle neutronen vanuit een deeltjesversneller, een cyclotron dat naast de reactor is gebouwd. Hiermee kan de levensduur van het kernafval tot 250 jaar worden teruggebracht, en omdat thorium de brandstof is, ontstaan er geen langlevende actiniden. Ook in het gebruik is zo'n Rubbiatron veel veiliger: door de deeltjesversneller uit te schakelen, stopt de reactor automatisch. „Dat duurt nog wel een jaar of vijftig”, fluistert iemand op de achterste rij. Konings wijst erop dat er veel in beweging is, vooral in Italië, Spanje en Frankrijk. „In 2010 moet een proefreactor in Europa van start gaan”.

ECN heeft over dit onderwerp vorige week een begrijpelijke brochure gepubliceerd: “Levensduurverkorting Radioactief Afval”, door Jan Heijn; uitg. ECN, Petten, 1998; ISBN 90 375 0002 1, 25 blz.; ƒ 25,00.