De federale regering zet het licht op groen voor de bouw van een nieuwe onderzoeksreactor in Mol. Voorstanders spreken van een technologie die komaf maakt met het langlevende afval. Maar het project doet ook wenkbrauwen fronsen.
Terwijl in een kolencentrale dagelijks ettelijke tonnen aan steenkool worden opgestookt, gaat de brandstof van een kernreactor – in de vorm van een bundel splijtstofstaven – jaren mee. En dan nog wordt er slechts een klein deel van het uranium opgebrand. Na gebruik bestaat de bestraalde splijtstof, die tijdelijk wordt opgeslagen in koelfaciliteiten, nog steeds grotendeels uit uranium (circa 93 procent van de massa). Het overige deel bestaat uit plutonium (één procent), actiniden zoals americium, neptunium en curium (samen minder dan een halve procent), een resem splijtingsproducten (vijf procent) en een minieme restfractie.
Tot het Belgische moratorium van 1993 werd de bestraalde splijtstof van de centrales in Doel en Tihange ‘opgewerkt’. Daarbij werd het uranium gescheiden van het plutonium, de actiniden en de splijtingsproducten. Dit gebeurde in de fabriek van Areva in La Hague, in Normandië. Met het gerecupereerde uranium en plutonium werd vervolgens nieuwe splijtstof gefabriceerd. De restfractie werd verglaasd, verpakt en teruggestuurd naar Dessel, waar ze wordt bewaard in (bovengrondse) bunkers voor tijdelijke opslag.
Het voordeel van opwerking is dat het (hoogradioactieve en langlevende) plutonium wordt hergebruikt, waardoor het niet moet worden opgeslagen en later (eventueel) geborgen, diep onder de grond. Maar ook de (veel) kleinere actinidefracties, alsmede sommige splijtingsproducten, zijn hoogradioactief en langlevend – en dit gedurende ettelijke honderdduizenden jaren. Ze comprimeren en verglazen tot C-afval (de gevaarlijkste categorie) is een optie, maar dit houdt wel in dat ze duizenden generaties lang zorgvuldig moeten worden afgescheiden van mens en milieu.
Recyclage van kernafval
Toch bestaat er ook voor het hoogradioactieve, langlevende afval dat niet kan worden ‘gerecycleerd’ door opwerking, een oplossing. Het kan immers worden ‘getransmuteerd’. Daarbij worden de radioactieve kernen gebombardeerd met hoogenergetische neutronen, waarna ze uiteenvallen in andere isotopen die nog altijd radioactief zijn, maar die een veel kortere halfwaardetijd bezitten (ze zijn ‘slechts’ enkele honderden jaren actief, waardoor ze thuishoren in de minder gevaarlijke afvalcategorieën A en B).
Transmutatie als proces is allang bekend onder kernfysici, en in landen als Rusland en Frankrijk staan (of stonden) onderzoeksreactors waarmee de techniek grondig wordt (werd) bestudeerd. Maar door het hogere risico op ongelukken in deze zogenaamde kweekreactors (die niet met water maar bijvoorbeeld met het hyperreactieve natrium worden gekoeld) en door het verhoogde risico op proliferatie (kweekreactors zijn ideaal voor de productie van Pu-239, dat wordt gebruikt in kernwapens) zijn ze uit de gratie gevallen.
Maar transmutatie hoeft niet in een kweekreactor te gebeuren. Het kan ook in een subkritische reactor, een reactor die niet in staat is om op eigen houtje een nucleaire kettingreactie te onderhouden en die is gekoppeld aan een deeltjesversneller. Dit is de basisconfiguratie van de Belgische onderzoeksreactor Myrrha, waarvan de eerste plannen al dateren van 1998 maar waarvan de bouw – dankzij de 550 miljoen euro die vorige week werd toegezegd door de federale overheid – nu eindelijk uit de startblokken kan schieten.
Hoewel het theoretische concept allesbehalve nieuw is, is Myrrha nog maar het eerste prototype van een zogeheten accelerator-driven system (ADS), waarbij een kernreactor wordt aangedreven door neutronen geproduceerd met een deeltjesversneller. Die deeltjesversneller zal tijdens de eerste fase worden gebouwd (namelijk met het geld van de Belgische overheid). Pas als de versneller klaar is en operationeel, in 2026, wordt begonnen met de bouw van de subkritische onderzoeksreactor. In de derde en laatste fase worden de deeltjesversneller en de reactor met elkaar verbonden. Alles moet klaar zijn uiterlijk 2037.
De bouw van de (lineaire) versneller tijdens de eerste fase is al een grote uitdaging. ‘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 discontinue pulsen. Maar als de protonenbundel die we in onze reactor voortstuwen discontinuïteiten bevat, valt de reactor uit. Die is immers extreem gevoelig voor de hoogenergetische neutronen die de versneller genereert (de protonen slaan in op een doel vervaardigd uit zware metalen, red.). Tegelijkertijd maakt die extreme gevoeligheid onze reactor zo veilig, want als er iets misloopt zetten we de versneller af en valt de installatie meteen uit. Maar daarvoor hebben we dus wel een extreem betrouwbare versneller nodig.’
Het theoretische concept achter ADS gaat al terug tot de jaren 1940, toen de Amerikaanse fysicus Ernest Lawrence, in het kader van het Manhattanproject, een cyclotron gebruikte om van uranium plutonium te maken. Maar omdat de versneller slecht functioneerde, belandde de aanpak al snel op een zijspoor. Pas begin jaren 1990 kwam ze terug op tafel, waarbij de koppeling werd gemaakt met enerzijds transmutatie (dus het omzetten van langlevende kernen in minder langlevende isotopen) en anderzijds het aandrijven van een subkritische reactor – het laatste was een idee van de Italiaanse natuurkundige Carlo Rubbia.
‘Als wij het hebben over transmutatie, bedoelen we eigenlijk kernsplitsing, fissie dus’, vervolgt Abderrahim. ‘Je kunt immers ook transmuteren door neutronen toe te voegen aan een atoomkern. Beide processen spelen zich af in een gewone kernreactor, maar niet bij de isotopen zwaarder dan uranium en plutonium, zoals americium, neptinium en curium (de zogenaamde minor actinides, red.). Die zijn zeer radiotoxisch zijn en extreem langlevend, precies de reden waarom we ze willen transmuteren, in dit geval via splijting. Hiervoor hebben we hoogenergetische, snelle neutronen nodig. Met trage, “thermische” neutronen in een gewone reactor lukt het niet.’
Probleem met de snelle neutronen is dat ze vertraagd worden door water, dat vaak als koelstof wordt gebruikt in gewone kernreactors. Reactors met snelle neutronen worden daarom gekoeld met andere stoffen, zoals vloeibaar natrium (in de vroegere Franse Phénix-kweekreactor) of een lood-bismutmengsel (in Myrrha). Deze koelstoffen remmen de neutronen niet af, en hinderen de kernreacties en de transmutatie niet. De snelle neutronen hoeven overigens niet noodzakelijk opgewekt te worden met een deeltjesversneller, zoals bij Myrrha. Ze kunnen ook geproduceerd worden in kritische kweekreactors – deze reactors worden zo genoemd omdat ze continu nieuwe kernbrandstof, in de vorm van plutonium, produceren. Kweekreactors zijn in staat hun eigen kettingreactie te onderhouden, en hebben dus geen externe aandrijving nodig. Maar dat is meteen hun zwakte, waardoor niemand vandaag staat te springen om er een te bouwen.
En dus zal het grootste deel van de (zeer) snelle neutronen in Myrrha niet in de reactor worden geproduceerd, maar in het tussenstuk tussen de versneller en de reactor, wat als bijkomend voordeel heeft dat de reactor ‘hypercontroleerbaar’ is. Volgens Abderrahim kunnen de minor actinides via geavanceerde scheidingstechnieken (een proces genaamd partitioning) uit de bestraalde splijtstof worden gehaald, en vervolgens worden omgezet in isotopen met een lagere halfwaardetijd, waardoor ze niet meer moeten worden verglaasd. ‘In combinatie met volledige opwerking kan transmutatie leiden tot een volumemindering van het radioactief afval met een factor honderd. Maar ook de tijd dat het afval moet worden afgezonderd, wordt verkort, van enkele honderdduizenden tot enkele honderden jaren. Dat komt overeen met een verschuiving van afval van categorie C naar B, en zelfs A.’
Dat transmutatie zonder volledige opwerking van de bestraalde splijtstof weinig zin heeft, houdt wel in dat het gerecycleerde uranium en plutonium een afnemer moeten vinden. In een wereld waar kernenergie als energiebron op z’n retour is – zeker in Europa – is het maar de vraag of opwerking nog zin heeft. ‘Zelfs in Frankrijk zien we de populariteit van kernenergie afnemen, waardoor het reactorarsenaal kan krimpen, zegt Jan Vande Putte, nucleair expert bij Greenpeace. ‘Er kleeft al jaren een negatieve kost aan plutonium. Niemand wil het.’
Als Myrrha voorgesteld wordt als (de laatste) schakel in een gesloten systeem dat de hoeveelheid afval en de tijd dat dit afval gevaarlijk is reduceert, dan zou de kost volgens Vande Putte volledig moeten betaald worden door de producenten van het kernafval. ‘Elektriciteitsbedrijven willen zo goedkoop mogelijk af van hun kernafval. Een producent als Engie zal een dergelijke behandeling van de bestraalde splijtstof die nu in Doel en Tihange ligt opgeslagen, absoluut willen vermijden, omdat dit hoge kosten met zich meebrengt.’
De Greenpeace-expert ziet Myrrha niet als een ‘innovatieve onderzoeksinstallatie’ (zoals het project op de website van het Studiecentrum voor Kernenergie staat geafficheerd), maar eerder als een nieuwe plutoniumreactor die moet dienen voor de ontwikkeling van reactors de vierde generatie, de natte droom van de nucleaire sector.
