Een van de grote euvels van kernenergie is het radioactieve afval. Het blijft honderdduizenden jaren lang gevaarlijk. Eén proces zou toelaten om de levensduur van dat afval sterk te reduceren. Met een onderzoeksreactor in Mol willen Belgische atoomwetenschappers dat proces in de praktijk demonstreren.
In de Griekse mythologie is Myrrha de moeder van Adonis, de verpersoonlijking van de mannelijke schoonheid. Wie goed op de hoogte is van de nucleaire technologie zal in het gelijknamige kernenergieproject in Mol zeker wetenschappelijke schoonheid ontwaren. De Myrrha-onderzoeksreactor is erop gericht een elegante oplossing te formuleren op een eeuwenoud probleem.
Grote kernmachten hebben jarenlang geëxperimenteerd met reactors zoals bij Myrrha, zonder succes
Myrrha staat voor voor Multi-purpose hYbrid Research Reactor for High-tech Applications. Het wordt een multifunctionele onderzoeksreactor met een breed scala aan toepassingen. Het project staat momenteel nog volop in de steigers. De financiering van de eerste bouwfase is wel al in kannen en kruiken – het geld komt grotendeels van de federale overheid.
Dat betekent dat wetenschappers van het Studiecentrum voor Kernenergie (SCK) in Mol eindelijk kunnen starten met het verwezenlijken van hun plannen. Eén daarvan is transmutatie bestuderen. Dat is een fysisch proces waarbij isotopen met hoogenergetische, snelle neutronen worden gesplitst in lichtere kernen. De isotopen zijn zwaarder dan uranium en bevatten onder meer stoffen als plutonium, americium, neptunium en curium.
De zware isotopen geven erg veel straling en warmte af. Bovendien zijn ze extreem langlevend. Dat maakt ze gevaarlijk in afval. Door ze te ‘transmuteren’ naar lichtere isotopen worden ze niet plots ongevaarlijk. Wel vermindert hun halveringstijd – de tijd waarna van de isotopen nog precies de helft over is – zeer sterk.
Vandaag moet langlevend afval van kerncentrales en andere nucleaire activiteiten meerdere honderdduizenden jaren van mens en milieu worden gescheiden. Met het transmutatieproces aan Myrrha zou dat ‘maar’ een paar honderd jaar nodig zijn.
Radicaal anders
De huidige kernreactors zijn nog niet uitgerust met snelle neutronen. De reactors worden gekoeld met water, en dat heeft een sterk vertragend effect op neutronen. Al zijn er alternatieve koelstoffen voor water, zoals vloeibaar zout en vloeibaar metaal. Die koelstoffen hinderen de neutronen en het transmutatieproces niet.
Grote kernmachten hebben jarenlang geëxperimenteerd met zulke ‘snelle’ reactors. Zonder succes: het grote probleem is dat deze reactors erg veel plutonium produceren en bovendien hun eigen kettingreactie onderhouden. Dat kan uit de hand lopen.
De Myrrha-reactor steunt op een heel andere aanpak. Hij zal zijn snelle neutronen niet zelf produceren, want hij krijgt die aangeleverd via een gekoppelde deeltjesversneller. Het grote voordeel van die opstelling is dat de reactorkern continu ‘subkritisch’ blijft: als de externe neutronenbron wordt afgezet, stopt de kettingreactie automatisch en valt de reactor onmiddellijk uit.
De deeltjesversneller past bovendien mooi in het multifunctionele karakter van Myrrha. Hij kan dienen om radio-isotopen te produceren, waarmee artsen ziektes als kanker kunnen diagnosticeren en behandelen. Die isotopen worden momenteel nog grotendeels aangemaakt in klassieke kernreactors, zoals de oude BR2-reactor van het SCK. Als die meer dan vijftig jaar oude reactor straks met pensioen gaat, moet Myrrha helpen garanderen dat de productie van medische isotopen niet stilvalt.
De bouw van de versneller vormt meteen ook de eerste fase van de ontwikkeling van het échte Myrrha-project. Waar de reactor voorlopig enkel op papier bestaat, werkt de versneller nu al op pilootschaal in een minireactor. De eerste fase loopt tot 2026. Het voordeel van die planning is dat de deeltjesversneller straks al kan worden gebruikt voor isotopenproductie.
De tweede fase – de bouw van de reactor – is op dat punt nog niet gestart. Volgens de huidige plannen zal de reactor worden gekoeld met een vloeibaar mengsel van lood en bismut. In de derde en laatste fase worden versneller en reactor met elkaar verbonden. Uiterlijk in 2037 moet alles klaar zijn.
Veiligheid als beperking
Myrrha wordt het allereerste prototype op schaal van een zogenoemd accelerator-driven system (ADS). Een versneller produceert neutronen, en die drijven een kernreactor aan. Net als zovele concepten in de nucleaire technologie gaat ook het ADS al decennia mee. Het oorspronkelijke idee dateert zelfs van de jaren 1940.
In die periode gebruikte de Amerikaanse fysicus Ernest Lawrence, in het kader van het Manhattanproject, een cyclotronversneller om van uranium plutonium te maken. Maar omdat de versneller slecht functioneerde, belandde die aanpak al snel op een zijspoor. Pas begin jaren 1990 kwam hij weer op tafel. Toen werd een koppeling gemaakt met enerzijds transmutatie en anderzijds het aandrijven van een subkritische reactor. Dat laatste was een idee van de Italiaanse natuurkundige Carlo Rubbia.
De bouw van de versneller vormt dus al een grote uitdaging, leert de geschiedenis. ‘De betrouwbaarheid moet enorm hoog zijn’, zegt Myrrha-directeur Hamid Aït Abderrahim. ‘De huidige versnellers, ook die in het deeltjeslab CERN in Genève, werken met zogenoemde discontinue pulsen. Maar als de protonenbundel die we in onze versneller voortstuwen discontinuïteiten vertoont, valt de reactor uit.’
De reactor is extreem gevoelig voor de hoogenergetische neutronen die de versneller genereert. De protonen slaan in op een doelwit dat vervaardigd is uit zware metalen. ‘Die extreme gevoeligheid stelt ons dus voor een uitdaging. Tegelijk maakt ze onze reactor erg veilig’, zegt Abderrahim. ‘Als er iets misloopt, zetten we de versneller af en valt de installatie meteen uit. Maar daarvoor hebben we dus wel een uiterst betrouwbare versneller nodig.’
Bovengronds graf
Het langlevende en dus meest problematische afval is het zogenoemde C-afval. Als de Myrrha-onderzoekers kunnen aantonen dat het technisch haalbaar is om grote hoeveelheden daarvan te transmuteren, dan kunnen ze de weg bereiden voor een radicaal nieuwe splijtstoffencyclus. En voor een duurzame vorm van kernenergie.
In die duurzame methode wordt onder meer plutonium via geavanceerde scheidingstechnieken uit de opgebruikte splijtstof van de kerncentrales gehaald. Vervolgens wordt ze in andere reactors omgezet in isotopen met een kortere halveringstijd. Daardoor hoeven ze ook niet meer te worden verglaasd. Dat is de nabehandeling die het langlevend afval momenteel krijgt.
Volgens Abderrahim kan transmutatie het volume van radioactief afval op die manier verminderen met een factor honderd. Zij het wel in het scenario van volledige opwerking, waarbij zoveel mogelijk herbruikbare splijtstof wordt gerecupereerd uit de opgebruikte kernsplijtstof.
‘Zoals gezegd verkort ook de tijd waarin je het afval moet afzonderen’, zegt Abderrahim. ‘Het gaat van enkele honderdduizenden jaren tot enkele honderden jaren. Dat komt overeen met een verschuiving van afval van categorie C naar B, en zelfs A.’
Voor de opslag van het A-afval heeft België al een oplossing klaar, namelijk die van bovengrondse berging. De vaten worden ingekapseld in beton en vervolgens in een bovengrondse ‘grafkamer’ ondergebracht in Dessel. Nu al ligt daar tijdelijk afval opgeslagen. De tombe blijft driehonderd jaar lang onder passief toezicht staan, waarna ze wordt opgenomen in het Kempense landschap.
Voor het B- en C-afval is die oplossing er nog lang niet. Voorlopig lijkt de beste oplossing geologische berging – opslag diep onder de grond. Het Myrrha-verhaal zal mee bepalen of die optie nodig is, en hoe groot de ondergrondse grafkamer dan moet zijn.
