Kerncentrale

Uit Wikipedia, de vrije encyclopedie
Ga naar: navigatie, zoeken
Kerncentrale in Frankrijk te Civaux, Vienne. Een koeltoren en twee koepels van reactoren zijn zichtbaar vanaf het parkeerterrein.
Overzicht van de kerncentrales in de wereld

Een kerncentrale is een elektriciteitscentrale die elektriciteit opwekt met de energie die vrijkomt bij kernsplijting. Net zoals bij gewone elektriciteitscentrale wordt met deze splijtingswarmte stoom opgewerkt die een turbine aandrijft. De mechanische energie in deze turbine wordt dan via een alternator omgezet in elektrische energie.

Een kerncentrale is opgebouwd uit verschillende kernreactoren bestaande uit verschillende treinen. Er bestaan kernreactoren van een paar megawatt tot 1500 megawatt.

Begin juli 2013 zijn er 427 kernreactoren in exploitatie in 31 verschillende landen ter wereld. Hiervan zijn er een honderdtal in de VS en 58 in Frankrijk. Het totale geïnstalleerde vermogen is 364 gigawatt. In 2012 was ongeveer 10% van de mondiale elektriciteitsproductie van nucleaire oorsprong.

Principe[bewerken]

In een kerncentrale maakt men gebruik van de 'brandstof' uranium (vaak aangevuld met plutonium, hetzij gevormd in de reactor zelf door uranium-238, hetzij in de vorm van MOX-brandstof waarin plutonium is gerecycleerd) om warmte te genereren. Hiermee produceert men stoom om via een turbine een elektrische generator aan te drijven. Bij het splijten van uranium komt een grote hoeveelheid warmte vrij. Dit splijtingsproces vindt plaats in de kernreactor van de centrale. Voor het splijtingsproces in een kernreactor wordt meestal een specifieke isotoop van uranium gebruikt: uranium-235. In natuurlijk uranium zit gemiddeld 0,7% van dit uranium-235. De meeste kernreactoren hebben uranium nodig waarin minstens drie procent uranium-235 aanwezig is. De tussenstap die hiervoor nodig is, heet verrijking. Het is ook mogelijk om uranium-238, plutonium of thorium te splijten.

Het verrijkte uranium, waarin veelal nog meer dan 95 procent uranium-238 zit, komt in dichtgelaste staven in de reactor. Dit zijn de zogenoemde splijtstofstaven. De atoomkern van uranium-235 kan gemakkelijk worden gespleten wanneer het een neutron absorbeert. Het atoom valt uit elkaar in brokstukken (splijtingsproducten) en zendt daarbij ook neutronen uit. De neutronen kunnen bij een ander atoom uranium-235 een nieuwe kernsplijting veroorzaken. Daarbij ontstaan opnieuw warmte en enkele neutronen, die elk weer een nieuw atoom kunnen raken. Zo ontstaat een kettingreactie. Alle splijtingen samen zorgen ervoor dat een kerncentrale kan draaien.

De term 'thermische' centrale of 'thermische' reactor slaat niet op het feit dat elektriciteit uit warmte wordt geproduceerd, maar op de thermische neutronen. Deze term impliceert dat de neutronen in de reactor worden afgeremd totdat ze kunnen worden opgevangen door de U-235 atoomkernen in de brandstofstaven. Dit afremmen gebeurt door een zogenaamde moderator. Een moderator is bij voorkeur een stof die bestaat uit lichte atomen, zoals water, zwaar water of koolstof (grafiet). Doordat de neutronen tegen deze lichte atomen botsen, remmen ze af van ongeveer 10% van de lichtsnelheid tot een paar kilometer per seconde. Deze 'langzame' neutronen hebben een snelheidsverdeling die meer lijkt op de 'thermische' Maxwellverdeling. De U-235 atoomkernen kunnen de snelle neutronen niet opvangen; de langzame worden wel opgevangen, en zorgen dat de U-235 atomen splijten. Een thermische reactor draait dus voornamelijk op direct splijtbare atomen als brandstof. Om ook U-238 (efficiënt) als brandstof te gebruiken is een 'snelle' reactor nodig, waarbij de snelle neutronen worden ingevangen in het U-238 om de eveneens splijtbare isotoop plutonium-239 te vormen.

Net zoals andere thermische elektriciteitscentrales, hebben kerncentrales koeling nodig. Omdat er voor de veiligheid twee gescheiden koelsystemen zijn (het primaire systeem dat de reactor koelt en het secundaire systeem dat op het buitenwater loost), is er echter voor kerncentrales naar verhouding meer koeling nodig in vergelijking met reguliere thermische centrales. Dit vanwege het warmteverlies.

Geschiedenis[bewerken]

Bouw van de kern van de B-Reactor te Hanford tijdens het Manhattanproject.
De eerste gloeilampen die op elektriciteit van de kerncentrale EBR-1 (nu Idaho National Laboratory) brandden.
De kerncentrale van 1957 te Shippingport, Pennsylvania was de eerste commerciële reactor in de VS.

De eerste kernreactor was de Chicago Pile-1 onder een stadion in Chicago die kritisch werd (met een beheerste doorlopende kettingreactie werkte) op 2 december 1942. Deze reactor ging deel uitmaken van het Manhattanproject, waarvoor grotere kernreactoren gebouwd werden te Hanford (Washington) en Oak Ridge (Tennessee) en Argonne National Laboratory in de VS om onder meer plutonium voor kernwapens te produceren.

In een experimentele reactor in Idaho (Verenigde Staten van Amerika) werd op 20 december 1951 voor het eerst elektriciteit opgewekt met kernenergie. De eerste kerncentrale die elektriciteit aan het net leverde werd op 27 juni 1954 in dienst genomen in Obninsk in de toenmalige RSFSR van de Sovjet-Unie: hij produceerde 5 MW. Maar de eerste commerciële reactor ter wereld was die van Calder Hall in Sellafield, Engeland met een vermogen van 50 MW bij de opening in 1956 (later 200 MW).

Gevaren[bewerken]

Het grootste risico van een kerncentrale is het vrijkomen van radioactief materiaal uit een kernreactor, waarbij de gezondheid van grote aantallen mensen en dieren in een aanzienlijk gebied rond de kerncentrale in gevaar komt. De straling kan vrijkomen als gevolg van een oververhitting in de vitale delen van een reactor of bij beschadiging van de reactor. De uitstoot tijdens normaal bedrijf, via de ventilatieschacht van het reactorgebouw en het koelwater, zijn beperkt[1].

Nadat een lading kernbrandstof "op" is gebrand, is ze nog langere tijd "heet" (hoog radioactief). De brandstof wordt daarom eerst een periode - meestal een aantal jaar - in een grote waterbak opgeslagen. Daar wordt de straling geabsorbeerd en de warmte die door het radioactieve verval wordt geproduceerd, afgevoerd. Na verloop van tijd neemt de activiteit van de oude brandstofelementen af, zodat ze droog kunnen worden opgeslagen. Deze brandstofelementen zijn dan echter nog steeds hoog radioactief, en moeten dan ook voor vele duizenden jaren uit het milieu gehouden worden. In verschillende landen worden dergelijke gebruikte splijtstofelementen opgewerkt: de bruikbare isotopen worden eruit gehaald om nieuwe splijtstofelementen te fabriceren. Wat overblijft, zijn verschillende soorten radioactief afval. In veel landen is er nog geen definitieve opslagplaats voor dit radioactieve afval. Sommige radio-isotopen die als radioactief afval worden betiteld, kunnen in snelle reactoren worden gebruikt als "brandstof", wat hun statuut als afval in vraag stelt.

De belangrijkste ongelukken met kerncentrales zijn:

  • 1979 - Verenigde Staten: Kernongeluk van Three Mile Island (volgens officiële verklaringen geen slachtoffers)
  • 1986 - Sovjet-Unie: Kernramp van Tsjernobyl (2 mensen stierven tijdens het ongeval, 29 enkele dagen later in het hospitaal. Het aantal indirecte doden als gevolg van straling is onduidelijk. 28 gevallen van acute straling en 15 kinderen die stierven aan schildklierkanker zijn duidelijk vastgesteld.[2])
  • 2011 - Japan: Kernramp van Fukushima (vooralsnog geen slachtoffers onder de bevolking)

Onderdelen van een kerncentrale[bewerken]

Een kerncentralepark bevat alle faciliteiten nodig voor de productie van elektriciteit. De meeste centrales bestaan uit meerdere units, die al dan niet identiek zijn. Zo bestaat de Kerncentrale van Doel uit twee (tweeling)units van 433 MW elk, en twee units van ca. 1000 MW elk. Elke unit is dan weer opgebouwd uit 3 à 4 verschillende treinen die onafhankelijk van elkaar kunnen werken.

De kerncentrales in België omvatten de volgende faciliteiten:

  • het reactorgebouw: dubbelwandig gebouw dat de kernreactor bevat en daarnaast het drukregelvat die de druk in het primaire circuit controleert, het primaire circuit, de stoomgenerator die de overgang vormt tussen het primaire en secundaire circuit, de primaire pomp die het koelmiddel doet circuleren, en een deel van het secundaire circuit.
  • het splijtstoffengebouw voor de opslag van splijtstofelementen kern tijdens de revisies (elke 12 tot 18 maanden wordt 1/3 van de splijtstof vervangen) en voor het afkoelen van gebruikte kernbrandstof. De brandstof wordt onder water opgeslagen .
  • de machinezaal met stoomturbines, alternatoren en condensatoren;
  • exploitatiegebouwen (controlezaal, bedrijfskamer, magazijnen, werkplaats);
  • gebouwen voor gas-, water- en afvalbehandeling;
  • onderstations die de aansluiting verzekeren op het elektrisch net (150 kV en 380 kV);
  • waterinlaat en koeltorens voor de koeling;
  • gebouwen voor de hulpdiensten zoals brandweer, elektrische, mechanische en nucleaire hulpdiensten;
  • gebouwen met installaties voor noodsituaties, zoals het gebouw waterstofrecombinatie, noodkoelvijvers, dieselgroepen en nooddieselgroepen, noodcontrolezaal, noodbedrijfskamer en noodplankamer;
  • algemene gebouwen zoals het ontvangstgebouw, administratief gebouw, toegangsgebouw, guesthouse.

Nucleaire installaties[bewerken]

Het begrip "nucleaire installatie" omvat meer dan enkel kerncentrales of kernreactoren. Alle instituten waaraan op grond van de Kernenergiewet een vergunning is verleend, vallen onder het begrip "nucleaire installatie". Dat kunnen bijvoorbeeld onderzoekslaboratoria, opwerkingsfabrieken of verrijkingsinstallaties zijn. Bij wet zijn de vergunningshouders verplicht ongelukken en "incidenten" met radioactief materiaal te melden bij de bevoegde overheid.

België[bewerken]

Koeltoren van de Kerncentrale van Doel

België is zeer actief op kernenergiegebied mede vanwege zijn banden met de voormalige kolonie Belgisch-Kongo, dat uraniummijnen had. Ook het uranium voor de eerste Amerikaanse atoombom op Hiroshima, Little Boy, was afkomstig uit Belgisch Congo.[3]

Plannen om een achtste reactor te bouwen werden in de jaren tachtig afgeblazen. Electrabel en SPE namen samen een belang van 25% in kerncentrale Chooz, de centrale van Chooz, gelegen net over de Franse grens.

Nederland[bewerken]

Luchtfoto van de centrale van Dodewaard tijdens hoogwater (bron:[1])

In Nederland stonden in 2003 zes nucleaire installaties waarvan er één buiten gebruik gesteld is.

Voor een compleet overzicht (anno 2012) : Nucleaire installaties in Nederland

Nieuwe centrales[bewerken]

In 1985 waren er vergevorderde plannen voor de bouw van nog drie nieuwe kerncentrales. Deze zouden worden gebouwd op de Maasvlakte, de Eemshaven en nog een tweede reactor in Borssele. Na de kernramp van Tsjernobyl zijn deze plannen bevroren.

In 2006 waren het CDA en de VVD van mening dat er binnen 10 jaar een tweede reactor bij moest komen voor nog eens 4% van de stroombehoefte.[6] De PvdA, SP en GroenLinks waren tegen. De bouw zou enkele jaren uitgesteld kunnen worden volgens staatssecretaris Pieter van Geel.[7]

In 2009 presenteerde het energieconcern DELTA het voornemen om een nieuwe kerncentrale te bouwen te Borssele, Borssele Twee. Naast DELTA zijn ook RWE en Energy Resources Holding in de race om de centrale te bouwen.

Op 22 september 2010 publiceerde het ministerie van VROM de kennisgeving energiewet met daarin een startnotitie met betrekking het voornemen van EHR om een centrale te bouwen.

Zie ook[bewerken]

Externe link[bewerken]

Bronnen, noten en/of referenties
  • De tekst op deze pagina of een eerdere versie daarvan is afkomstig van de website van het Ministerie van VROM.