Brandstofcyclus
Hoewel het transport op zich geen transformatie van de splijtstof inhoudt, maakt het integraal deel uit van de brandstofcyclus.
Het radioactief materiaal wordt vervoerd in vaste vorm. De overbrenging van de nieuwe en gebruikte assemblages, alsook de radioactieve stoffen en het afval gebeurt in speciaal daarvoor ontwikkelde verpakkingen.
De beperkingen in verband met radioactiviteit variëren afhankelijk van de activiteit van de materialen. Hoewel de nieuwe assemblages van uraniumsplijtstof weinig straling uitstoten en niet afgeschermd moeten worden, vereisen de gebruikte splijtstof en het hoogactief afval specifieke voorzorgsmaatregelen.
Bovenfase van de splijtstofcyclus
01
Uranium winnen en zuiveren
Alles begint in d mijn waar het uranium ontgonnen wordt. Het erts wordt gebroken, fijngemalen en vervolgens gedrenkt in een oxiderende zuuroplossing om het uranium op te lossen a rato van enkele grammen per liter. Het uranium wordt vervolgens selectief geëxtraheerd uit de oplossing door een specifieke molecule die gebruikt wordt sinds de jaren 1970. Daarna volgen verschillende zuiveringsstappen, waarbij uiteindelijk een concentraat van uranium wordt verkregen dat ook wel “yellow cake” (U308) wordt genoemd.
Er wordt ook een andere ontginningsmethode gebruikt: in situ uitlogen. Wanneer de geologie er zich toe leent, kan men immers het uitgraven overslaan: het uranium wordt ontgonnen door een oxiderende oplossing rechtstreeks in de vindplaats te injecteren en die oplossing op te pompen. Ook tijdens dit proces trachten de onderzoekers het aantal zuiveringsfasen te verminderen door de winningsmethode te verbeteren, met name door de oplossing die uit de putten wordt gehaald vervolgens door een ionenwisselende hars te laten lopen.
02
Van “yellow cake” tot verrijkt uranium
In de verschillende fabrieken wereldwijd ondergaat de yellow cake (U3O8) een bijkomende zuivering alvorens hij, door de reactie met fluor, omgezet wordt in uraniumtetrafluoride (UF4), dat vervolgens omgezet wordt in uraniumhexafluoride (UF6). Vervolgens volgt de verrijking waarin de natuurlijke UF6-moleculen, bestaande uit zowel de verbindingen met de isotopen U-238 als U-235, gescheiden worden van elkaar, om uiteindelijk een fractie van UF6 verrijkt met U-235 en een verarmde fractie (0,2 tot 0,3 % U-235) te bekomen. De eerste verrijkingsfabrieken maakten gebruik van de gasdiffusie. Tegenwoordig wordt de technologie van de ultragascentrifuge gebruikt, die 40 tot 50 keer minder energie verbruikt. Wanneer het verrijkt is, wordt het UF6 opnieuw omgezet in vast uraniumoxide (UO2) dat gebruikt wordt voor de fabricage van de splijtstoffen.
03
Splijtstof
Het uraniumoxide (UO2) wordt vervolgens onder hoge temperatuur tot tabletten samengeperst. Vervolgens worden deze tabletten in metalen stiften gestoken (splijtstofstaven). De verkregen splijtstofstaven worden op hun beurt geassembleerd tot een splijtstofelement.
De splijtstofelementen worden naar verschillende kerncentrales wereldwijd getransporteerd, waar ze gebruikt worden in een kernsplijtingsproces voor de productie van elektriciteit.
Benedenfase van de splijtstofcyclus
Tijdelijke opslag van bestraalde splijtstof
Het einde van de cyclus bestaat uit het beheren van de radioactieve materialen afkomstig van de bestraling van de splijtstof. Tijdens deze cyclus vinden fysicochemische transformaties van de bestraalde splijtstof plaats, en wordt het beheer van het radioactief afval op korte en lange termijn geregeld. De radioactiviteit van de materialen in deze cyclus leidt tot de emissie van ioniserende straling en tot een grote warmteafgifte, wat een beperking vormt voor alle gebruikte processen.
De uit de reactors verwijderde splijtstof heeft een sterke gamma- en neutronstraling, want ze bevat een grote verhouding zeer actieve kortlevende splijtingsproducten. Tijdens het radioactief verval van deze elementen komt ook veel warmte vrij. De eerste fase van deze cyclus bestaat er dus in de straling en de warmteafvoer van de assemblages te beheren tot het radioactief verval de elementen met de kortste halveringstijd doet verdwijnen.
De splijtstof wordt eerst centraal opgeslagen in het daarvoor voorziene bassin in het splijtstofgebouw. Het water vervult de rol van afscherming voor de straling en van warmte-afleider. De opslag in het water duurt ten minste enkele jaren, om het aantal van de meest actieve isotopen met een levensduur die korter is dan deze periode, te verminderen. De bestraalde splijtstof wordt zo eenvoudiger te transporteren.
In een tweede fase wordt de bestraalde splijtstof op een opslagplaats bewaard. In deze fase wordt, in afwachting van een definitieve opslag of van een verwerking, de aan- en afvoer van de bestraalde splijtstof en de warmteafvoer beheerd. Gewoonlijk gebeurt deze opslag in een bassin. De droge opslag (onder lucht of inerte atmosfeer) ontwikkelt zich echter snel, want deze methode is veiliger en in de hypothese van een ongeval waarbij de bassins beschadigd zouden raken. Volgens de veiligheidsstudies kan de opslag voorzien worden voor termijnen in de orde van 50 tot 100 jaar.
Behandeling van gebruikte splijtstof
Na bestraling in de reactor bevat de gebruikte splijtstof materialen die recyclebaar zijn (vooral licht verrijkt uranium en plutonium, kleinere actiniden in bepaalde gevallen), alsook splijtingsproducten. De verwerking van de bestraalde splijtstof bestaat erin de herbruikbare materialen te scheiden van het afval.
Afhankelijk van het toegepaste scheidingsproces kunnen de verschillende actiniden er apart of samen uit worden gehaald.
Opslag van radioactief afval en bestraalde splijtstoffen
Het afval van het verwerkingsproces wordt opgeslagen in afwachting van een definitieve afvoeroplossing. In het kader van een cyclus zonder verwerking worden de bestraalde splijtstoffen beschouwd als afval. Deze opslag, die voor een langere termijn wordt voorzien dan de termijn die vereist is voor de tussentijdse opslag, bestaat erin de radioactieve materialen te verpakken en ze vervolgens op te slaan in bovengrondse of ondergrondse constructies, voor een of meerdere eeuwen.
Tijdens de opslagperiode vervallen de radioactieve isotopen, wat tegelijk de activiteit en de warmteafvoer van de opgeslagen materialen vermindert. Na deze fase zijn de radioactieve materialen dus gemakkelijker te manipuleren (voor een eventuele verwerking) en minder lastig wat de warmte-emissie betreft met het oog op de opslag ervan in een geologische laag.
Opslag in een diepe geologische laag
De opslag in een diepe geologische laag bestaat erin het afval te verpakken en vervolgens te bergen in aangepaste ondergrondse constructies. Bepaalde afvaltypes, zoals het hoogactief afval met een lange levensduur (eventueel met inbegrip van de bestraalde splijtstofassemblages) en het midden-actieve met een lange levensduur, brengen gedurende meerdere eeuwen of millennia ioniserende stralen voort. De doelstelling van de ondergrondse opslag is het vermijden van de impact van dit afval op lange termijn, in een normale of ongunstige situatie.