Donderdag 03/12/2020

Atoomstroom zonder bommen

Kerncentrales produceren momenteel onvermijdelijk ook plutonium, de grondstof voor kernwapens. Amerikanen en Russen gaan samen een nieuw type kernbrandstof testen dat niet gebruikt kan worden in wapens. Mogelijk is dat de extra kosten waard.

Sinds begin deze maand is het negen minuten voor middernacht op de befaamde Doomsday Clock op de cover van het maandblad Bulletin of the Atomic Scientists. De kernproeven in India en Pakistan, maar vooral het falen van de internationale diplomatie bij het voorkomen van een nucleaire wedloop in Azië, hebben de wereld er niet veiliger op gemaakt. Vorige maand, aldus de uitgevers van het maandblad, stond de symbolische klok nog op veertien minuten voor het noodlotsuur.

Maar tegelijkertijd is misschien ook de basis gelegd voor een in nucleair opzicht iets veiliger wereld. Dat is althans de overtuiging van dr. Alvin Radkowsky, de inmiddels 82-jarige geestelijke vader van een nieuw type kernbrandstof waarin nauwelijks kernwapengevaarlijk plutonium ontstaat. "Kernenergie kan van haar belangrijkste schaduwzijde worden ontdaan", zegt hij stellig vanuit Tel Aviv, waar hij sinds 1972 leeft, na een carrière van een kwarteeuw als nucleair expert bij de Amerikaanse marine. Radkowsky, die sinds de jaren veertig betrokken is geweest bij het ontwerp van talloze kernreactoren, doceert nog altijd aan de universiteit.

Het Amerikaanse bedrijf dat zijn vinding wil commercialiseren, Radkowsky Thorium Power Corp (RTPC) uit New York, sloot op 1 juni in Moskou een joint venture met de Russische brandstofstavenfabriek Electrostal-MSZ. Binnen enkele jaren moeten daar brandstofelementen worden gemaakt die voornamelijk thorium bevatten.

In 2002 staat een eerste test in een Russische VVER-440 lichtwaterreactor, vergelijkbaar met westerse centrales, op het programma. Mogelijk, hopen vooral de Russen, wordt Radkowsky's thoriumbrandstof op termijn zelfs de basis voor een heel nieuwe nucleaire exportindustrie. De Amerikaanse overheid steekt ruim een half miljoen dollar in de onderneming, vooral ook om Russische atoomexperts ervan te weerhouden hun diensten elders aan te bieden.

Bijna alle gangbare kerncentrales draaien nu op uranium. Natuurlijk uranium bestaat vooral uit de isotoop uranium-238, die onbruikbaar is voor blijvende kernreacties. Maar er zitten ook sporen in van het goed splijtbare uranium-235. In de meeste civiele kerncentrales wordt het licht verrijkte uranium ingezet, dat ongeveer 4 procent uranium-235 bevat, meer dan in de natuur.

Neutronen die vrijkomen bij de splijting van uranium-235 veroorzaken nieuwe kernsplijtingen, zodat een beheerste kettingreactie in stand blijft. Maar ook worden ze geabsorbeerd door het omringende uranium-238. Dat wordt daarbij via een kernreactie omgezet in plutonium-239, dat met wat chemische bewerkingen relatief gemakkelijk uit het uranium kan worden gehaald. Voor een kernbom is een paar kilo plutonium voldoende. Een kerncentrale van duizend megawatt produceert jaarlijks een paar honderd kilo.

Begin april verwierven Radkowsky en RTPC in Amerika definitief octrooi op een reactorkern waarin de vorming van plutonium tot een minimum is beperkt. Thorium-232 - niet radioactief en in principe ruimer voorhanden dan uraniumerts - speelt daarin een hoofdrol. Op zichzelf is thorium niet direct splijtbaar, maar het kan wel neutronen absorberen en dan uranium-233 vormen. Uranium-233 splijt spontaan en geeft daarbij warmte af die in een kerncentrale wordt omgezet in elektriciteit.

De New Yorkse firma RTPC werkt al enkele jaren samen met Amerikaanse onderzoekslaboratoria aan een reactorkern waarin lange dunne stalen buizen met tabletjes uranium-235 worden omringd door een raster van buizen met thorium. Het uranium, bij voorkeur verrijkt tot ongeveer 20 procent, dient als natuurlijke neutronenbron voor het activeren van het thorium.

In eerste instantie zette het in 1992 opgerichte bedrijf zijn zinnen op de bouw van hele thoriumkernreactoren. Sinds twee jaar mikken ze op pasklare brandstofelementen die de gangbare uraniumelementen kunnen vervangen. Wereldwijd komen zo'n vierhonderd kernreactoren in aanmerking voor zo'n retrofit, rekenen de Amerikanen zich in hun brochures al rijk.

Daarvoor bestaan zeker argumenten. Volgens de ontwerpen ontstaat in zo'n samengesteld brandstofelement hooguit één vijfde van het plutonium-239 dat bij gangbare uraniumsplijting vrijkomt. Dat plutonium is weliswaar helemaal geconcentreerd in de paar buisjes met het uranium-235. Maar het is volgens theoretische studies zodanig verontreinigd met andere plutoniumisotopen dat het praktisch onbruikbaar wordt voor kernwapens. Echte explosies zijn er waarschijnlijk niet mee te bereiken, denken experts van RTPC.

Het Amerikaanse ministerie van Energie stak tot nu toe ruim een miljoen dollar in de voorstudies voor Radkowsky's nieuwe thoriumreactoren. Een belangrijke motivatie daarbij is niet eens het voorkómen van de aanmaak van plutonium, maar veeleer de mogelijkheid om er bestaand plutonium - en hoogverrijkt uranium - uit kernkoppen via kernsplijting mee te 'verbranden'.

Alleen al in de VS ligt zeker vijftigduizend ton plutonium opgetast, een erfenis van de Koude Oorlog. De oude Sovjet-Unie heeft nog minstens evenveel - en minder goed bewaakt. De Amerikanen hebben zich in 1993 verplicht plutonium en hoogverrijkt uranium uit afgedankte Sovjet-kernkoppen op te kopen.

Totnogtoe leek plutoniumverbranding alleen haalbaar door het te verwerken in zogeheten mixed oxide-elementen (MOX), waarin het wordt vermengd met uranium en ingezet in gewone, civiele kernreactoren. Nadeel van die aanpak is dat in MOX-reactoren voor elke drie kilo verstookt plutonium toch ook weer twee kilo vers wordt gevormd door kernreacties in het aanwezige uranium-238.

De voormalige directeur van het deeltjeslaboratorium CERN in Genève, dr. Carlo Rubbia, probeert de laatste jaren in Europa de handen op elkaar te krijgen voor een thoriumreactor zonder uranium die wordt geactiveerd met neutronen uit een grote deeltjesversneller. Ook daarmee zou plutonium te vernietigen zijn. Maar het ontwerp lijkt te onpraktisch voor daadwerkelijk gebruik.

Radkowsky zegt met zijn thoriumprocédé nu al klaar te zijn voor het vernietigen van plutonium en ander kernafval. Zijn techniek lijkt veel effectiever dan de MOX-technologie, omdat er niet telkens nieuw plutonium wordt gevormd. MOX is bovendien niet zonder dure aanpassingen in een bestaande reactor in te zetten, terwijl aanpassingen onnodig zijn bij de thoriumcel.

Radkowsky's radicale voorstellen grijpen in aanzienlijke mate terug op werk uit de jaren zeventig in Amerika's eerste commerciële kernreactor, in Shippingport, die hij rond 1950 mede ontwierp. In 1977 werd bij de eerste Amerikaanse kerncentrale in Shippingport het kernwapengevaarlijke verrijkte uranium met goede resultaten vervangen door thorium. Maar het proces bleek te duur voor commerciële centrales, omdat thorium en uranium fysiek zeer verschillende behandelingen vereisen.

Kosten kunnen ook nu de thoriumreactoren parten spelen. Door het inzakken van de wereldwijde nucleaire industrie na de ramp in Tsjernobyl en het wegvallen van veel militaire vraag na de val van de Berlijnse Muur, is uranium buitengewoon goedkoop geworden. Een nieuwe brandstof zal daar niet zonder meer tegenop kunnen, ook al omdat kerncentrales huiverig zijn om over te stappen op materialen die ze minder goed kennen.

Nucleair veteraan Radkowsky laat er zich niet door uit het veld slaan. "Eén geslaagde terroristische aanval met een kernwapen en ik garandeer u dat plutoniumvrije brandstof de dag erop verplicht wordt. Waarom, vraag ik u, zouden we daarop wachten?"

Martijn van Calmthout

(c) de Volkskrant / De Morgen

Meer over

Nu belangrijker dan ooit: steun kwaliteitsjournalistiek.

Neem een abonnement op De Morgen


Op alle artikelen, foto's en video's op demorgen.be rust auteursrecht. Deeplinken kan, maar dan zonder dat onze content in een nieuw frame op uw website verschijnt. Graag enkel de titel van onze website en de titel van het artikel vermelden in de link. Indien u teksten, foto's of video's op een andere manier wenst over te nemen, mail dan naar info@demorgen.be.
DPG Media nv – Mediaplein 1, 2018 Antwerpen – RPR Antwerpen nr. 0432.306.234