Veiligheid van kerncentrales

De splijtstof die wordt aangevoerd voor energieopwekking is nauwelijks radioactief. Je kunt het zonder gevaar in je handen houden. Tijdens het splijtingsproces in de reactor neemt die radioactiviteit echter sterk toe. De radio-activiteit in de kernreactor en tijdens transport en berging van afval moet daarom goed worden afgeschermd van de buitenwereld. In dit hoofdstuk beperken we ons tot de veiligheidssystemen rondom de kernreactor zelf.

De veiligheidsmaatregelen beslaan een aantal verschillende niveaus:

voorkomen van risico’s op een ontsporende kernreactie
fysieke maatregelen om tijdens de normale procesvoering lekkage van radioactief materiaal te voorkómen
fysieke maatregelen om in geval van calamiteiten (van binnenuit of van buitenaf) lekkage van radioactief materiaal te voorkómen

Geen ontsporende kernreactie

De geschiedenis heeft ons geleerd dat een ontsporende kernreactie niet denkbeeldig is. De kerncentrale van Tsjernobyl stond bij deskundigen bekend als een potentieel gevaarlijke reactor, vooral omdat dit reactorontwerp – in tegenstelling tot alle andere ontwerpen - een ‘positief terugkoppelmechanisme’ had: bij het stijgen van de temperatuur nam het aantal splijtingsreacties en daarmee het reactorvermogen toe in plaats van af. Bij alle kernreactoren die niet van het ‘Tsjernobyl type’ zijn, worden in geval van een temperatuurstijging de neutronen meer geabsorbeerd in de splijtstof (zonder splijting te veroorzaken) en worden ze minder goed afgeremd, waardoor minder uranium-235 gespleten wordt en de kettingreactie zich dus zelf vertraagt. Ook ontbrak in Tsjernobyl een deugdelijke veiligheidsomhulling. Een uit de hand gelopen experiment heeft daarmee tot het grootste nucleaire ongeval van de vorige eeuw geleid. Een analyse van dit ongeluk en de resulterende gevolgen is hier te vinden.

Alle nu draaiende centrales hebben een veel veiliger ontwerp dan dat van Tsjernobyl. De Tsjernobyl-type reactoren zijn inmiddels aangepast, zodat er geen sprake meer is van een positieve terugkoppeling. Meer risicovolle centrales, met name in de voormalige Sovjetunie, worden momenteel met buitenlandse financiële hulp versneld gesloten.

Genoemde terugkoppeling is dus een belangrijke veiligheidsmaatregel die in alle kerncentrales wordt toegepast. Verder wordt de apparatuur ‘redundant’ uitgevoerd. Dat betekent dat alle veiligheidsrelevante systemen dubbel of zelfs drie- tot viervoudig zijn uitgevoerd. Zo kan bij een storing van een pomp, een andere pomp of motor gestart worden. Deze acties worden automatisch genomen zonder tussenkomst van het personeel. Voor stroomstoringen zijn er aparte noodstroomaggregaten aanwezig.

Bescherming van de omgeving bij normale bedrijfsvoering

De delen van de reactor waar zich het radioactieve materiaal bevindt is via meerdere omhulsels afgescheiden van de buitenwereld.

De eigenlijke kernreactor die de splijtstofstaven bevat is gemaakt van zeer hoogwaardig staal van grote dikte (15-25 cm). Door veroudering, ook onder invloed van de straling, is de kwaliteit van dit kostbare omhulsel in belangrijke mate bepalend voor de levensduur van de kerncentrale als geheel. Veel centrales zijn inmiddels enkele decennia oud, en de geschatte levensduur van het reactorvat bedroeg op het moment van ontwerp in veel gevallen 40 jaar. Inmiddels staat uit metingen vast dat de schattingen destijds erg voorzichtig waren. De veroudering gaat minder snel dan verwacht, waardoor de levensduur van veel centrales (als die in Borssele) tenminste met 20 jaar verlengd kan worden.
De reactor en overige technische systemen die deel uitmaken van het primaire systeem, waarin zich het sterk radioactieve materiaal bevindt, worden ingesloten door een betonnen bunker (‘biologisch schild’) dat ioniserende straling absorbeert.

: Figuur 11. Beschermende omhulsels in de kerncentrale van Borssele.

Van belang is verder dat de splijtstof door de leverancier in tabletten wordt samengeperst. De materiaalstructuur is zodanig dat de splijtingsproducten daar moeilijk uit kunnen ontsnappen. De tabletten zitten op hun beurt in volledig gasdichte buizen. In de kernreactoren komen de splijtingsproducten dus niet vrij, maar ook op het moment dat ‘opgebruikte’ staven uit de reactor worden verwijderd, is het afval netjes verpakt, wat het transport en de verdere afvalverwerking veilig en schoon maakt.

Bescherming van de omgeving in het geval van calamiteiten

Indien door kleinere of grotere calamiteiten onverhoeds toch straling vrijkomt, zorgt een stalen omhulsel, dat zich direct onder de bekende betonnen koepel bevindt, ervoor dat radioactieve deeltjes niet kunnen weglekken naar de omgeving. Deze schil is zo ontworpen dat deze bestand is tegen de druk die daarbinnen zou kunnen ontstaan in het geval van de meest ernstige ontsporing van de kernreactie. De zichtbare betonnen koepel die zich daaromheen bevindt, is vooral bedoeld ter bescherming tegen onheil van buiten, als een neerstortend vliegtuig, een exploderend schip of terroristische aanslagen.

Het meest angstaanjagende scenario is dat van een complete ‘melt-down’. Hoewel kernreactoren zo ontworpen zijn dat de kernreactie automatisch stopt in het geval van een ernstige calamiteit (als het uitvallen van de koeling), ontstaat in de periode na het ongeval nog veel extra warmte in de reactor omdat de reeds geproduceerde splijtingsproducten warmte blijven produceren. Indien men, in een onwaarschijnlijk scenario, niet in staat zou zijn binnen een aantal dagen of voor sommige ontwerpen weken koelwater op de gehavende reactor te spuiten, bestaat het risico van een melt-down. Bij de modernste ‘inherent veilige’ ontwerpen als de pebble-bed reactor is dit risico overigens volledig uitgesloten Als het koelsysteem het begeeft, is zelfs koeling van buitenaf niet meer nodig. De systemen kunnen de nog geproduceerde warmte zelf aan de omgeving afstaan, ook zonder extra koelwater.

Bij de ongelukken met de kerncentrales van Harrisburg (1976) en Tsjernobyl (1986) is desalniettemin een melt-down opgetreden. In beide gevallen bleef de schade door de smeltende reactorkern beperkt. In Harrisbrug bleef alles in het vat. De radioactieve massa verzamelde zich in de Tsjernobyl kelder al een vaste klomp. Moderne centrales, waarbij de kans op een melt-down overigens voor vrijwel 100% is uitgesloten, hebben voor alle zekerheid een betonnen opvangsysteem (core catcher) die een eventueel gesmolten reactorkern verspreid en koelt, volledig van de buitenwereld afschermt. De nieuwe kogelbed reactor (PMBR) die in China en Zuid-Afrika is zo ontworpen dat de in geval van een storing in het koelwatercircuit geen andere koelacties nodig zijn. De kernreactie stopt en nog geproduceerde warmte uit de splijtingsproducten wordt door warmtestraling via de reactorwand naar de omgevingslucht overgedragen. Dit worden inherent veilige reactoren genoemd. Er is geen ingrijpen van systemen of mensen meer nodig in geval van een dergelijke calamiteit.