Radioactief afval

Het Internationaal Atoomenergie Agentschap definieert radioactief afval, nucleair afval of kernafval als materiaal dat radioactieve isotopen bevat of daarmee gecontamineerd is, in concentraties hoger dan wat minimaal meetbaar is en waarvoor geen praktische toepassingen bekend zijn. Afhankelijk van onder meer de halveringstijd is dit afval gedurende korte of langere tijd (tot wel duizenden jaren) gevaarlijk voor de volksgezondheid en het milieu.

Herkomst

Kerncentrales zijn belangrijke bronnen van radioactief afval. Verbruikte splijtstof, eventueel na opwerking, bevat grote hoeveelheden radioactief uranium, plutonium, cesium en tal van andere isotopen waarvoor geen toepassingen zijn. Bij de ontmanteling van een kerncentrale komen grote hoeveelheden bouwmaterialen, pijpleidingen, enz., vrij die zeer radioactief zijn. De nucleaire geneeskunde, radiotherapie en brachytherapie die worden toegepast in ziekenhuizen leveren een breed scala aan licht radioactief afval. Tal van industrietakken zoals de olie-industrie, en bepaalde onderzoekscentra produceren eveneens licht radioactief afval. Bij de ontwikkeling van kernwapens komt naast herbruikbare splijtstof ook radioactief materiaal vrij waar niets mee gedaan kan worden. Ook bij de winning en verwerking van nucleaire brandstof ontstaat radioactief afval. Ten slotte levert de radioactief afval verwerkende industrie zelf ook radioactief afval.

Het afval kan van heel verschillende aard zijn. Vaste stoffen bijvoorbeeld verbruikte splijtstofstaven, filters, gereedschappen, verontreinigde grond en kleding, maar ook vloeistoffen zoals koelwater of oplosmiddel dat radioactieve stoffen bevat. In principe wordt elke vorm van afval dat radioactief besmet is, gerekend tot radioactief afval.

Classificatie

Om te bepalen op welke wijze het opgeslagen en verwerkt moet worden, zijn door de IAEA internationaal erkende categorieën opgesteld waarin radioactief afval wordt ingedeeld op basis van oorsprong, halveringstijd en activiteit.

• Afval met niet of nauwelijks meetbare activiteit (EW; Exempt waste); dosis van minder dan 0,1 mSv en vereist geen beschermende maatregelen.
• Laag en middelactief afval (LILW, Low and intermediate level waste); afval dat meer activiteit vertoont dan minimaal meetbaar is en maximaal 2 kW/m³ aan warmte uitstraalt. Op basis van de halveringstijd wordt deze categorie in twee subcategorieën ingedeeld:
  • Kortlevend (LILW-SL, Short lived); gemiddelde activiteit van maximaal 400 Bq/g en lage concentratie aan langlevende alfa-stralers. Dit afval kan bovengronds worden opgeslagen.
  • Langlevend (LILW-LL, Long lived); langlevende isotopen die een activiteit vertonen die hoger ligt dan is toegestaan voor LILW-SL. Dient volledig afgesloten van de biosfeer te worden opgeslagen.
• Hoogactief afval (HLW, High level waste); bevat veelal langlevende isotopen en een warmte-uitstraling van meer dan 2 kW/m³. Dient net als LILW-LL volledig afgesloten van de biosfeer te worden opgeslagen.

Daarnaast zijn er tal van andere classificaties die van land tot land verschillen. In het algemeen wordt de duur van de opslag bepaald door de halveringstijd van de langstlevende isotoop met 10 te vermenigvuldigen. Bij een halveringstijd van 30 jaar wordt dus uitgegaan van een opslag voor 300 jaar. Bij langlevende isotopen kan dit oplopen tot duizenden jaren.

Oplossing afvalprobleem

Op dit moment is er geen goede oplossing voorhanden voor het afvalprobleem. Zo brengt verwerking en opslag van radioactief afval problemen met zich mee. In het verleden heeft men afval gedumpt, maar vanwege internationale regels mag dit niet meer. Nu wordt afval vaak opgewerkt om zo veel mogelijk bruikbare stoffen eruit te halen. Daarna wordt het afval tijdelijk opgeslagen totdat er een permanente opslag is. Het afval dusdanig bewerken en verwerken dat het niet schadelijk meer is, is met de huidige stand van de techniek niet mogelijk.

In 2003 is in het Verenigd Koninkrijk (dat in 2001 al met 10.000 ton radioactief afval in zijn maag zat^[1]) een comité opgericht dat op zoek moest gaan naar andere mogelijkheden. Daaruit zijn enkele ideeën naar voren gekomen:

• De ruimte inschieten naar de zon of buiten het zonnestelsel. Het risico daarbij is dat tijdens de lancering problemen kunnen optreden en een explosie hoog in de aardatmosfeer zou een wereldwijde ramp opleveren.
• Tussen tektonische platen door naar de mantel van de aarde. Met de huidige stand van de techniek is dat onmogelijk.
• Opslaan op Antarctica. Afgezien van het Antarctisch Verdrag dat dat onmogelijk maakt, is de grond daar niet stabiel genoeg en toekomstige klimaatveranderingen kunnen er toe leiden dat het afval alsnog in zee terechtkomt.
• Opslaan of dumpen op de bodem van de oceaan. In het verleden is dat gedaan, maar dat is nu door internationale verdragen verboden vanwege de risico's op lekkage.
• Verdunnen en dumpen in zee. Op kleine schaal gebeurt dat al, maar op grote schaal is dat niet mogelijk zonder dodelijke gevolgen voor het leven in, op en aan zee.

Afvaldumping

Tussen 1946 en 1982 hebben de Verenigde Staten en verschillende Europese landen, waaronder Nederland en België, radioactief afval gedumpt in de Grote en Atlantische Oceaan. Het radioactieve afval werd meestal verpakt in vaten gevuld met beton, zodat het afval de zeebodem intact zou bereiken. Op een dump-site ongeveer 800 kilometer ten zuidwesten van Land's End is tussen 1971 en 1982 74.525 ton afval (verpakt in vaten) gedumpt dat in totaal 47,5 petabecquerel radioactiviteit bevatte. Meer dan 90% van de radioactiviteit in het afval vandaan kwam uit het Verenigd Koninkrijk, daarnaast was afval aanwezig uit Nederland, België en Zwitserland.^[2] In 1995 bleken diverse van deze vaten te lekken en het water, sediment en zeeleven te verontreinigen.^[2]De Sovjet-Unie heeft tussen 1959 en 1990 ook veel radioactief materiaal gedumpt op het eiland Nova Zembla, in de Karazee en ook in de Japanse Zee voor de haven van Vladivostok.^[3] Het radioactief materiaal was verpakt in containers, maar ook reactoren van ijsbrekers en onderzeeboten zijn gedumpt. In de Noordelijke IJszee liggen minstens 16 reactoren waarvan zes met brandstofstaven.^[3] In het Verre Oosten zijn de Japanse Zee en Kamtsjatka gebruikt als stortplaats, maar dit waren kleinere hoeveelheden en minder radioactief materiaal in vergelijking tot Noord-Rusland.^[3]

Met het Verdrag van Londen^[4] werd in 1975 het in zee storten van hoogactief afval verboden. Op het storten van laagactief afval kwam in 1983 een internationaal moratorium. Uiteindelijk is er op 20 februari 1994 een wereldwijd verbod gekomen op het dumpen van radioactief materiaal in zee.^[5][bron?]

Tussentijdse opslag

Zie Tussentijdse opslag voor het hoofdartikel over dit onderwerp.

Laagradioactief afval met hoofdzakelijk kortlevende isotopen wordt bovengronds opgeslagen, meestal in grote hallen. Na verloop van tijd, afhankelijk van het soort afval kan dit tientallen of honderden jaren zijn, is de activiteit van dat afval dusdanig afgenomen dat het geen gevaar oplevert. Hoogradioactief afval wordt veelal eerst voor enkele jaren opgeslagen in tijdelijke depots om af te koelen en de meeste activiteit kwijt te raken. Daarna wordt het voorbereid op een permanente stalling in een eindopslag.

Eindopslag

Zie Eindopslag voor het hoofdartikel over dit onderwerp.

Met eindopslag wordt het ondergronds opslaan van radioactief afval bedoeld met als doel het uit de atmosfeer en biosfeer houden van radioactieve isotopen. Hoewel het op het eerste gezicht vrij eenvoudig lijkt om hoogradioactief afval voor zeer lange tijd onder de grond op te bergen, zitten er nogal wat haken en ogen aan. Enerzijds moet het afval bereikbaar blijven voor als er in de toekomst betere manieren worden ontwikkeld voor opslag en verwerking. Anderzijds moet het volledig geïsoleerd zijn van de biosfeer, bestand zijn tegen klimaatveranderingen en buiten handen van terroristen blijven.

Partitie en transmutatie

Zie Transmutatie (kernfysica) voor het hoofdartikel over dit onderwerp.

Een experimentele techniek om de hoeveelheid langlevende isotopen in kernafval terug te brengen, is het 'transmuteren' van deze isotopen door ze met bepaalde deeltjes te beschieten of te bestralen. De isotopen worden dan eerst afgescheiden van de gebruikte kernbrandstof en vervolgens, door ze bijvoorbeeld opnieuw in een kernreactor te hangen, omgezet in andere, minder lang levende isotopen. De techniek is echter voorlopig nog niet grootschalig toepasbaar en biedt ook geen oplossing voor hoogradioactief afval dat inmiddels al verglaasd is voor langdurige opslag.^[6]