# Is kernafval een 'onopgelost probleem'?

Laatst gewijzigd door Gijs Zwartsenberg op 2023/07/24 08:13
Export
Office Formats
Exporteren naar PDF Exporteren naar ODT Exporteren naar RTF
Andere Formats
Exporteren naar HTML Export as LaTeX

Auteur: Gijs Zwartsenberg

Afgewerkte kernbrandstof bestaat uit verschillende groepen van stoffen. Deze hebben, zoals alle stoffen, een mate van toxiciteit of giftigheid. Per hoeveelheid opgewekte energie gaat het bij kernenergie om minieme hoeveelheden materiaal. Zo produceert de kerncentrale van Borssele per jaar 10 vaatjes hoogradioactief afval: 5 warme, 5 koude (zie het verslag van het bezoek aan Covra).

Daarmee is een hoeveelheid elektriciteit geproduceerd die het equivalent is van 260 kilometer aan wagons vol kolen of 7 supertankers vol vloeibaar aardgas. De chemische toxiciteit van de stoffen in kernafval is geen onderwerp van gesprek. Deze is, zeker gerekend per opgewekte hoeveelheid energie, geringer dan de toxiciteit die aanwezig is in de as van bijvoorbeeld kolen die zijn verbrand voor elektriciteitsopwekking.

Het gaat in alle discussies over kernafval dan ook over de straling die het materiaal afgeeft, en over de mate waarin deze straling belastend is voor mens en milieu. Dit kunnen we samenvatten in een getal voor ‘radiotoxiciteit’.

Straling als zodanig is echter niet moeilijk af te schermen. Een laag van 30 centimeter lood, 5 meter water of 2 meter beton zijn elk een effectieve bescherming tegen de straling van een werkende reactor of splijtstofbundels waarin de kernreactie net is stopgezet. Hou die laag als een schild tussen jou en de stralingsbron en je bent veilig beschermd.

In de grafieken die we hieronder gaan toelichten, doen we net of die bescherming er niet is. Sterker nog, die grafieken gaan over wat er gebeurt als iemand afval zou inslikken: de zogenaamde ‘ingestie radiotoxiciteit’. Waaróm iemand dat zou doen is natuurlijk een goede vraag, maar is hier niet aan de orde. Punt is dat hier gekeken wordt naar het ergst denkbare scenario, en dat is dus dat inslikken.

Het is goed bekend hoe de radiotoxiciteit van kernafval zich in de loop van de tijd ontwikkelt. De grafieken hieronder vertellen dit verhaal. Eigenlijk vertelt elke van de drie plaatjes (A, B, C) hetzelfde verhaal. Maar omdat het verval van de straling heel groot is, en het tijdsverloop heel lang, zijn er in plaatje A wat kunstjes uitgehaald met de tijdschalen. Dit is gedaan omwille van de leesbaarheid. Het nadeel van die kunstjes is dat je er gemakkelijk de grote lijn mee uit het oog verliest. Daar komen we op terug.

De hier gekozen maat is microsievert per milligram ingeslikt materiaal. Aan de grafieken is te zien dat de straling in de loop van de tijd afneemt. De dosis die de inslikker ontvangt zal overigens altijd lager zijn, omdat deze ook afhangt van wat genoemd wordt de ‘biologische halfwaardetijd’: de tijd dat de ingeslikte stof in het lichaam blijft hangen. De grafiek geeft per milligram dus de maximale stralings-impact in geval van inslikken.

Daarbij is van belang dat kernafval bestaat uit twee heel verschillende groepen van stoffen, die heel verschillende soorten van straling afgeven en op heel verschillende manieren een risico vormen. De eerste groep betreft de zogenaamde ‘splijtingsproducten’. Deze geven over het algemeen gammastraling af: dat is doordringende straling die, ook als die stof zich buiten het lichaam bevindt, bij voldoende hoge dosis schade aan het lichaam kan toebrengen.

De andere groep is die van de zogenaamde ‘actiniden’. Deze geven voornamelijk zogenaamde alfa- en beta-straling af. Deze straling is voor het lichaam alleen schadelijk als de stof zich IN het lichaam bevindt. Dat zijn belangrijke verschillen en daarom hebben ze in de grafieken verschillend gekleurde lijnen. De rode is voor de radiotoxiciteit van de splijtingsproducten, de blauwe voor die van de actiniden.

De actiniden, de blauwe lijn, ontstaan als zware kernen in de reactor een neutron ‘vangen’ zonder te splijten. Actiniden kunnen heel lang radioactief blijven. Daar staat tegenover dat de alfastraling die ze afgeven, met een papiertje is tegen te houden. Actiniden zijn, we zeggen het nog maar eens, alleen radiotoxisch als je ze inslikt.

De splijtingsproducten, de rode lijn in de grafieken, zijn anders van aard. Splijtingsproducten heten zo omdat ze echt het product zijn van de kernsplijting. Splijtingsproducten zijn de twee ongelijke ‘brokstukken’ die na de splijting van een kern overblijven. Het zijn instabiele, radioactieve varianten van bekende elementen, zoals jodium, cesium, strontium, barium, xenon en een hele reeks andere.

De hoeveelheid splijtingsproducten die een reactor produceert is, gerekend per hoeveelheid energie, vrijwel gelijk ongeacht het type reactor dat wordt gebruikt. Alle splijtingsproducten zijn het begin erg radioactief. Hoe lang ze dat zijn, dat verschilt per gevormd element en per isotoop, maar van het geheel aan geproduceerde stoffen is nauwkeurig bekend hoeveel straling en warmte ze blijven produceren, en voor hoe lang. De gammastraling van splijtingsproducten vormt het enige deel van de ‘radiotoxiciteit’ van kernafval dat ook schadelijk voor het lichaam kan zijn, als de stof zich buiten het lichaam bevindt. Dat afval moet dan ook zorgvuldig worden afgeschermd en opgeborgen. Het goede nieuws is dat we precies weten hoe we dat moeten doen.

Deze gammastraling neemt relatief snel af: na 300 jaar is ze geringer dan de straling die afgegeven wordt door natuurlijk uranium: de groene lijn in de grafieken hieronder.

Op dit punt aangeland kunnen we eigenlijk beter op getallen overstappen, want of dit een ‘groot’ probleem is en of het ‘lang duurt’ hangt af van je opvattingen. Feit is dat we precies weten hoe hoog de straling is en hoe lang het verval ervan duurt. Dat laten de grafieken zien. Deze grafieken zijn gebaseerd op cijfers afkomstig uit een onderzoeksproject bij het Nederlandse NRG van enkele jaren geleden. Het betreft hier ‘tekstboek-kennis’.

Grafiek A

Grafiek A is een grafiek die bijvoorbeeld wel door Jan Leen Kloosterman (TU Delft) wordt gebruikt om duidelijk te maken hoe de ‘radiotoxiciteit’, ofwel de schadelijkheid van de straling, er uit ziet van ‘eenmalig gebruikte’ reactorbrandstof uit een gangbare kerncentrale. Te zien is dat de straling het hoogst is direct nadat splijtingsreactie is gestopt. Het moment dus dat de reactor is uitgezet om de nucleaire brandstof te verwijderen. De eerste tien jaar brengt gebruikte reactorbrandstof door in een koelbassin: het water zorgt niet alleen voor koeling, het schermt ook erg goed de straling af. De tijdschaal begint daarom bij 10 jaar. De dan nog heel hoge gammastraling halveert in drie decennia, en dat gaat zo door: elke 27 jaar halveert de gammastraling.

Maar makers van de de grafiek hebben een trucje uitgehaald. Op de horizontale as is dat goed te zien, de eerste streep staat bij 100 jaar, de tweede bij 1000, de derde bij 10.000, enzovoorts: bij iedere stap komt er een nul bij. Ofwel: bij iedere stap naar rechts zoom je 10x uit.

Op de as voor de straling gebeurt precies hetzelfde: iedere streep lager betekent 10x minder straling. Zo past de grafiek netjes in het plaatje! Nadeel is dat een gewone sterveling zulke schalen eigenlijk niet kan lezen. Daarom hebben we hieronder dezelfde gegevens nog een keer gebruikt om een andere grafiek te maken. De tijd verloopt nu lineair. Het plaatje komt er dan heel anders uit te zien.

Grafiek B

Grafiek B geeft een beter idee van hoe snel de straling, ofwel de ‘radiotoxiciteit’ afneemt. De rode lijn, de gammastraling van de splijtingsproducten, knalt ‘direct’ naar beneden. Dat wil zeggen: net als in grafiek A passeert de rode lijn bij 270 jaar de referentielijn van uraniumerts. Ofwel: na 270 jaar komt de straling van de splijtingsproducten lager uit dan die van (natuurlijk) uraniumerts. Die 270 jaar zit in onze lineaire grafiek echter zo dicht tegen de verticale as, dat het lijkt of het meteen gebeurt. Het duurt echter, we zeggen het nog maar eens, 270 jaar.

De blauw lijn, die van de actiniden, blijkt hardnekkiger. Die kachelt in de loop van aeonen omlaag om pas na 110.000 jaar eindelijk onder de referentielijn van uranium te zakken. Dus tóch een onopgelost probleem?

Dat is de vraag. Want we moeten niet vergeten welke eenheid we hier gebruiken. Die is ‘ingestie-radiotoxiciteit’. Ofwel: dit probleem doet zich alleen voor als je die actiniden binnen zou krijgen. De vraag is daarbij hoe een toekomstige aardbewoner deze van onder het 400 meter dikke graniet (zoals Finland nu van plan is) van een afgelegen en kaal schiereiland zou halen.

Een vraag die, gek genoeg, nooit gesteld wordt bij de ondergrondse opslag van zogenaamde Zeer Zorgwekkende Stoffen (ZZS), die routinematig en zonder noemenswaardige discussie in grote hoeveelheden in eindbergingen terechtkomen. In geval van deze ZZS wordt eindberging, terecht, als oplossing gezien, niet als probleem. Terwijl de toxiciteit van deze ZZS niet tijdelijk is, zoals bij nucleair afval, maar eeuwigdurend.

Grafiek C

Tot slot is het mogelijk om een reactor te bouwen waarin alle actiniden in de reactor in energie worden omgezet, zodat er vrijwel geen overblijven. Dat zijn de zogenamde ‘generatie 4’-reactoren. Bijvoorbeeld bepaalde types gesmoltenzoutreactoren, of zogenaamde ‘snelle’ reactoren. Door de aanzienlijk betere nucleaire ‘verbranding’ die je dan krijgt, haal je ongeveer honder keer zo veel energie uit een kilo ‘zwaar metaal’, hoef je dus veel minder mijnbouw te bedrijven, en je houdt dus ook vrijwel geen actiniden over. Dan kunnen we blauwe lijn wegstrepen.

Een eindberging blijft echter noodzakelijk. Want de productie van splijtingsproducten is, gerekend per eenheid energie dezelfde, wat voor reactor je ook gebruikt. Je moet dus altijd zorgen voor een plek waar je de afgewerkte brandstof veilig kan bergen.

Met de opslag van hoogradioactief afval zoals die in Nederland nu plaatsvindt bij de COVRA is technisch gesproken overigens niks mis. Het ligt veilig achter dik beton in een zorgvuldig ontworpen ruimte die alle straling effectief afschermt en die de warmte die het afval produceert via passieve koeling afvoert. De afgewerkte brandstof van de kerncentrale in Borssele levert jaarlijks vijf vaatjes ‘warmteproducerend’ afval op waarvan de inhoud verglaasd is. De warmteproductie neemt geleidelijk af als de jaren verstrijken. Het is voor de veiligheid goed om te wachten tot deze warmteproductie laag genoeg is om het afval definitief te kunnen bergen. Daarnaast produceert de kerncentrale van Borssele jaarlijks nog vijf ‘koude’ vaatjes met materialen die in de reactor radioactief zijn geworden maar die geen warmte afgeven.

De tien jaarlijkse vaatjes van Borssele staan voor een jaarlijks geproduceerd hoeveelheid CO2-vrije elektriciteit. Als je dezelfde elektriciteit uit fossiel zou halen, heb je jaarlijks 260 kilometer treinwagons vol kolen nodig of 7 supertankers vol vloeibaar aardgas. Jaarlijks voorkomt ‘Borssele’ de uitstoot van zo’n 1,75 miljoen ton CO2.

Mocht Borssele het eindpunt markeren van Nederlandse kernenergie, een besluit dat toekomstige generaties hoogstwaarschijnlijk zullen betreuren en afkeuren, dan is er weinig reden voor Nederland om een eigen geologische berging te bouwen. In dat geval is deelname aan de Belgische berging een ‘no brainer’: sneller klaar, goedkoper en net zo veilig.

Als Nederland echter besluit zijn kansen te benutten in het ontwikkelen van innovatieve reactoren, dan is bouwen van een eigen Nederlandse eindberging een optie die de moeite van het beschouwen zeker waard is.

Tags:
Gemaakt door Gijs Zwartsenberg op 2021/01/01 10:48

- Informatie

# Applicaties

# Child Pages

# Page Tree

# Tag Wolk

1. energy
2. gitlab
3. jupyter
4. nuclear
5. python
6. science

# Blogcategorieën

- https://xwiki.e-lise.nl:80/wiki/cp4all/view/Blog/">All

- Antinuclearism - debunking (3)
- Do the math! (0)
- Economics (1)
- History (1)
- News (0)
- Other (0)
- Reports (2)
- Say yes! Ja! Oui! (0)
- Science (0)
- Thorium MSR Foundation (0)

XWiki 12.10.4