Afvalproductie en -berging

Het uranium dat als splijtstof de reactor in gaat is – evenals natuurlijk uranium - nauwelijks radioactief. Tijdens het verblijf van de splijtstofstaven in de kernreactor vormen zich splijtingsproducten (brokstukken van het gespleten uranium) en zogenoemde transuranen. Dit zijn atomen met een groter atoomgewicht dan uranium, als plutonium, americium en cesium. Al deze producten zijn in meer of mindere mate radioactief en dus bedreigend voor mens en milieu (de biosfeer). Het begrip radiotoxiciteit wordt gebruikt om aan te geven hoe gevaarlijk de verschillende stoffen zijn. Dat hangt af van het type en de duur van de straling, maar bijvoorbeeld ook van de de mate waarin de stoffen door biologische weefsels worden vastgehouden. De transuranen zijn schadelijker dan de splijtingsproducten.

Radioactieve materialen verliezen na verloop van jaren hun vermogen om straling af te geven. Het is dus zaak het stralend materiaal af te scheiden van de biosfeer, zolang dat radioactief verval gaande is. Bij splijtingsproducten is dat relatief kort. Het overgrote deel vervalt binnen 30 jaar, een restant (¹²⁹I en ⁹⁹Tc) binnen 250 jaar. Het echte afvalprobleem ligt bij de transuranen. Vooral plutonium heeft een extreem lange periode van circa 200.000 jaar nodig voordat de straling een onschadelijk niveau heeft bereikt. Plutonium kan in snelle reactoren als splijtstof worden gebruikt, zodat het energie levert en wordt omgezet in kortlevende splijtingsproducten.

Splijtstofstaven (96-97% uranium 238 en 3-4% uranium 235) verblijven 3-4 jaar in een kernreactor. Op dat moment is circa 70% van de eigenlijke splijtstof - het uranium 235 - verbruikt. De staven bevatten op het moment dat ze uit de reactor worden verwijderd dus het vrijwel ongebruikte uranium 238 (95%), U-235 (1%), splijtingsproducten (3%) en transuranen (1%). 4% van de inhoud van de splijtstofstaven is dus hoogradioactief.

Het ligt voor de hand om het hoogradioactieve afval te scheiden van het uranium. Dat kan met een chemisch proces. Er ontstaat dan een afvalstroom van kleine omvang die korter (splijtingproducten) of langer (transuranen) moet worden opgeborgen. In Nederland, waar 4% van de elektriciteit met kernenergie wordt opgewekt, gaat het daarbij om circa 600 kg per jaar: 450 kg splijtingsproducten, 130 kg plutonium en 6 kg americium. Veel West-Europese landen doen dit inderdaad. Nederland stuurt de gebruikte splijtstofstaven uit Borssele naar een opwerkingsfabriek in Frankrijk. Het onschadelijke uranium 238 wordt voor een belangrijk deel opgeslagen, omdat het in de toekomst als splijtstof kan dienen in de ‘4^e generatie’ kernreactoren die in ontwikkeling is. Het uranium 235 wordt gerecycled door het toe te voegen aan nieuwe splijtstofstaven.  Ook het bruikbare deel van het plutonium wordt afgescheiden en opgeborgen voor toekomstig gebruik in nieuwe reactoren. De resterende splijtingsproducten en transuranen worden in glas gesmolten, zodat het materiaal zich niet kan verspreiden, en daarna in stalen vaten gelast. Dit verglaasde materiaal komt terug naar Nederland, waar het vooralsnog bovengronds in speciale, gekoelde containers wordt opgeslagen bij de COVRA (Centrale Organisatie Voor Radioactief Afval) in Vlissingen. Binnen honderd jaar zal moeten worden besloten wat de definitieve eindbestemming wordt. Het overgrote deel van de straling, afkomstig van de splijtingsproducten, is dan al grotendeels verdwenen. Afgesloten berging in diepe aardlagen die vele miljoenen jaren geologisch stabiel zijn, ligt daarbij voor de hand, maar hier zal voldoende maatschappelijk draagvlak voor moeten worden gevonden. In de VS overweegt men opslag van radioactief afval in de Yucca Mountain. In Nederland zijn een aantal zoutkoepellocaties aangewezen als mogelijke kandidaten voor definitieve opslag.

De verwerking ven kernafval is overigens niet overal hetzelfde. In Noord-Amerika wordt bijvoorbeeld geen scheiding toegepast en worden de splijtstofstaven in hun geheel als hoog-radioactief afval geborgen. Deze afvalstroom neemt circa 10 maal meer volume in dan het hoogradioactieve afval na verglazing. Sommige Europese landen en Japan nemen het splijtbare plutonium uit het kernafval op in nieuwe splijtstofstaven. Het mengsel van plutonium en uranium wordt MOX (Mixed OXide fuels) genoemd. Dit proces is met de huidige lage uraniumprijzen vrij kostbaar, maar is een stap in de richting om de plutioniumafvalstrooom te verkleinen en de grondstoffen beter te benutten. De milieubeweging heeft moeite met deze vorm van recycling, omdat de verse splijtstofstaven (matig) zijn, en dus meer voorzieningen vragen om bedienend personeel te beschermen.

De ontwikkeling van de 4^e generatie kernreactoren kan er toe leiden dat rond 2030 de afvalproblematiek er heel anders uitziet. De nieuwe centrales (snelle kweekreactoren) moeten in staat zijn zowel uranium-238, als plutonium als splijtstof te gebruiken. De wereldvoorraad bruikbaar uranium wordt dan 100 maal groter, en het overgrote deel van het gevormde plutonium vervalt dan tot de minder schadelijke splijtingsproducten met een vervaltijd van enkele honderden jaren. De belangrijkste afvalcomponent die dan nog overblijft is het transuraan americium, met een stralingsduur van 5000 jaar. In principe is het mogelijk ook dit om te zetten in kortlevende splijtingsproducten (onderwerp van het transmutatieonderzoek), maar dat zou aparte ‘afvalverwerkingsreactoren’ vergen. Omdat de toch al beperkte stroom van hoogradioactief afval dan nog 100-1000 maal kleiner is geworden (Nederland produceert momenteel 6 kg americium per jaar), is het de vraag of directe eindberging dan niet meer voor de hand ligt.