Vermenigvuldiger van energie - Jan Leen Kloosterman · biatron wordt het thorium dan eerst omgezet...
1
Vermenigvuldiger van energie KER NENER GIE Het ‘Rubbiatron ’ kan kernafval verstoken. De kernreactor alias deeltjesversneller verrijst nu in Engeland. Maarten Muns E en kernreactor die je met één druk op de knop aan en uit kan zetten en die nau- welijks langlevend radioac- tief afval produceert. Dat is het idee achter het Rubbiatron, een slimme combinatie van een deeltjesversnel- ler en een kernreactor, in 1995 voor het eerst bedacht door de Italiaanse fysicus Carlo Rubbia. Het klinkt als de oplossing voor zo’n beetje alle na- delen die de huidige generatie kern- reactoren nu nog heeft. Onderzoekers van de Britse uni- versiteit van Huddersfield zetten on- langs een belangrijke stap in de rich- ting van zo’n droomreactor. Ze bouwden een kleine, cirkelvormige deeltjesversneller, die een stabiele stroom van hoog energetische pro- tonen kan afvuren. Zo’n protonenkanon is nodig om de kernreactie in een Rubbi- atron aan de gang te houden. In een gewone kernreactor zet het splijten van een uraniumkern weer een andere uraniumkern aan tot splijten zodat er een ket- tingreactie ontstaat. Een Rubbi- atron draait niet op uranium en heeft dus niet zo’n kettingreactie. Hij draait volledig op thorium, een veel voorkomende grondstof. Op de stranden van Australië, Turkije en India liggen er tienduizenden ton- nen van voor het oprapen. Thorium komt in de natuur voor als thorium-232, een isotoop die licht radioactief is maar niet splijtbaar. Om dat te veranderen is de deeltjes- versneller nodig. De protonen uit de versneller slaan eerst neutronen los uit een stuk lood. Die neutronen bombarderen op hun beurt het tho- rium waardoor (via bètaverval) het splijtbare uranium-233 ontstaat. De- ze kunstmatige uraniumsoort levert na splijting van de kern veel minder schadelijke producten op dan bij ge- bruik van licht verrijkt uranium, dat voornamelijk bestaat uit de urani- um-238 isotoop. Daarbij ontstaat het gevaarlijke plutonium, dat gebruikt kan worden in kernwapens. De reac- tor van een rubbiatron is bovendien ‘subkritisch ’; de kernreactie kan zichzelf niet in stand houden en kan dus ook niet ontsporen. Zet de deel- tjesversneller uit en de reactie stopt direct. Te n t o o n s t e l l i n g Om de aandacht op deze vorm van schone kernenergie te vestigen heeft het Science Museum in Londen een van de magneten van de deeltjesver- sneller, een achthoekig gevaarte met een doorsnede van slechts een halve meter, gebruikt voor een kleine ten- toonstelling. ”Voor ons zit het ver- haal vooral in de combinatie van twee hoogwaardige, bestaande tech- nieken. Die combinatie kan leiden tot een sterk verbeterde versie van een van die technieken,” vertelt ten- toonstellingmaker David Robertson in het museum. “Het idee van thori- um als alternatief voor uranium is lastig uit te leggen in een beperkte ruimte, dus hebben we de tentoon- stelling toegespitst op het herge- bruiken van kernafval. Iedereen weet dat kernafval een probleem is, en een Rubbiatron kan volgens het- zelfde principe behalve thorium ook bestaand kernafval verstoken.” Een veelzijdige machine dus, zo’n Rubbi- atron. Rubbia zelf noemde zijn ont- werp een ‘energie-vermenigvuldi- ger’. Er moet een hoop energie in om de deeltjesversneller te laten draai- en, maar als alles goed werkt haal je er een veelvoud van die energie uit. Toch kleven er ondanks de techni- sche vooruitgang nogal wat bezwa- ren aan dit type reactor, waarschuwt Jan Leen Kloosterman, universitair hoofddocent reactorfysica aan de Technische Universiteit Delft. “De koppeling van een versneller aan een reactor is niet zo voor de hand lig- gend, omdat je dan een opening in het reactorvat krijgt. Dat komt de veiligheid van zo’n centrale niet ten goede,” zegt hij. Ook bij het rendement van de Rub- biatron plaatst Kloosterman vraagte- kens omdat deze ook de elektriciteit moet genereren om de energieslur- pende deeltjesversneller te compen- seren. De techniek zou volgens hem wel van pas komen bij de destructie van gevaarlijk kernafval. Het is im- mers beter om dat spul met een laag rendement op te stoken dan het dui- zenden jaren lang te moeten opslaan. “Als je energie wilt opwekken uit thorium heb je zo’n gecombineerd systeem ook niet nodig”, vervolgt Kloosterman. Hij is er groot voor- stander van om thorium als nucleaire brandstof verder te ontwikkelen. Dat gebeurt momenteel ook, al is het Wes- ten hierbij enigszins op achterstand geraakt. Eind oktober is India begon- nen met de bouw van zijn eerste volle- dig door thorium aangedreven kern- centrale. China lanceerde bijna twee jaar geleden al een ambitieus pro- gramma dat binnen enkele decennia tot thoriumreactors moet leiden. In beide gevallen gaat het echter niet om Rubbiatrons, maar om zoge- naamde gesmolten-zoutreactoren. In zo’n reactor wordt het thorium eerst opgelost in gesmolten zout dat daarna door koelkanalen in een blok grafiet stroomt. Evenals in een Rub- biatron wordt het thorium dan eerst omgezet in uranium-233. Om die re- actie in gang te zetten wordt een heel klein beetje splijtbaar uranium toe- gevoegd. Daarna kan de reactie zich- zelf in stand houden. Ook hier is dus geen sprake van het opwerken van uranium-238, en ontstaan geen plu- tonium en andere gevaarlijke stoffen als bijproduct. Omdat de reactie plaatsvindt in het vloeibare zout in plaats van in massieve splijtstaven is er ook geen risico op een meltdown, het smelten van de splijtstaven na het onverhoopt wegvallen van de koeling. Overigens zijn de vele voordelen van gesmolten-zoutreactoren boven conventionele uraniumreactoren niets nieuws onder de zon. In de ja- ren zestig is er bij het Oak Ridge Na- tional Laboratory in de Verenigde Staten al uitgebreid onderzoek naar gedaan. Een gesmolten-zout reactor heeft er jaren succesvol energie uit thorium opgewekt. Begin jaren ze- ventig trok de regering-Nixon ech- ter de stekker uit het programma. Het ontbreken van plutoniumpro- ductie betekende dat de reactie niet bijdroeg aan militaire toepassingen in wapentuig. Dat konden de Ameri- kanen zich niet veroorloven, omdat de Sovjet-Unie juist in die jaren steeds meer en sneller kernkoppen begon te produceren. Daarnaast dwong de oliecrisis van 1973 de VS om in te zetten op kernenergie uit het al veel verder doorontwikkelde uranium. Schoon en goedkoop Toch is de gesmolten-zoutreactor nu bezig aan een duidelijke come- back. De VS en China werken zelfs sa- men om een grootschalig thorium- programma neer te zetten. De Chine- zen gaan eerst proberen de oude Amerikaanse reactor na te bouwen om hem vervolgens te perfectione- ren. Ook in Europa staat thorium weer volop in de belangstelling van onderzoeksinstituten. Aan de TU Delft werkt Jan Leen Kloosterman eraan. “Als er voldoende geld be- schikbaar komt zou het schoon en goedkoop opwekken van thorium- energie binnen ongeveer 25 jaar ge- meengoed kunnen zijn,” zegt hij. “Kernfusie, alom geprezen als ener- gievoorziening voor de toekomst, kan uiteindelijk wel eens veel te duur blijken te zijn. Daarom moeten we tegelijk aan een alternatief wer- ken. Wat mij betreft is dat thorium- energie uit een gesmolten-zoutreac- tor. ” Deeltjesversneller EMMA, waarmee de kernreactie in een Britse experimentele thoriumreactor aan de gang wordt gehouden. FOTO ’ S STFC DARESBURY LABORATORY Alanya, Turkije. Aan stranden in Turkije, Australië en India ligt thorium voor het oprapen. FOTO STOCK.XCHNG Magneet van deeltjesversneller die nu wordt getoond in het Sci- ence Museum in Londen.
Transcript of Vermenigvuldiger van energie - Jan Leen Kloosterman · biatron wordt het thorium dan eerst omgezet...
Vermenigvuldiger van energieKER NENER GIE
Het ‘Ru b b i a t r o n ’kan kernafvalverstoken. Dekernreactor aliasdeeltjesversnellerverrijst nu inEngeland.
Maarten Muns
Een kernreactor die je metéén druk op de knop aan enuit kan zetten en die nau-welijks langlevend radioac-
tief afval produceert. Dat is het ideeachter het Rubbiatron, een slimmecombinatie van een deeltjesversnel-ler en een kernreactor, in 1995 voorhet eerst bedacht door de Italiaansefysicus Carlo Rubbia. Het klinkt alsde oplossing voor zo’n beetje alle na-delen die de huidige generatie kern-reactoren nu nog heeft.
Onderzoekers van de Britse uni-versiteit van Huddersfield zetten on-langs een belangrijke stap in de rich-ting van zo’n droomreactor. Zebouwden een kleine, cirkelvormigedeeltjesversneller, die een stabielestroom van hoog energetische pro-tonen kan afvuren.
Zo’n protonenkanon is nodigom de kernreactie in een Rubbi-atron aan de gang te houden. Ineen gewone kernreactor zet hetsplijten van een uraniumkernweer een andere uraniumkernaan tot splijten zodat er een ket-tingreactie ontstaat. Een Rubbi-atron draait niet op uranium enheeft dus niet zo’n kettingreactie.Hij draait volledig op thorium, eenveel voorkomende grondstof. Op destranden van Australië, Turkije enIndia liggen er tienduizenden ton-nen van voor het oprapen.
Thorium komt in de natuur voorals thorium-232, een isotoop die lichtradioactief is maar niet splijtbaar.Om dat te veranderen is de deeltjes-versneller nodig. De protonen uit deversneller slaan eerst neutronen losuit een stuk lood. Die neutronenbombarderen op hun beurt het tho-rium waardoor (via bètaverval) hetsplijtbare uranium-233 ontstaat. De-ze kunstmatige uraniumsoort levertna splijting van de kern veel minderschadelijke producten op dan bij ge-bruik van licht verrijkt uranium, datvoornamelijk bestaat uit de urani-um-238 isotoop. Daarbij ontstaat hetgevaarlijke plutonium, dat gebruiktkan worden in kernwapens. De reac-tor van een rubbiatron is bovendien‘s u b k r i t i s ch ’; de kernreactie kanzichzelf niet in stand houden en kandus ook niet ontsporen. Zet de deel-tjesversneller uit en de reactie stoptdirect.
Te n t o o n s t e l l i n gOm de aandacht op deze vorm van
schone kernenergie te vestigen heefthet Science Museum in Londen eenvan de magneten van de deeltjesver-sneller, een achthoekig gevaarte meteen doorsnede van slechts een halvemeter, gebruikt voor een kleine ten-toonstelling. ”Voor ons zit het ver-haal vooral in de combinatie vantwee hoogwaardige, bestaande tech-nieken. Die combinatie kan leidentot een sterk verbeterde versie vaneen van die technieken,” vertelt ten-toonstellingmaker David Robertsonin het museum. “Het idee van thori-um als alternatief voor uranium islastig uit te leggen in een beperkteruimte, dus hebben we de tentoon-stelling toegespitst op het herge-bruiken van kernafval. Iedereenweet dat kernafval een probleem is,en een Rubbiatron kan volgens het-
zelfde principe behalve thorium ookbestaand kernafval verstoken.” Eenveelzijdige machine dus, zo’n Rubbi-atron. Rubbia zelf noemde zijn ont-werp een ‘energie -vermenigvuldi-ger’. Er moet een hoop energie in omde deeltjesversneller te laten draai-en, maar als alles goed werkt haal jeer een veelvoud van die energie uit.
Toch kleven er ondanks de techni-sche vooruitgang nogal wat bezwa-ren aan dit type reactor, waarschuwtJan Leen Kloosterman, universitairhoofddocent reactorfysica aan deTechnische Universiteit Delft. “Dekoppeling van een versneller aan eenreactor is niet zo voor de hand lig-gend, omdat je dan een opening inhet reactorvat krijgt. Dat komt deveiligheid van zo’n centrale niet tengoede,” zegt hij.
Ook bij het rendement van de Rub-biatron plaatst Kloosterman vraagte-kens omdat deze ook de elektriciteit
moet genereren om de energieslur-pende deeltjesversneller te compen-seren. De techniek zou volgens hemwel van pas komen bij de destructievan gevaarlijk kernafval. Het is im-mers beter om dat spul met een laagrendement op te stoken dan het dui-zenden jaren lang te moeten opslaan.
“Als je energie wilt opwekken uitthorium heb je zo’n gecombineerdsysteem ook niet nodig”, vervolgtKloosterman. Hij is er groot voor-stander van om thorium als nucleairebrandstof verder te ontwikkelen. Datgebeurt momenteel ook, al is het Wes-ten hierbij enigszins op achterstandgeraakt. Eind oktober is India begon-nen met de bouw van zijn eerste volle-dig door thorium aangedreven kern-centrale. China lanceerde bijna tweejaar geleden al een ambitieus pro-gramma dat binnen enkele decenniatot thoriumreactors moet leiden.
In beide gevallen gaat het echter
niet om Rubbiatrons, maar om zoge-naamde gesmolten-zoutreactoren.In zo’n reactor wordt het thoriumeerst opgelost in gesmolten zout datdaarna door koelkanalen in een blokgrafiet stroomt. Evenals in een Rub-biatron wordt het thorium dan eerstomgezet in uranium-233. Om die re-actie in gang te zetten wordt een heelklein beetje splijtbaar uranium toe-gevoegd. Daarna kan de reactie zich-zelf in stand houden. Ook hier is dusgeen sprake van het opwerken vanuranium-238, en ontstaan geen plu-tonium en andere gevaarlijke stoffenals bijproduct. Omdat de reactieplaatsvindt in het vloeibare zout inplaats van in massieve splijtstaven iser ook geen risico op een meltdown,het smelten van de splijtstaven nahet onverhoopt wegvallen van dekoeling .
Overigens zijn de vele voordelenvan gesmolten-zoutreactoren boven
conventionele uraniumreactorenniets nieuws onder de zon. In de ja-ren zestig is er bij het Oak Ridge Na-tional Laboratory in de VerenigdeStaten al uitgebreid onderzoek naargedaan. Een gesmolten-zout reactorheeft er jaren succesvol energie uitthorium opgewekt. Begin jaren ze-ventig trok de regering-Nixon ech-ter de stekker uit het programma.Het ontbreken van plutoniumpro-ductie betekende dat de reactie nietbijdroeg aan militaire toepassingenin wapentuig. Dat konden de Ameri-kanen zich niet veroorloven, omdatde Sovjet-Unie juist in die jarensteeds meer en sneller kernkoppenbegon te produceren. Daarnaastdwong de oliecrisis van 1973 de VSom in te zetten op kernenergie uithet al veel verder doorontwikkeldeuranium.
Schoon en goedkoopToch is de gesmolten-zoutreactor
nu bezig aan een duidelijke come-back. De VS en China werken zelfs sa-men om een grootschalig thorium-programma neer te zetten. De Chine-zen gaan eerst proberen de oudeAmerikaanse reactor na te bouwenom hem vervolgens te perfectione-ren. Ook in Europa staat thoriumweer volop in de belangstelling vanonderzoeksinstituten. Aan de TUDelft werkt Jan Leen Kloostermaneraan. “Als er voldoende geld be-schikbaar komt zou het schoon engoedkoop opwekken van thorium-energie binnen ongeveer 25 jaar ge-meengoed kunnen zijn,” zegt hij.“Kernfusie, alom geprezen als ener-gievoorziening voor de toekomst,kan uiteindelijk wel eens veel teduur blijken te zijn. Daarom moetenwe tegelijk aan een alternatief wer-ken. Wat mij betreft is dat thorium-energie uit een gesmolten-zoutreac-t o r. ”
Deeltjesversneller EMMA, waarmee de kernreactie in een Britse experimentele thoriumreactor aan degang wordt gehouden. F O T O ’ S S T F C D A R E S B U R Y L A B O R AT O R Y
Alanya, Turkije. Aan stranden in Turkije, Australië en India ligt thorium voor het oprapen. F O T O S T O C K . X C H N G
Magneet van deeltjesversnellerdie nu wordt getoond in het Sci-ence Museum in Londen.
