22/01/25 – Het uitstekend gedocumenteerde ‘Bulletin of Atomic Sciences’ fileert de al te optimistische verwachtingen over Small Modular Reactors (SMR). Dit na o.m. het bericht dat Google een deal zou hebben om stroom te kopen die wordt opgewekt door een vloot van kleine modulaire kernreactoren. Maar de aannemer, startup Kairos Power, zit nog aan de tekentafel om haar conceptuele gesmoltenzoutreactor te designen. Er zullen dus nog heel wat jaren, of decennia, voorbij gaan eer dergelijke SMR eventueel de eerste kWh zal produceren.

Er bestaan meer dan 80 nieuwe ontwerpen van kleine modulaire reactoren en geavanceerde modulaire reactoren, waarvan er verschillende in ontwikkeling zijn door startende en gevestigde aanbieders van nucleaire technologie, aldus het IAEA. Deze ontwerpen variëren in vermogen van 30 tot 300 MW.

Maar een voorlopig onbeantwoorde vraag is hoe het radioactieve afval van deze reactoren zal worden beheerd. Alle kernsplijtingsreactoren genereren radioactief afval, waarvan sommige gedurende vele generaties (tot honderdduizenden jaren) zeer gevaarlijk zijn. Dit geldt zelfs voor die reactortechnologieën die beweren radioactief afval als brandstof te gebruiken. Hoewel actiniden bijvoorbeeld in snelle kweekreactoren kunnen worden verbrand , zullen hun langlevende radioactieve splijtingsproducten als afval achterblijven. Er is ook radioactief afval van de neutronengeactiveerde componenten van de reactor zelf. Bijgevolg is het waarschijnlijk dat lange perioden van tijdelijke opslag en verwerking nodig zijn voordat een dergelijke verbranding kan worden uitgevoerd.

Een bijkomend probleem voor SMR’s is dat de brandstoffen die ze gebruiken vaak ook nieuw zijn, wat betekent dat verbruikt splijtstofafval van deze reactoren onbekend is. Sommige leveranciers van nieuwe nucleaire technologie gaan ervan uit dat radioactief afval van hun reactoren eerst ter plaatse zal worden opgeslagen voor koeling voordat het uiteindelijk wordt opgeslagen in een geologische bergingsfaciliteit.

Maar, een geologische bergingsinstallatie is niet zomaar een gat in de grond waar radioactief materiaal in kan worden gedumpt. De materiële vorm van het afval en de radioactieve eigenschappen ervan – de vervalhitte, versplijting en radionuclideninventaris – vereisen overweging bij het ontwerpen van de lagen barrièrematerialen die zijn ontworpen om het afval te beschermen tegen de ondergrondse omgeving en vice versa. Zo zijn er strikte maximale temperatuurlimieten die het afval niet mag overschrijden; Als de splijtstof niet lang genoeg wordt afgekoeld en de radioactieve vervalwarmte te hoog is, kan dit de technische insluitingslagen beschadigen, met name klei-insluitingsstructuren. Maar het koelen van dergelijk afval voor langere perioden boven de grond kan de commerciële splijtstofstrategieën van bepaalde soorten reactorontwerpen onrendabel maken – en wat is belangrijker voor een investeerder? Een scepticus zou kunnen zeggen dat winstgevendheid het waarschijnlijk zal winnen van wegwerpbaarheid.

Belangrijk is dat het afval zelf moet bestaan uit een passief veilige vorm die niet chemisch of fysisch reageert met grondwater in de stortomgeving. Aan deze eis zal waarschijnlijk gemakkelijk worden voldaan door conventionele keramische uraniumdioxide-brandstof die wordt gebruikt in lichtwaterreactoren en wordt voorgesteld voor veel kleine modulaire reactoren die gebruikmaken van lichtwaterreactortechnologie, zoals de Westinghouse Electric AP300.

Maar dit is niet het geval voor nieuwe soorten splijtstof die worden voorgesteld in veel van de Gen IV geavanceerde modulaire reactorontwerpen, zoals Google’s nieuw gesteunde Kairos Power FHR, die een nieuwe, met koolstof beklede tri-structurele isotrope brandstof gebruikt, of wat bekend staat als “TRISO” -brandstof. In het bijzonder stellen veel van de geavanceerde modulaire reactorontwerpen van Gen IV het gebruik voor van uraniumfluoridehoudende gesmolten zoutbrandstof, metallisch uranium of uranium/plutoniumlegeringen. Deze brandstoffen vereisen chemische omzetting naar een passief veilige afvalvorm, zoals een glas of een keramiek, voordat ze worden weggegooid.

Ondanks meer dan vier decennia van onderzoek blijven dergelijke immobilisatietechnologieën voor dit soort afval onvolwassen. De oplosbaarheid van radioactief besmette zouten in conventionele splijtstofglazen is bijvoorbeeld extreem laag. Bijgevolg zou de totale afvalbelasting ook zeer laag zijn, wat zou leiden tot een grote hoeveelheid afvalproducten voor opslag en uiteindelijke verwijdering. Tenslotte zijn er grenzen aan de omvang van het afvalpakket dat in een geologische bergingsinstallatie kan worden gestort, om praktische transport- en ondergrondse operationele redenen, die ontwerpen die voorzien in de verwijdering van volledige reactorkernen waarschijnlijk uitsluiten.

(Alex Polfliet)

Bron: Bulletin of Atomic Sciences, 13/01/25