Waarom het verwerken van Plutonium tot Mox geen optie is!

De VS hebben de Belgische regering verzocht haar goedkeuring te verlenen aan de (eventuele) opwerking van 150 kg wapenplutonium tot Mox-brandstof. Ons land beschikt daartoe over de nodige technologie bij Belgonucléaire (Mol, Dessel). De VS zouden een gelijkaardige vraag hebben ingeleid bij Frankrijk (Cogéma). In de loop van augustus zouden de VS normaal beslissen met welk van de twee landen men in zee gaat of dat men eventueel met beide landen in zee gaat.

De VS werken momenteel zelf aan de bouw van een opwerkingsfabriek in Savannah River. Deze moet tegen 1 januari 2009 operationeel zijn en het eerst jaar één ton wapenplutonium verwerken tot Mox-brandstof. Bij niet naleving van dit engagement dient de Amerikaanse regering met ingang van 1 januari 2011 de staat Carolina een bedrag van 1.000.000 dollar per dag te betalen tot 2016 (à rato van 100 dagen per jaar) en delen van het daar gestockeerde plutonium te verwijderen .

De Amerikaanse overheid wil er uiteraard zeker van zijn dat de Mox-brandstof ook bruikbaar is in kerncentrales achteraf (economische overwegingen spelen daarbij een belangrijke rol). Bovendien is voor gebruik van de Mox-brandstof een vergunning nodig. De VS kunnen deze pas krijgen na een reeks testen die tot 3 jaar kunnen aanslepen. Om deze testen reeds te kunnen uitvoeren vooraleer de eigen opwerkingsfabriek draait, richten de VS een verzoek een ons land (en aan Frankrijk) om de toelating te verkrijgen om teststaven te laten vervaardigen bij Belgonucléaire en/of Cogéma.

Sinds het einde van de Koude Oorlog is het overschot aan militair plutonium een probleem. De idee dat dit plutonium enige veiligheidsgarantie kan bieden in het kader van een wederzijdse afschrikkingstrategie is, zeker sinds de gebeurtenissen van 11 september afgelopen jaar, volledig achterhaald. De zorg voor de mogelijke ongewenste proliferatie (=verspreiding) van dit plutonium is sinds een tiental jaren aanzienlijk toegenomen, met de vaststelling dat ook commercieel plutonium voor militaire doeleinden kan worden ingezet. Plutonium kan immers onder vele vormen gebruikt worden voor de aanmaak van kernwapens, of het nu gaat om plutonium van militaire herkomst of uit gewone kerncentrales . Het beheer van plutonium, wat ook de oorsprong ervan weze, is daarom een cruciaal element in een beleid dat de verspreiding van kernwapens wil tegengaan . Het is echter niet wenselijk, zelfs ongehoord, dat de plutoniumindustrie financiële middelen, bestemd om de verspreiding van kernwapens tegen te gaan, kan inzetten voor de productie van Mox-brandstoffen, gezien dit juist een verhoogd risico op verspreiding inhoudt.
Wat is MOX?

Mox staat voor Mixed Oxides fuel (gemengde oxiden brandstof); het is een mengsel van uranium dioxide en plutonium dioxide. Deze brandstof kan worden gebruikt in kerncentrales als alternatief voor de klassieke brandstof die bestaat uit zuivere uraniumdioxide.

De meeste kerncentrales zijn zogenaamde lichtwaterreactoren, die gebruik maken van laag verrijkt uraniumdioxide. Kernenergie is de energie die vrijkomt bij de kernsplitsing van twee belangrijke isotopen (= vormen): uranium 235 en plutonium 239.
Natuurlijk uranium bevat drie vormen (isotopen) uranium, te weten uranium 238, uranium 235 en uranium 234. Alleen uranium 235 is splijtbaar en kan een kettingreactie onderhouden. "Verrijkte" brandstof heeft een hoger percentage uranium 235 dan natuurlijk uranium. "Laag verrijkt" uranium, gebruikt in lichtwaterreactoren bevat 3 tot 5 procent uranium 235. Deze brandstof bevat eveneens kleine hoeveelheden uranium 234, dat veel radioactiever is en in milieu- en veiligheidsopzicht veel belangrijker. De rest van de brandstof bestaat uit uranium 238. Uranium 238 kan enkel gesplitst worden met behulp van snelle neutronen. In lichtwaterreactoren of andere reactoren die gebruik maken van trage neutronen om de kettingreactie aan gang te houden speelt uranium 238 geen rol. Maar: onder invloed van de trage neutronen wordt uranium 238 omgezet in plutonium 239, dat wel kan worden gesplitst door trage neutronen. Hierbij komt energie vrij, naast twee lichtere stoffen. Dus in lichtwaterreactoren is een klein deel van de energie afkomstig van de splitsing van plutonium 239. Als vuistregel kan worden gesteld dat de meeste civiele reactoren plutonium produceren.
MOX
Om de kettingreactie aan de gang te houden, moeten oude brandstofstaven regelmatig vervangen worden, vooraleer al het beschikbare uranium en plutonium opgebruikt is. De gebruikte brandstofstaven kunnen worden opgeslagen als afval of "opgewerkt" om de nog resterende bruikbare splijtstoffen te recupereren. Bij het opwerken kan het resterende plutonium (voornamelijk plutonium 239) van de overige splijtingsproducten worden gescheiden. Plutonium zelf kan niet worden gebruikt in de gewone civiele reactoren. Wanneer men dit toch zou doen zou er veel te veel energie vrijkomen, waardoor de reactor oververhit zou geraken. Om dit plutonium toch te kunnen gebruiken zijn er twee mogelijkheden: ofwel een speciale reactor ontwerpen, ofwel het plutonium mengen met grote hoeveelheden licht verrijkt uranium. De hoeveelheid plutonium wordt in dit laatste geval beperkt tot zo'n 5 procent, wat met toevoeging van speciale neutronenabsorberende materialen kan worden opgevoerd tot 6 à 7 procent.
Wapenplutonium
Sinds het einde van de Koude oorlog is het ontmantelen van kernkoppen versneld. Kernkoppen bevatten 93 procent of meer plutonium 239. Het gebruik van Mox-brandstof in kerncentrales heeft tot gevolg dat het plutonium gemengd wordt et andere hoogradioactieve splijtstoffen, waardoor het moeilijker wordt achteracht het plutonium opnieuw te scheiden voor gebruik in kernwapens. Het gebruik van Mox-brandstof in de VS (en op termijn ook in Rusland) is voor andere landen dan weer een reden om hun gebruikte kernbrandstoffen verder op te werken, waardoor het plutoniumprobleem op termijn enkele verergerd wordt. Tot slot vormen de grote hoeveelheden hoogradioactief vloeibaar afval die bij het opwerken vrijkomen, een aanzienlijk probleem, omdat ze gedurende lange tijd in tanks moeten opgeslagen blijven,voor ze kunnen verglaasd worden.
Risico's
Mox-brandstof maken is duur en levert heel wat risico's op. Het is duur omdat plutonium duizenden keren radioactiever is dan laag verrijkt uranium. Om het te verwerken zijn aangepaste installaties nodig en veiligheidsprocedures die de kosten opdrijven. Bovendien kan – anders dan laag verrijkt uranium, plutonium afkomstig van civiele kerncentrales (bijvoorbeeld na extractie uit gebruikte brandstofstaven) worden gebruikt om kernwapens aan te maken. Het gebruik van Mox-brandstof in reactoren die daar niet voor ontworpen zijn – en zeker van brandstof die aangemaakt is met militair plutonium, is uitermate riskant. Gezien de aanwezigheid van grotere hoeveelheden plutonium zal de schade ingeval van een ongeval aanzienlijk groter zijn dan normaal.

Tot slot is er een veiligheidsprobleem. In 1997 stelde het Amerikaanse Department of Energy in een assessment aangaande de non-proliferatie van plutonium: "fresh MOX fuel remains a material in the most sensitive safeguards category, because plutonium suitable for use in weapons could be separated from it relatively quickly and easily. "

Het UK Environment Agency stelde hetzelfde vast: "It would be a relatively straightforward matter to undertake chemical separation of plutonium from MOX fuel."

Een onafhankelijke technische evaluatie, uitgevoerd in de VS, in opdracht van het Departement voor Energie (USDOE), bestudeerde alle aspecten in verband met proliferatierisico's verbonden aan de verwerking van de overschotten wapenplutonium, met inbegrip van de verwerking van wapenplutonium in Mox-brandstof. De evaluatie werd uitgevoerd door 14 experten van de Sandia, Los Alamos en Lawrence Livermore National Laboratories en van Savannah River, ook bekend onder de naam PVRT (Proliferation Vulnerability Red Team). De evaluatie besloot dat: "plutonium in weapons-useful quantities could be recovered from any of the forms in the disposition program. Furthermore the resources required for the recovery of a significant quantity of plutonium, including the manpower, materials, equipment and time would be relatively modest. "
De PVRT raamde tevens de hoeveelheid tijd en middelen die nodig zouden zijn om één zogenaamde SQ (significant Quantity) plutonium uit Mox-brandstof te halen – dit is 8kg volgens de definitie van de IAEA (Internationaal Atoomagentschap). Het team kwam tot de bevinding dat deze klus geklaard kon worden door slechts 4 (sic!) geschoolde mensen binnen een termijn van 6 weken. Voor de productie van een kernwapen dienen bij deze termijn slechts enkele dagen bijgeteld te worden .

Plutonium hoeft niet noodzakelijk opgewerkt te worden, het kan ook gewoon geïmmobiliseerd worden en vervolgend opgeslagen. Het proces van dit immobiliseren heeft ‘verglazen'. Verglazing verwijst naar het mengen van radioactief afval, of stoffen als plutonium met gesmolten glas tot een eindvorm van knikkers, blokjes of snippers. Verglazing van hoog radioactief afval wordt tegenwoordig onder andere uitgevoerd in ons land, Frankrijk, Rusland, De VS.
Verglazingsfabrieken zijn afgestemd op de verwerking van hoogradioactief afval, maar kunnen ook plutonium verwerken. Verglazing is een goed alternatief voor de verwerking van plutonium uit kernwapens. Het plutonium wordt dan in hoeveelheden van een fractie van een procent tot enkele procenten vermengd met gesmolten glas en in metalen containers gegoten, die vervolgens opgeslagen worden. Het verglazen van Plutonium wordt niet op grote schaal toegepast, maar het is mogelijk, gezien het vloeibaar hoogactief afval dat bij de productie van Mox-brandstof vrijkomt veel radioactiever is.
Het kernwapenplutonium bestaat in verschillende vormen: de eigenlijke kernen, die verwijderd zijn uit de kernkoppen en resten, waaronder assen, slibs en gecontamineerde materialen. Al deze producten kunnen verglaasd worden, al is bijkomend onderzoek gewenst.
Risico's
Het verglazen van plutonium verschilt van het verglazen van hoogactief afval, omdat zowel tijdens het verwerken als tijdens de opslag een risico bestaat op kritische ongevallen (kettingreactie komt vanzelf op gang indien voldoende plutonium aanwezig is). Ook de spreiding van het plutonium in het glas blijkt moeilijk en kan aanleiding geven tot problemen.
Indien bij de verglazing enkel plutonium in glas wordt verwerkt, is het mogelijk om dit plutonium opnieuw te onttrekken. Om dit te verhinderen kan het gemengd worden met ander hoogactief afval, waardoor het herwinnen van plutonium sterk bemoeilijkt wordt en bijzonder duur.
Om diefstal te verhinderen kan het plutonium samen met ander hoogactief worden verwerkt, zoals cesium 137. Het stelen van dit verglaasd afval wordt dan letterlijk een dodelijke bezigheid. Andere oplossingen zijn opslag van de metalen containers in een grote container die diefstalbestendig is, of toevoeging van actiniden (stoffen die gelijken op plutonium, maar bijzonder moeilijk ervan te scheiden zijn. Het voordeel van deze laatste methode is dat men bij de verglazing niet af te rekenen krijgt met hoge gamma-straling, waardoor de materialen sneller verglaasd kunnen worden.
.In de VS wordt momenteel hoog radioactief afval verglaasd in de ‘Defense Waste Processing Facility op de Savannah River Site' in Zuid-Carolina, en in het ‘West Valley Demonstration Project' in West Valley, New York. Voor bijkomende expertise kunnen de VS beroep doen op o.a. Frankrijk of Rusland (Chelyabinsk-65)
Het plutoniumprobleem

Gezien er wereldwijd meer dan 400 kerncentrales operationeel zijn, wordt er jaarlijks heel wat plutonium geproduceerd. Eind 1999 bedroeg de totale hoeveelheid plutonium, afkomstig uit commerciële reactoren, meer dan 1400 ton, tegenover 270 à 300 ton afkomstig van militaire toepassingen. Van dit militaire plutonium bevindt zich momenteel nog zo'n 250 ton in stocks van de respectievelijke kernwapenstaten, de rest is opgegaan aan militaire testen, opgeslagen als ongebruikte overschotten van testen of als afval. Van het commerciële plutonium werd zo'n 280 ton gescheiden, terwijl de rest in gebruikte brandstofstaven zit. Een deel van het gescheiden plutonium is gebruikt voor de aanmaak van Mox-brandstof, de rest werd opgeslagen. De groeisnelheid van de commerciële plutoniumvoorraad bedraagt ruwweg 10 ton per jaar, gezien de hoeveelheid die in Mox gebruikt wordt veel lager uitvalt dan de hoeveelheid die gescheiden wordt. De militaire stocks groeien met ongeveer 1 ton per jaar, voornamelijk in de VS en Rusland, twee landen die beweren dat zij enkel opwerken uit milieuoverwegingen. Door de groeisnelheid van de commerciële plutoniumstocks zullen deze over enkele jaren de hoeveelheid militair plutonium overtreffen.

Mede gezien de lage uraniumprijzen en de nucleaire uitstap in landen als Duitsland en België (dit veroorzaakt politieke en financiële druk op de markt) bevindt de plutoniumindustrie zich steeds meer in crisis. De vraag naar subsidiëring van deze sector klinkt dan ook steeds luider. Tot op de dag van vandaag werd wereldwijd reeds meer dan 100 miljard EURO aan subsidies in de plutoniumindustrie gestopt, een groot deel daarvan in de ontwikkeling van snelle kweekreactoren en in de aanmaak van economisch onrendabele Mox-brandstof. In Frankrijk alleen al wordt jaarlijks meer dan 1 miljard EURO overheidsgeld toegestoken in de aanmaak van Mox-brandstof.

Onmiddellijk stoppen!

Zelfs indien vandaag onmiddellijk gestopt zou worden met het scheiden van plutonium voor civiele en militaire doeleinden, dan nog zouden we met een gigantisch probleem zitten inzake beheer van de stocks. Het is dan ook noodzakelijk dat de commerciële opwerking zo snel mogelijk gestaakt wordt en dat er een plan wordt ontwikkeld om het resterende plutonium in een vorm die ongeschikt is voor de aanmaak van kernwapens op te slaan, met zorg voor de veiligheid en de bescherming van milieu en de volksgezondheid.

Het plutoniumakkoord

Op 1 september 2000 ondertekenden de VS en De Russische Federatie een akkoord inzake de afbouw van de plutoniumstocks. Volgens het akkoord moet in totaal 68 ton wapenplutonium, 34 ton aan iedere zijde, omgezet worden in een vorm die niet langer voor kernwapens gebruikt kan worden, hetzij via opwerking en gebruik als Mox-brandstof in kerncentrales, hetzij door het te immobiliseren in glas, samen met hoogactief afval.

De VS hebben intussen besloten om in totaal 25,57 ton plutonium te verwerken in Mox-brandstof en de rest, 8,43 ton te immobiliseren, terwijl Rusland de volledige tonnage wil omzetten in Mox-brandstof.
Volgens het akkoord mag het geïmmobiliseerde plutonium nooit opnieuw worden gebruikt. De Mox-brandstof daarentegen mag, nadat de volledige hoeveelheid Plutonium (34 ton aan iedere zijde), verwerkt is, opnieuw worden opgewerkt. Rusland wil via herhaalde opwerking van de Mox-brandstof uiteindelijk komen tot een gesloten kerncyclus. Naar verwachting zal dit laatste mogelijk zijn rond 2025.

Hoewel de hoofdmoot van de Mox-brandstof bestemd is voor lichtwaterreactoren, wil Rusland alvast een deel inzetten in kweekreactoren. Gezien Mox-brandstof voor kweekreactoren een veel hoger percentage Plutonium bevat, kan dit langs deze weg sneller benut worden. Kweekreactoren kunnen anderzijds ook worden ingezet voor de versnelde aanmaak van plutonium.
Kosten
Aan het akkoord hangt ook en prijskaartje: het Russische Mox-programma wordt geraamd op ruwweg 2,5 miljard Euro, het VS-programma zelfs op 4 miljard EURO. Het Russische programma zal gecofinancierd worden door andere landen, waaronder Engeland en Frankrijk. De financiële coördinatie van het Russische programma zal gebeuren door de Europese Ontwikkelingsbank.

Het Plutoniumakkoord voorziet dat met ingang van 31 december 2007, de verwerking van het plutonium moet starten, met een minimale verwerking van 2 ton per jaar. Rusland pleit er alvast voor om zijn Mox-brandstof ook in te zetten in West-Europese centrales. Dit is niet naar de zin van de Franse onderneming Cogéma, die momenteel Mox produceert voor een aantal West-Europese centrales. Intussen zou Rusland hebben toegezegd de Mox-brandstof eerst in de eigen centrales te gebruiken, vooraleer met enige uitvoer te starten.

Militair en civiel plutonium vormen beide een aanzienlijk veiligheidsprobleem. De productie van Mox-brandstof zal wereldwijd de beschikbare hoeveelheid plutonium enkel vergroten. Mox-brandstof is economisch oninteressant, het vormt een milieu-, gezondheids- en veiligheidsprobleem en is geen alternatief om de proliferatie tegen te gaan. Bij gebruik in onaangepaste kerncentrales houdt het bovendien een onaanvaardbaar risico in.

Het enige verantwoorde alternatief is onmiddellijk stoppen met het opwerken van plutonium tot Mox-brandstof en het immobiliseren van het beschikbare plutonium. De know how inzake aanvullende maatregelen om diefstal en herwinnen van het plutonium uit het geïmmobiliseerde materiaal tegen te gaan is voorhanden.

De Amerikaanse vraag om de opwerkingsstrategie direct of indirect te steunen, dient met grote stelligheid te worden afgewezen, omdat zulks niet bijdraagt aan non-proliferatie, maar het risico op de verspreiding van kernwapens enkel doet toenemen.

arch/ive/ief (2000 - 2005)