Kernenergie
Een paar kernrampen
Kerncentrale
De drie meest bekende kernrampen worden hier besproken. De meeste mensen hebben bijvoorbeeld al gehoord van Fukushima, maar weten niet waardoor de kernramp is gebeurd (neen, niet door de aardbeving!)

Enkele kernrampen

Three Mile Island ongeval (1979)

De kerncentrale van Three Miles Island gebruikt een PWR ontwerp die intrinsiek veilig is, en toch is er een ongeval gebeurt. Bij het reinigen van het secundair watercircuit is er water terechtgekomen in persluchtleidingen, waardoor het secundair watercircuit (zie kerncentrales) gedeeltelijk onbruikbaar werd.

Automatisch werd daardoor de reactor stilgelegd. Maar dit betekent niet dat de reactor ogenblikkelijk stilvalt, er wordt nog een grote hoeveelheid warmte geproduceerd door de natuurlijke radioactiviteit van de splijtstoffen. Drie koelpompen werden automatisch ingeschakeld, maar konden geen water rondpompen omdat de kleppen afgesloten waren ten gevolge van de onderhoudswerkzaamheden (het sluiten van deze kleppen was niet toegestaan maar gebeurde toch)

De kernreactor had dus geen koeling meer en de temperatuur begon te stijgen. Een noodklep op de pressurizer ging open om de overdruk vrij te laten in de hertetisch afgesloten reactorgebouw. Het water in de reactor begon hevig te koken, waardoor de meters een te hoge waterstand aangaven. De operatoren waren echter niet getraind om met zulke situaties rekening te houden, en de noodpompen (die automatisch waren begnnen te werken) werden stilgelegd, waardoor de kern nog meer oververhit geraakte.

Het is pas later, als de volgende ploeg aan het werk kwam, dat zij merkten dat het waterpeil veel te laag was en dat een deel van de reactor al buiten water stak. Pompen werden snel ingeschakeld, maar tegen dan was een deel van de reactor al gesmolten. Het reactorgebouw hield echter nagenoeg alle contaminatie binnen.

  1. Controlestaven
  2. Gebouw (luchtdicht)
  3. Stoomscheider
  4. Stoom naar de turbine
  5. Water van de warmtewisselaar
  6. Grafiet (moderator)
  7. Brandstof
  8. Waterpomp

Kernramp van Chernobyl (1986)

Dit type reactor (RBMK) gebruikt grafieten staven als moderator, waardoor de natuurlijke beperking van de kettingreaktie door het water niet kan werken. De neutronen worden reeds door de grafieten staven vertraagd, waardoor het water in dit opzicht geen effekt heeft. Het water vangt wel een deel van de neutronen op, als het water dus verdampt worden er minder neutronen opgevangen en wordt de kettingreaktie meer intens (positieve feedback).

Het ontwerp is wat betreft de energieopwekking vergelijkbaar met een BWR (Boiling Water Reactor): het primair circuit wordt direct naar de turbines gevoerd.

Als er een hotspot in de reactor plaatsvindt, dan is er geen automatische correctie, maar een positieve reactie, waardoor het probleem nog groter wordt. Als er lokaal stoom geproduceerd wordt, worden de neutronen niet minder gemodereerd (het modereren gebeurt immers door de grafietstaven), maar valt valt de absorptie van neutronen gedeeltelijk weg, waardoor de kettingreactie op die plaats heviger wordt (positive void coefficient).

Grafiet slorpt de neutronen niet op (zoals zwaar water), en maakt het mogelijk natuurlijk uranium te gebruiken (in plaats van verrijkt uranium). Deze reactoren werden daarom vaak gebruikt in de Sojvetunie omdat ze relatief goedkope brandstof gebruikten en een zeer hoog vermogen konden leveren (1.5GW per reactor in plaats van 1GW voor andere ontwerpen).

Een andere reden is dat dit type reactor gemakkelijk gebruikt kan worden om plutonium te maken (gebruikt in kernbommen). Een kerncentrale die electriciteit produceert kan ongemerkt plutonium produceren omdat een aantal van de staven brandstofmateriaal (voornamelijk U235) vervangen zijn door U238-staven (een andere isotoop van uranium).

Het water onder druk stroomt in aparte leidingen langs de brandstofstaven. Het russisch ontwerp maakt het dus mogelijk brandstofstaven te vervangen tijdens de werking van de reactor, wat niet mogelijk is bij europese ontwerpen omdat de staven volledig ondergedompeld in het water zitten (en het water heeft een hoge druk als de reactor in werking is).

De controlestaven hebben een apart koelsysteem. Als de controlestaven uitgetrokken zijn, zijn de buizen volledig met water gevuld. Door de aanwezigheid van water in de dunne buizen duurt het ongeveer 20 seconden vooralleer de staven volledig ingevoerd kunnen worden.

De noodaggregaten hebben meer dan een minuut nodig om hun nominaal vermogen van 5.5MW te bereiken. Dit hoog vermogen is nodig om de waterpompen die voor de koeling zorgen van stroom te voorzien. Omdat dit tijdsinterval te hoog werd geacht, was het ook mogelijk de restenergie van de turbines te gebruiken (overgebleven stoomdruk en kinetische energie). Verschillende testen hadden echter een negatief resultaat: de vertragende alternator kon onvoldoende energie leveren om de pompen te laten draaien. De catastrofe gebeurde tijdens één van deze testen.

Om de test uit te voeren moest het vermogen van de reactor verlaagd worden tot ongeveer 700MW. Door de aanwezigheid van splijtprodukten die neutronen absorberen (terwijl er minder en minder neutronen vrijkomen) zakt het vermogen verder (dit effekt heet core poisonning). Beneden een bepaalde peil blijft het vermogen verder zakken, en men moet controlestaven verwijderen om de reactor in gang te houden.

Verschillende handelingen zoals het in- en uitschakelen van pompen, het uittrekken van controlestaven zorgden ervoor dat de reactor instabiel werd. Een aantal veilighedssystemen werden ook uitgeschakeld voor de test. Nagenoeg alle controlestaven werden verwijderd, maar de reactor kwam toch niet op vermogen vanwege de splijtproducten (core poisonning).

De effektieve test werd gestart. De installaties werden losgekoppeld van het net. De stoomklep van de turbine werd afgesloten, waardoor de veiligheidssystemen in werking traden. De noodgeneratoren werden automatisch opgestart maar hadden een tijd nodig om vermogen te kunnen leveren.

De alternator bleeft vermogen leveren aan de pompen, maar zijn toerental verminderde constant, waadoor het beschikbaar vermogen lager en lager werd. De koeling van de reactor verminderde, waardoor er stoombubbeltjes ontstonden in het reactorvat. Door de vorming van stoom met een lage densiteit viel de neutraliserende werking van het water weg (absorpsie van neutronen). Door de plotse vermogenstijging ging het systeem echter in alarm (SCRAM) en zakten de controlestaven automatisch in de kernreactor.

Tijdens het zakken van de controlestaven ontstond er een vermogenspiek, waardoor een deel van de kern oververhit geraakte. De kern vervormde, waardoor sommige staven vast geraakten en niet verder konden zakken. Het vermogen bleef stijgen en bereike een waarde van 30GW, meer dan het tienvoudige van het piekvermogen. Al het water werd stoom, de kern begon te snelten, de druk steeg zo sterk dan de 2000 ton zware afdekplaat losgerukt werd. Ook het gebouw werd beschadigd door rondvliegende brokstukken, waardoor kernmateriaal in de buitenlucht kon komen. De grafietstaven begonnen te branden en een nieuwe explosie verspreidde de kernbrandstof in de volledige gebouw van de reactor, waardoor de kettingreactie stilviel. Na de ramp werd er kenbrandstof tot in een omtrek van 100 meter rond het gebouw aangetroffen.

Kernramp van Fukushima (2011)

De kerncentrale bestaat uit 6 gelijkaardige reactoren, elk met hun eigen veiligheidssystemen zoals noodaggregaten en reservepompen. Enkel de reactoren 1, 2 en 3 waren operationeel, reactor 4 was volledig stilgelegd (met alle reactorstaven verwijderd) en reactoren 5 en 6 waren tijdelijk stilgelegd voor controle en onderhoud. De eenheden zijn van het type BWR (Boiling Water Reactor).

De kernramp is ontstaan ten gevolge van een aardbeving. Na de aardbeving is de kernreactor ogenblikkelijk stilgelegd door de controlestaven die in de reactor zijn ingebracht. De noodgeneratoren werden automatisch opgestart om de koelpompen te doen werken. Alles verliep perfekt gedurende de eerste 50 minuten na de aardbeving en de centrale leek de aardbeving goed te hebben doortstaan. Er is een kleine verhoging van de radioaktiviteit, wat lichte schade aan reactor 1 laat vermoeden. Men begint met de drukverlaging van de reactor om die te kunnen onderzoeken.

Er kwam echter een vloedgolf (een waterbarrière van 13 meters hoog, terwijl de omheining slechts 10 meter hoog was). Alle noodgeneratoren in de centrale werden beschadigd, op twee na. Noodgeneratoren die later gebouwd werden op een veilige hoogte konden niet ingezet worden, want de schakelkasten (in de centrale zelf) waren ondertussen onder water.

Batterijen waren in staat voldoende stroom te leveren gedurende ongeveer 24 uur, nadien vielen de pompen één voor één stil waardoor de koeling van de kern in het gedrang kwam. De temperatuur in de kernreactor is daardoor sterk opgelopen (tot meer dan duizend graden). Waterdamp werd in zuurstof en waterstof ontbonden, waardoor er verschillende explosies zijn gebeurd.

De eerste reactor had een natuurlijke noodkoeling (er zijn geen pompen nodig, maar een natuurlijke circulate zorgt voor de koeling). Op het ogenblik dat de stroom uitviel waren de kleppen van het noodsysteem echter gesloten, en konden daarna niet geopend worden.

De aardbeving heeft waarschijnlijk de watertanks waar de gebruikte brandstofstaven van reactor 4 bewaard worden beschadigd, en het was toen niet zeker of die stand zouden houden, daarom werden de staven later naar een andere watertank verplaatst. Bij dit ontwerp staan de watertanks waarin de gebruikte brandstofstaven bewaard worden boven de reactor, en niet ernaast, zoals in andere ontwerpen. Door de warmteproductie is er een versnelde verdamping van het water, waardoor de staven uit het water zouden kunnen steken.

Uiteindelijk zijn de reactoren 1, 2 en 3 zwaar beschadigd door oververhitting. Ook het gebouw van reactor 4 is beschadigd door gasexplosies. De reactoren 5 en 6 zijn niet aangetast.

De "ergste" kernramp die in België is gebeurd is een vastgelopen klep of een pomp die niet zijn nominaal debiet haalt. Dit zijn allemaal incidenten van het laagste niveau (er zijn meerdere reserve-pompen die de taak kunnen overnemen).

Het is zeker dat een kernramp heelwat schade aan het milieur heeft gebracht. Maar dit is niets in vergelijking met chemische rampen waarbij een veel groter gebied aangetast werd en er meer mensen gestorven zijn (Seveso in Italië in 1976, Bhopal in India in 1984,...)

Links to relevant pages - Liens vers d'autres pages au contenu similaire - Links naar gelijkaardige pagina's