NRG en nucleair in het nieuws	Krantenartikelen

Zoeken in NRG krantenartikelen ATOMAIRE ALCHEMIE MOET KERNAFVAL TRANSMUTEREN Technisch Weekblad Door: Herman Damveld 30 augustus 2002   De levensduur van kernafval kan aanzienlijk worden bekort als een aantal forse technologische drempels wordt genomen, aan opwerkingsfabrieken omvangrijke afdelingen worden toegevoegd en er een nieuw type kerncentrale wordt ontwikkeld Herman Damveld Het risico van kernafval wordt vaak vergeleken met dat van uraniumerts. Volgens deze vergelijkingsmaatstaf is het risico van kernafval, afhankelijk van de gebruikte scenario's, na 250.000 tot acht miljoen jaar vergelijkbaar met dat van het uraniumerts. Zou men er in slagen de langlevende stoffen om te zetten, in de vakterminologie 'opbranden' geheten, dan komt het kernafval al na 250 jaar op een vergelijkbaar risico-niveau. Internationaal vindt onderzoek plaats naar dit opbranden. In Nederland gebeurt dit bij de Nuclear Research and consultancy Group (NRG) te Petten. Het onderzoek kreeg de naam RAS, Recycling van Actiniden en Splijtingsproducten. Opwerking De gebruikte brandstof uit de kerncentrales zit in lange buizen, de zogenoemde splijtstofpennen. Een verzameling van honderd tot driehonderd splijtstofpennen die met roosters aan elkaar bevestigd zitten, vormt een brandstofelement. Verkorten van de levensduur vereist ten eerste dat de verschillende radioactieve stoffen uit deze brandstof elementen worden gehaald. Dit gebeurt in een opwerkingsfabriek. Uit de gebruikte elementen wordt daar volgens de huidige technologie het in de kerncentrale gevormde plutonium en het nog resterende uranium gehaald. Daarbij resteren verschillende stromen kernafval die tezamen worden verglaasd. Het verglaasde afval wordt ook wel aangemerkt als ksa. Het hoogradioactieve, warmteafgevende deel wordt gevormd door die splijtingsproducten, die niet in aanmerking komen voor recycling. Deze splijtingsproducten vervallen op een tijdschaal van nul tot driehonder jaar. Actiniden Echter, een deel van de radioactieve stoffen van uiteenlopende levensduur die nu worden verglaasd, komt in aanmerking voor opbranden. Het opbranden vereist de afscheiding en transmutatie van onder andere de componenten americium, curium, neptunium, jodium en technetium voorafgaand aan eventuele verglazing. Daartoe moet het ksa opnieuw behandeld worden, waarbij de langlevende stoffen af worden gescheiden. In de bestaande opwerkingsfabrieken is een dergelijke fase niet voorzien. Voordat het zover is, moeten technologische drempels worden overschreden, stelt Dominique Greneche, onderdirecteur van de ontwikkelingsafdeling van Cogema en een van de auteurs van een recent rapport van de Franse opwerkingsfirma Cogema te La Hague en de Engelse BNFL te Sellafield over transmutatie. Bovendien ontstaat volgens Greneche bij de geavanceerde opwerking en verwerking een nieuwe stroom radioactief afval. Er worden afscheidingsprocessen ontworpen die selectief bepaalde elementen uit de afvalstroom halen. Zoals dat nu voor uranium en plutonium gebeurt in het Purex-proces, zo wordt ook onderzocht of dit voor americium, curium en neptunium afzonderlijk gedaan kan worden. Naast bovengenoemde actiniden worden er verder geen actiniden gevormd, behalve heel marginale hoeveelheden berkelium and protactinium die ook nog relatief kort levend zijn. Nuclide Bij NRG in Petten wordt onderzoek gedaan naar het opbranden van actiniden. 'We onderzoeken vooral welke brandstof-verpakkingen, de zogeheten fuel targets, je moet gebruiken voor recycling en welke reactortypen hiervoor in aanmerking komen, zoals bijvoorbeeld de ADS Accelerator Driven Systems', stelt dr. Ronald Schram, die bij de NRG verantwoordelijk is voor het transmutatie-onderzoek. Internationaal wordt er veel meer onderzocht, zoals de chemie benodigd voor de afscheiding. Schram legt uit: 'Een afgescheiden nuclide wordt verpakt in een materiaal dat de bestralingscondities kan weerstaan, zoals temperatuur, gasontwikkeling en hoge neutronendosis. Daarbij is een bepaalde fabricagetechnologie vereist. Het is van belang dat tijdens bestraling geen nieuw afval gegenereerd wordt door neutronenactivering.'Hij noemt voorbeelden: 'Plutonium wordt verpakt in inert matrix materiaal, bijvoorbeeld de keramische materialen spinel of zirconiumoxide. Deze worden gemaakt in zogenoemde alfa-dichte boxen in het actinidenlab van NRG. Jodium wordt als metaaljodide (bijvoorbeeld NaI) in pilvorm in een capsule bestraald.' In welke reactoren je de actiniden bestraalt, 'hangt af van de neutron-werkzame doorsnede van het betreffende nuclide. De actiniden kunnen worden verspleten (fission) of kunnen een neutron invangen (capture). Deze processen vinden allebei plaats, en de verhouding tussen fission en capture hangt af van de neutronenenergie', stelt Schram. Hoe hoger de flux Hij vervolgt: 'Het uranium-235 wordt iets efficienter verspleten in thermische reactoren, zoals de bestaande kerncentrales. Voor plutonium-239 en -241 geldt dat deze nucliden iets efficienter splijten in snelle reactoren. Dat laatste gaat ook op voor americium, neptunium en curium. Hoe hoger de flux is, hoe sneller deze stoffen worden getransmuteerd. Innovatieve types reactoren, zoals de ADS, kunnen veel hogere neutronenfluxwaarden bereiken dan huidige types reactoren, zoals Borssele. De beschikbaarheid van een hoge (snelle) neutronenflux is dan ook belangrijk voor actinide transmutatie.' Voor de splijtingsproducten geldt dat deze niet splijtbaar zijn en dat deze omgezet kunnen worden naar stabiele of korter levende nucliden door capture. Voor technetium-99 en jodium-129 gaat dit het meest efficient in een thermisch spectrum. 'Nog enkele decennia' Het hangt van de neutronendwarsdoorsnede van het betreffende nuclide af hoe lang het opbranden duurt. Hoe groter de dwarsdoorsnede voor omzetting, hoe korter de bestraling duurt. Men kan ook wel spreken van een transmutatie-halveringstijd, die een functie is van de neutronendwarsdoorsnede en de neutronenflux. In een recent uitgevoerd bestralingsexperiment in de Hoge Flux Reactor te Petten is americium-241 voor meer dan 99 procent omgezet in zo'n twee jaar. Het kost tijd voordat de afscheiding en omzetting van de actiniden op kleine schaal verwezenlijkt is. Splijting van plutonium gebeurt weliswaar al lang, maar het zal volgens Schram nog 'enkele decennia' duren voor de transmutatie van de overige stoffen gerealiseerd zal worden. Radioactieve cocktail Kerncentrales draaien op uranium. Tijdens het bedrijf van de centrale splijt dit uranium. Dit geeft splijtingsproducten en warmte die wordt omgezet in stroom. Daarnaast ontstaan door neutronenvangst uit uranium nieuwe stoffen zoals plutonium en neptunium. Dit zijn zwaardere stoffen dan uranium, hetgeen te zien is in de weergave van hun atoomgewicht achter hun naam: men spreekt van uranium-235 en van plutonium-239. De zwaardere radioactieve stoffen worden gerekende tot de verzamelnaam 'actiniden', omdat hun chemische eigenschappen sterk lijken op die van actinium; het gaat hier om onder meer actinium, uranium, neptunium, plutonium en americium. De splijtingsproducten, zoals jodium, strontium en cesium daarentegen zijn lichter: ze heten bijvoorbeeld jodium131 en jodium-129, strontium-90 en cesium-134. In een kerncentrale ontstaat een groot aantal radioactieve stoffen, die worden gekenmerkt door hun halfwaardetijd. Dit is de tijd waarin een stof de helft van de radioactiviteit verliest. Bij cesium-137 gaat het om een halfwaardetijd van dertig jaar. Nog langer zijn de halfwaardetijden van plutonium-239, namelijk 24.400 jaar, en van neptunium-237, namelijk 2,1 miljoen jaar. De actiniden hebben een hoge halfwaardetijd en zijn daarmee bepalend voor het risico op lange termijn. Een probleem is echter dat sommige splijtingsproducten ook een extreem lange halfwaardetijd hebben, zoals technetium-9~ met 200.000 en jodium-129 met zestien miljoen jaar, waardoor deze ook bijdragen aan lange termijn risico en tevens beschouwd worden in recycling-scenario's.

NRG, PO Box 25, NL-1755 ZG Petten, Netherlands, Tel +31-224564080, Fax +31-224563912 Informatie: info@nrg-nl.com Update 30 augustus 2002