In deze blogpost wordt uitgelegd waarom decontaminatietechnologie wordt beschouwd als de meest cruciale stap in het ontmantelingsproces van verouderde kerncentrales. Er wordt ingegaan op de principes van stralingsverwijdering en de technische uitdagingen die daarbij komen kijken, en de essentiële voorwaarden voor veilige ontmanteling worden geschetst.
Op 19 juni 2017 werd Unit 1 van de kerncentrale Kori in Zuid-Korea definitief gestaakt. Gori Unit 1, dat 40 jaar in bedrijf was, kampte met meerdere incidenten, waaronder een volledige stroomuitval in februari 2012. Deze gevallen vormden cruciaal bewijs voor het argument voor het sluiten en ontmantelen van verouderde kerncentrales. Nu de activiteiten zijn gestaakt, begint Gori Unit 1 aan het ontmantelingsproces, dat minstens 30 jaar zal duren voordat de locatie is hersteld. De ontmanteling van kerncentrales verwijst naar het proces van het veilig en economisch omgaan met verschillende soorten nucleaire faciliteiten die het einde van hun operationele levensduur hebben bereikt. Omdat de werkzaamheden moeten worden uitgevoerd onder omstandigheden met blootstelling aan straling, vereist nucleaire ontmanteling technologie die meerdere disciplines integreert, zoals chemie, stralingstechnologie en werktuigbouwkunde. Deze blogpost is bedoeld om de strategieën en processen van nucleaire ontmanteling uit te leggen, evenals de toekomst van nucleaire ontmantelingstechnologie.
Strategieën voor de ontmanteling van kerncentrales worden bepaald op basis van regionale technische en beleidsvariabelen. Ze worden grofweg onderverdeeld in onmiddellijke ontmanteling en uitgestelde ontmanteling, gebaseerd op de wachttijd voordat de ontmanteling begint. Bij onmiddellijke ontmanteling wordt gewacht tot de stralingsniveaus in de gebouwen en op het terrein onder een bepaalde drempelwaarde dalen voordat met de ontmanteling wordt begonnen. Deze strategie maakt ontmanteling binnen een relatief korte periode van ongeveer 15 jaar mogelijk en vergemakkelijkt daarna het herstel van de omgeving. Er is echter kritiek op de strategie vanwege het hoge risico op blootstelling aan straling, aangezien de werkzaamheden moeten doorgaan terwijl er nog radioactiviteit aanwezig is, en vanwege de productie van grote hoeveelheden radioactief afval. Uitgestelde ontmanteling daarentegen houdt in dat wordt gewacht tot radioactief materiaal op natuurlijke wijze vervalt voordat met de ontmanteling wordt begonnen. Het beheer van de faciliteit tijdens het wachten op het verval van radioactief materiaal duurt ongeveer 60 jaar, terwijl het afdichten van de faciliteit met betonconstructies meer dan 100 jaar duurt. Hoewel het proces van langdurige decontaminatie de risico's van blootstelling aan straling en de productie van afval vermindert, kent het beperkingen: hoge voortdurende beheerskosten en moeilijkheden bij het herstel van het milieu na de ontmanteling en het hergebruik van de locatie.
De ontmanteling van kerncentrales omvat zes fasen: stillegging, voorbereiding op ontmanteling, decontaminatie, ontmanteling, afvalverwerking en milieuherstel. De kernprocessen zijn decontaminatie en ontmanteling, waarbij straling uit de kerncentrale wordt verwijderd. Decontaminatie is een technologie die selectief alleen de met straling besmette delen verwijdert; de hoeveelheid radioactief afval kan worden verminderd, afhankelijk van de toegepaste decontaminatietechnologie. Belangrijke decontaminatiedoelen zijn verouderde koelwaterleidingen en de dunne, harde oxidefilm van enkele micrometers (μm) dik die zich vormt op het oppervlak van verbruikte splijtstof. Deze oxidefilm bevat diverse verontreinigingen, waaronder radioactief kobalt dat uit de splijtstof is gelekt. Om dit materiaal, dat moeilijk direct door mens of machine te verwijderen is, te verwijderen, zijn verschillende decontaminatietechnologieën ontwikkeld. Representatieve methoden zijn onder andere het afwisselend injecteren van oplossingen met reductiemiddelen en oxidatiemiddelen om vaten en leidingen te reinigen, of het sproeien van water onder hoge druk in de faciliteit om oppervlakken te ablateren. Er wordt ook onderzoek gedaan naar het verbeteren van de efficiëntie van het ontsmetten met behulp van ontsmettingsoplossingen in schuimvorm. Deze hebben een groter oppervlak dan vloeistoffen.
Ontmanteling is het proces van het snijden en ontmantelen van de gehele installatie na decontaminatie. Het meest uitdagende onderdeel in dit proces is verbruikte splijtstof. Reactoren zijn moeilijk volledig te decontamineren en de splijtstof zelf zendt sterke straling uit, waardoor een omgeving ontstaat waarin menselijke werknemers de ontmantelingstaken niet direct kunnen uitvoeren. Daarom worden menselijke werknemers vervangen door robotarmen bij de ontmanteling. Werknemers openen het deksel van de reactor, plaatsen een robotarm die aan een kraan is bevestigd en sluiten deze vervolgens af. De robotarm snijdt nauwkeurig alleen de besmette delen, plaatst ze in containers en transporteert ze na voltooiing van de werkzaamheden naar een verwerkingsfaciliteit voor radioactief afval. Robots voor de ontmanteling van kerncentrales moeten stabiel werken onder zware omstandigheden, zoals blootstelling aan straling. Omdat ze met radioactief materiaal werken, zijn nauwkeurige bedieningsmogelijkheden op afstand essentieel. In Korea ontwikkelt het Korea Atomic Energy Research Institute (KAERI) een snijrobot voor de ontmanteling van Unit 1 van de kerncentrale Gori, terwijl het Ulsan National Institute of Science and Technology (UNIST) ook plannen heeft aangekondigd voor de ontwikkeling van robots voor de ontmanteling van kerncentrales. De robot die KAERI ontwikkelt, is met name ontworpen om reactorinspecties uit te voeren tijdens de operationele fase van de centrale en zal tijdens de ontmantelingsfase worden uitgerust met armen die kunnen snijden en lassen.
De berging van radioactief afval dat overblijft na ontmanteling is een andere belangrijke uitdaging. Radioactief afval wordt geclassificeerd als laagradioactief of hoogradioactief op basis van de radioactiviteitsconcentratie. Laagradioactief afval kan worden samengeperst, gestold in cement en enkele meters onder de grond worden begraven. Het probleem ligt echter bij hoogradioactief afval. Het meeste hoogradioactief afval bestaat uit verglaasd vast afval dat ontstaat tijdens de opwerking van verbruikte splijtstof. De technologie voor volledige berging is nog niet ontwikkeld. De meest realistische methode omvat het begraven van het afval in diepe geologische formaties, minstens 300 meter onder de grond, en het plaatsen van betonnen wanden om stralingslekkage te voorkomen. Ook dit wordt echter nog niet als een complete oplossing beschouwd vanwege problemen zoals ontoereikende criteria voor de selectie van bergingslocaties.
Radioactief afval beperkt zich niet tot vaste stoffen. Zoals te zien is bij de kernramp in Fukushima, kunnen er ook grote hoeveelheden besmet water met radioactieve stoffen ontstaan. In Fukushima zijn zuiveringsinstallaties in bedrijf die radioactieve stoffen scheiden door het besmette water door sterk absorberende zeoliet te leiden. Deze methode verwijdert echter geen radioactieve stoffen; in plaats daarvan hoopt het zich op in de filters of waterwegen van de installatie, wat uiteindelijk nieuw radioactief afval oplevert. In 2017 ontwikkelde het Korea Atomic Energy Research Institute een technologie om radioactief besmet water te zuiveren met behulp van micro-organismen. Deze technologie omvat het introduceren van stralingsbestendige micro-organismen in het besmette water. Door middel van biologische sulfidatiereacties wordt radioactief cesium omgezet in kristallijne vorm en slaat het neer. Het wordt beschouwd als een milieuvriendelijke technologie omdat het cesium, dat over het algemeen moeilijk neer te slaan is, effectief verwijdert zonder extra afval te genereren.
Volgens het Nuclear Safety and Information Center zal de operationele levensduur van twaalf Koreaanse kernreactoren, waaronder Gori Unit 1, naar verwachting in 2030 aflopen. Naarmate het aantal verouderde reactoren toeneemt, zal de vraag naar en de noodzaak van technologie voor nucleaire ontmanteling aanzienlijk toenemen. Niet alleen Korea, maar ook landen die sterk afhankelijk zijn van kernenergie, zoals Frankrijk, het VK en de VS, worden geconfronteerd met toenemende lasten door verouderde reactoren. In tegenstelling tot Korea, waar de institutionele basis nog niet volledig is gelegd, hebben deze landen echter al beleid en technologieën ontwikkeld voor nucleaire ontmanteling. Representatieve modellen zijn onder andere de door de overheid geleide aanpak (Frankrijk, VK), waarbij de overheid het voortouw neemt in ontmantelingsprojecten, en de door de private sector geleide aanpak (VS, Duitsland), waarbij private bedrijven de ontmanteling leiden, terwijl de overheid de regelgeving, het beheer en het toezicht verzorgt.
Het ontwikkelen van technologie voor nucleaire ontmanteling is verre van eenvoudig. Het vereist een complexe integratie van technologieën uit diverse sectoren en verloopt gefaseerd over tientallen jaren. Om de verouderde Koreaanse kerncentrales veilig te ontmantelen en bovendien bij te dragen aan de wereldwijde uitdaging van nucleaire ontmanteling, zijn continue ontwikkeling en investeringen in deze technologie essentieel.
