You are here

Berging staven Fukushima reactor 4: gevaarlijke klus

Submitted by WISE on Tue, 12/11/2013 - 23:17

(12 november 2013) Al weken wordt het internet, ook op journalistieke platforms, vervuild met verontrustende berichten over de bergingsoperatie van de splijtstofstaven van de Japanse kerncentrale Fukushima-4. Als de operatie die voor later deze maand is gepland mislukt zou er zoveel radioactiviteit vrijkomen dat alle leven wordt weggevaagd. Deze berichten zijn echter niet op toetsbare feiten gebaseerd. 

Op 11 maart 2011 werden de kerncentrales bij Fukushima Dai-ichi verwoest. De kern van drie van de vier eenheden is gesmolten en dit veroorzaakte een omvangrijke radioactieve lozing. Ook in Nederland kwam er radioactiviteit terecht, in de periode van 23 maart tot eind april 2011. 
Het ontmantelen van de verwoeste centrales gaat decennia duren, domweg omdat het razend ingewikkeld is om in een (hoog)radioactieve complexe infrastructuur te werken. Japan begint deze maand aan misschien wel de meest ingewikkelde klus; het verwijderen van brandstof uit reactor 4. Op dit moment gaan daarover de meest huiveringwekkend verhalen rond. Een veel geciteerd doemscenario gaat er van uit dat alle in de brandstof aanwezige cesium vrijkomt als de bergingsoperatie mislukt. Dan zou het gaan om 85 keer meer cesium dan er door de ramp in Tsjernobyl in 1986 werd geloosd. In Tsjernobyl is tussen de 13 en de 30% van het aanwezige cesium vrijgekomen. Verspreiding over een groot gebied werd vooral mogelijk door de felle en langdurige brand. Bij de smelting van de kern van drie Fukushima-reactoren gaat het om 2% van het aanwezige cesium en bij andere ernstige ongelukken - zoals Harrisburg in maart 1979 -  om nog minder. De kans dat de volledige inhoud van de  splijtstofelementen van reactor vier verbrandt en zich verspreidt is heel klein. De regio heeft wel een groot probleem. Het bergen van de staven is ongekend moeilijk en risicovol.

Reactor 4 in Fukushima is een speciaal geval: ten tijde van de ramp in maart 2011 lag de centrale stil. Alle 1231 gebruikte brandstofelementen lagen in het opslagbassin naast het reactorvat, evenals 204 verse brandstofelementen die ingebracht zouden worden als de centrale weer zou opstarten. Deze brandstof is niet gesmolten.
De brandstofelementen zijn 4 meter lang, vuistdik, wegen elk 300 kilo en staan in rekken, als het ware grote bierkratten, maar dan vier meter hoog en met brandstofelementen in plaats van bierflessen. In maart 2011 werden de rekken flink door elkaar geschud waardoor ze mogelijk gebutst of gedeukt zijn. De grote vraag is nu of de brandstofelementen er onbeschadigd uitgehaald kunnen worden. De staven zijn allemaal hoogactief en moeten met de grootst mogelijke zorg worden behandeld. Tepco, de eigenaar van de rampreactoren, heeft ter voorbereiding van het karwei een luchtdichte structuur om eenheid-4 gebouwd, als eerste bescherming voor het geval het misgaat. Om te oefenen zijn er twee verse brandstofelementen uit het opslagbassin getild. Deze zijn veel minder gevaarlijk, want nog niet intensief stralend. Dat ging zonder problemen. Het verplaatsen van deze staven gebeurt normaal met een computergestuurd systeem dat tot op een honderdste millimeter nauwkeurig moet zijn. Dat systeem was ook kapotgegaan en is inmiddels vervangen. Tepco gaat binnenkort beginnen met het uit de rekken takelen van de gebruikte brandstofelementen en hoopt dat ze niet beschadigd zijn, blijven steken of breken. Als alles goed gaat is deze operatie eind 2014 klaar. De elementen gaan dan naar een tijdelijke opslag voor gebruikte brandstof, elders. 

De eerste berichten over een dreigende ramp met eenheid-4 verschenen in 2012. Mitsuhei Murata, de voormalige Japanse ambassadeur in Zwitserland, schreef aan VN secretaris-generaal Ban Ki-moon een brief waarin hij waarschuwde dat de hele wereld radioactief besmet zou worden als reactor-4 van Fukushima Dai-ichi instort. In een op 22 maart 2012 gehouden toespraak voor een comité van de Japanse Eerste Kamer sprak Murata van 'een wereldwijde ramp zoals we nog nooit eerder hebben meegemaakt.' 
Waar baseert Murata zich op? Hij heeft laten uitrekenen hoeveel cesium-137 er in de 1231 gebruikte brandstofelementen van eenheid-4 zit. Daar telt hij de inhoud van staven in een heel ander bassin (centrale tijdelijke opslag bij Fukushima met 6375 brandstofelementen) bij op en zo komt hij op het getal van 85 keer de hoeveelheid die bij Tsjernobyl is vrijgekomen. Dit is een eigen leven gaan leiden. Je kunt deze twee groepen brandstofstaven niet bij elkaar optellen. Bovendien is het niet realistisch dat zelfs alleen de brandstofelementen van reactor 4 tegelijk zouden smelten. Het bergen van deze brandstofelementen gebeurt namelijk één voor één. Een element bevat ongeveer 1% van het cesium dat bij Tsjernobyl vrijkwam. Als het breekt kan er naar schatting 0,3%  van wat er in Tsjernobyl aan cesium is geloosd vrijkomen. Er kunnen natuurlijk meerdere brandstofelementen breken. Dat is ernstig voor de omgeving. Niet voor niets stelde de voorzitter van de Japanse toezichthouder NRA, Shunichi Tanaka,  op 4 november 2013 dat het gaat om de tot nu toe meest riskante operatie bij Fukushima. 
Tepco zegt alles onder controle te hebben maar dat is na jaren van geklungel en mismanagement niet meer overtuigend.
De komende weken worden spannend. De wereld zal niet ten onder gaan. Maar een ongeluk dat Japan en de oceaan nog meer besmet is al erg genoeg. 

Na het verongelukken van de kerncentrale moet de gesmolten kern van de eenheden -1, -2 en -3 zeven jaar gekoeld worden. Dit radioactief besmette koelwater wordt opgevangen. Een deel komt in de bodem terecht. Om te voorkomen dat het in de oceaan komt, wil de Japanse regering de bodem bevriezen. 

Tepco heeft, gebruik makend van de nieuwste Japanse, Amerikaanse en Franse zuiveringstechnologie, installaties gebouwd om radioactieve stoffen als cesium uit het opgevangen koelwater te halen. Het afgescheiden cesium gaat naar een opslaggebouw.  
Het radioactieve tritium blijft echter in het behandelde koelwater aanwezig en mag volgens de wet niet in de oceaan geloosd worden. Daarom heeft Tepco 350 tanks neergezet bij de kerncentrale met elk een capaciteit van 1000 m3. Volgens een rapport van Tepco van 13 september 2013, zijn nu ongeveer 300 tanks vol en in 2016 is een opslagcapaciteit van 800.000 m3 nodig. Een belangrijke onderzoeksvraag daarbij is de integriteit van de tanks op de lange termijn, omdat het gaat om zout koelwater dat de tanks kan aantasten. Recentelijk was er veel verontrusting over lekkage van drie van deze tanks. Het gaat hier om tanks die aanvankelijk op een andere plek stonden. Daar verzakte de bodem, waarop de tanks werden afgebroken en daarna weer in elkaar gezet. Onlangs heeft Tepco besloten om de controle van de 300 opgestelde opslagtanks te verbeteren. En wordt meetapparatuur aangebracht in alle tanks. Daarnaast neemt Tepco 30 controleurs in dienst die vier keer per dag alle tanks langs gaan en controleren op lekkage. 
Voor de extra tanks komt er een speciaal opslagterrein bij de kerncentrales. Er zijn al provisorische opslaggebouwen voor vast afval met een hoge stralingsdosis. Over dit afval heeft men zandzakken gelegd om blootstelling van de werknemers op deze locaties zo laag mogelijk te houden. 

Gevaarlijke gebruikte brandstofelementen 
Zoals hierboven gezegd wordt het koelwater besmet door de radioactieve, gebruikte uranium-brandstofelementen in de drie verongelukte kerncentrales. Op het moment van het ongeluk bevonden zich 292 brandstofelementen in het reactorvat van eenheid-1; bij eenheid-2 ging het om 587 en bij eenheid-3 om 514 brandstofelementen. Deze zijn allemaal gesmolten. 
Vlak naast eenheid-4 staat ook een centrale opslaghal voor gebruikte brandstofelementen van alle Fukushima-centrales, ook in de periode voor 2011. Deze hal bevat 6375 gebruikte elementen en werd in maart 2011 niet beschadigd. De gebruikte brandstofelementen die gesmolten zijn vormen de kern van het probleem.

Opruimen via robots
Bij de drie gesmolten reactoren zijn meer veiligheidsvoorzieningen nodig dan bij eenheid-4. Om te beginnen moet het reactorvat met behulp van robots, camera’s en stralingsmeters onderzocht worden op lekkages, die gedicht moeten worden. Daarna wordt het reactorvat met water gevuld en gaat het deksel eraf om de toestand van de gesmolten kern te onderzoeken. Bij het verwijderen van de reactorkern staan volgens Tepco zorgvuldigheid en veiligheid voorop, waardoor dit naar schatting 25 jaar zal duren.  De resten van de gesmolten brandstofelementen gaan naar een speciaal gebouwde bovengrondse opslagplaats.  Daarna kan de afbraak van de kerncentrales beginnen. Volgens Tepco duurt dit nog zeker 30 tot 40 jaar. Naar verwachting zijn de resten van het ongeluk te Fukushima derhalve rond 2050 opgeruimd. 

Tijdelijke bovengrondse opslag radioactieve resten
Door het ongeluk zijn extra bovengrondse opslaggebouwen nodig. Dat maakt het zoeken naar een eindberging van het radioactieve afval des te nijpender. Japan heeft vanaf 1995 tijdelijke bovengrondse opslagplaatsen bij Rokkasho-mura, waar ook een opwerkingsfabriek gebouwd wordt. Daar is ruimte voor 3200 vaten hoogradioactief afval die vanuit Frankrijk en Engeland naar Japan zijn of worden gestuurd na opwerking van gebruikte Japanse brandstofelementen. Eveneens bij  Rokkasho-mura staat een grote bovengrondse opslagplaats voor laagradioactief afval. Er loopt een vergunning om deze opslagplaats uit te breiden en tevens middelradioactief afval toe te laten dat vanaf 2013 terugkomt van de opwerkingsfabriek in Frankrijk. 

Geen zicht op uiteindelijke opslag radioactieve resten
Voor de definitieve berging heeft het Japanse parlement in mei 2000 een wet aangenomen met als uitgangspunt de berging in geologische structuren. De regering gaf daarop vergunningen voor onderzoekslaboratoria in diep gelegen stollingsgesteente bij Hokkaido en bij Toki. Eind vorig jaar was er bij Toki een schacht van 500 meter diepte aangelegd, van waaruit gangen gegraven gaan worden voor het onderzoek.  
Om deze berging te realiseren is een organisatie in het leven geroepen: Nuclear Waste Management Organisation (NUMO) voor de keuze van opslaglocaties, de opslagtechnologie, de bouw en de exploitatie van de eindberging. De wet schrijft voor dat de opslagmijn de 40.000 vaten hoogradioactief afval kan bevatten, die alle Japanse kerncentrales naar schatting tijdens hun levensduur zouden produceren. Na 50 jaar monitoring zou de opslagmijn gesloten moeten worden. De aanleg en berging gaan omgerekend 23 miljard euro kosten. 
NUMO nodigde  in 2002 per brief alle 3200 gemeenteraden uit mee te doen aan een procedure om na gedetailleerd onderzoek de beste opberging te vinden. In het jaar 2030 wordt één locatie gekozen, waar het eerste vat met kernafval vanaf 2035 de opslagmijn in gaat. 
Omdat niemand zich aanmeldde bepaalde het parlement in 2007 bij wet dat de regering  het vertrouwen van de bevolking moet winnen, omdat de toekomst van kernenergie afhangt van het realiseren van een eindberging. Daarop loofde de regering een beloning uit van omgerekend 15 miljoen euro per gemeente die mee wilde doen aan onderzoek. 
De burgemeester van Toyo in het district Kochi reageerde als enige, maar zag er na lokaal protest weer van af. Tot nu toe heeft zich geen andere gemeente gemeld, zo blijkt uit de website van NUMO. Of er tijdig een eindberging gerealiseerd wordt voor onder meer het kernafval van Fukushima is derhalve onbekend. 

Bron:

Herman Damveld

Gebruikte literatuur:

http://www.meti.go.jp/english/press/2013/0627_01.html, 14 augustus 2013. 

http://www.tepco.co.jp/en/nu/fukushima-np/handouts/2013/images/handouts_..., 13 september 2013. 

http://photo.tepco.co.jp/en/date/2013/201310-e/131030-02e.html 

http://www.spiegel.de/wissenschaft/natur/fukushima-stilllegung-der-atomr..., 7 november 2013. 
http://xandernieuws.punt.nl/content/2012/04/japanse-diplomaat-instorten-...

http://akiomatsumura.com/2012/04/682.html

http://www.duurzaamnieuws.nl/als-reactor-4-in-fukushima-instort-wordt-le... , 3 oktober 2013. 

http://enenews.com/warning-from-japans-top-nuclear-official-i-am-much-mo... http://enenews.com/top-hong-kong-newspaper-fukushima-is-a-global-threat-... http://enenews.com/nuclear-expert-fuel-rods-in-unit-4-may-not-be-properl... http://enenews.com/top-scientist-fukushima-is-the-most-terrifying-situat...

A. Stohl, P. Seibert, G. Wotawa, D. Arnold, J. F. Burkhart, S. Eckhardt, C. Tapia, A. Vargas, and
T. J. Yasunari, “Xenon-133 and caesium-137 releases into the atmosphere from the Fukushima Dai-ichi nuclear power plant: determination of the source term, atmospheric dispersion, and deposition; geloosd aan cesium-137 3,66x1016 Becquerel.  
http://www.atmos-chem-phys.net/12/2313/2012/acp-12-2313-2012.pdf, 1 maart  2012, p 2313-2343.

Steven C. Sholly, Senior Scientist, Institute of Safety and Risk Sciences, 1 Jahr nach Fukushima Symposium zum 1. Jahrestag der Reaktorkatastrophe: 
http://www.risk.boku.ac.at/WP/wp-content/uploads/2012/03/Vortrag_Sholly....

Management of Spent Fuel and Radioactive Waste, State of Affairs, a worldwide overview, April 2012, Nuclear Monitor, WISE; http://www.co2ntramine.nl/nergens-eindberging-radioactief-afval/ 

A.J. van  Loon (red), “De kernsmeltingsongevallen bij Tsjernobyl en Harrisburg: lessen voor de veiligheid”, KEMA, 1987,  p. 114;  Tsjernobyl: kerninhoud cesium-137 was 2,9x1017 Bequerel (Bq) en geloosd 13%, dwz 3,77x1016  Bq.
http://library.tue.nl/catalog/FullBB.csp?WebAction=ShowFullBB&RequestId=... .

R. Lange, M. H. Dickerson, and P. H. Gudiksen, “Dose Estimates from the Chernobyl Accident”, invited paper was prepared for presentation at the American Nuclear Society 1987 Winter Meeting, November 15-19 in Los Angeles, California: er is 8.9 x 1016 Bq cesium-137 vrijgekomen. 
http://www.acamedia.info/sciences/J_G/references/lange_et_al.pdf 

J. Brandt, J. H. Christensen, and L. M. Frohn, Modelling transport and deposition of caesium and iodine from the
Chernobyl accident using the DREAM model: the total emission of 137Cs during the release, was estimated to 8,5 × 1016 Bq, corresponding to 30% of the total core inventory;
http://www.atmos-chem-phys.net/2/397/2002/acp-2-397-2002.pdf, 17 december 2002. 

Frankfurter Rundschau,”Kritische Bergung in Fukushima”,  4 november 2013. 

http://www.rivm.nl/Documenten_en_publicaties/Wetenschappelijk/Rapporten/... na de lente van 2011  is er in Nederland geen radioactiviteit van Fukushima meer gemeten (email Harald Wychgel, Woordvoerder RIVM aan Herman Damveld van 5 november 2013).