Wikisage is op 1 na de grootste internet-encyclopedie in het Nederlands. Iedereen kan de hier verzamelde kennis gratis gebruiken, zonder storende advertenties. De Koninklijke Bibliotheek van Nederland heeft Wikisage in 2018 aangemerkt als digitaal erfgoed.
- Wilt u meehelpen om Wikisage te laten groeien? Maak dan een account aan. U bent van harte welkom. Zie: Portaal:Gebruikers.
- Bent u blij met Wikisage, of wilt u juist meer? Dan stellen we een bescheiden donatie om de kosten te bestrijden zeer op prijs. Zie: Portaal:Donaties.
Kernenergie: verschil tussen versies
(elektriciteit, dt) |
|||
| (139 tussenliggende versies door dezelfde gebruiker niet weergegeven) | |||
| Regel 1: | Regel 1: | ||
'''Kernenergie''' | '''Kernenergie''' wordt opgewekt door splijting of fusie van [[atoom]]kernen. Kernenergie komt in alle gevallen beschikbaar in de vorm van warmte, die met stoom[[turbine]]s en generators in elektriciteit kan worden omgezet. | ||
Een kerncentrale bevat één of meerdere kernreactoren. Een kernreactor bestaat meestal uit een dikwandig stalen vat met water en stoom onder hoge druk, splijtstofstaven, en regelstaven om de reactiesnelheid te regelen. De regelstaven bevatten een sterk neutronabsorberend materiaal zoals cadmium of boor en kunnen in het reactorvat worden gestoken of teruggetrokken. Zie voor enkele minder voorkomende reactortypen het eind van dit artikel. | |||
== Energie opwekking == | |||
Kernenergie wordt opgewekt doordat een klein deel van de massa bij de kernreactie vrij komt als kinetische energie. | |||
=== Bindingsenergie === | |||
Kernbindingsenergie<ref>https://www.chem.purdue.edu/gchelp/howtosolveit/Nuclear/nuclear_binding_energy.htm</ref> is de minimale energie die nodig is om de kern van een [[atoom]] te ontbinden in zijn samenstellende protonen en neutronen. De massa van de kern is de som van de massa's van protonen en neutronen, minus het massa-equivalent van de bindingsenergie volgens m = E/c², het ''massadefect''. | |||
=== | In dit artikel is kernbindingsenergie positief. <small>Alternatief wordt kernbindingsenergie een negatieve waarde toegekend. De energie van de kern is dan de som van de energie-equivalenten van de massa's van protonen en neutronen volgens E = mc², en de bindingsenergie. Dat komt op hetzelfde neer.</small> | ||
* | Bij splijting van een zware (bijv uranium) kern in lichtere kernen en neutronen, blijft het aantal protonen en neutronen gelijk, maar de som van de bindingsenergieën van de lichtere kernen is iets minder dan de bindingsenergie van de zware kern. Het verschil is omgezet in kinetische energie van de splijtingsproducten. Dit is de opgewekte kernenergie. | ||
Bij fusie van lichte kernen tot een zwaardere kern kan de bindingsenergie van de zwaardere kern minder zijn dan de som van de bindingsenergieën van de lichte kernen, bijv bij fusie van zware waterstof (deuterium) tot helium. Dit verschil is kernfusie-energie. | |||
=== Splijtstof === | |||
Er zijn twee primaire isotopen die worden gebruikt voor splijtingsreacties in kernreactoren. De eerste en meest voorkomende is uranium-235. Het natuurlijk voorkomende uranium is voor 99,3% uranium-238 en slechts 0,7% uranium-235.<ref>{{Cite web|url=https://www.world-nuclear.org/information-library/nuclear-fuel- cycle/introduction/nuclear-fuel-cycle-overview.aspx|title=Nuclear Fuel Cycle Overview - World Nuclear Association|website=www.world-nuclear.org|access-date=2020-03-18}}</ref> In de meeste kernreactoren wordt [[Uranium verrijking|'''verrijkt''' uranium]] gebruikt, dwz dat het uranium-235 gehalte verhoogd is tot bijv 4%. Vanwege de kleine hoeveelheid <sup>235</sup>U die er bestaat, wordt het beschouwd als een niet-hernieuwbare energiebron, ondanks dat het wordt gevonden in rotsformaties over de hele wereld.<ref>{{Cite web|url=https:/ /www.eia.gov/energyexplained/nuclear/|title=Nuclear explained - Amerikaanse Energy Information Administration (EIA)|website=www.eia.gov|access-date=2020-03-18}}</ref> | |||
De tweede meest gebruikte isotoop bij kernsplijting is plutonium-239. Deze isotoop wordt gevormd in kernreactoren als <sup>238</sup>U een neutron absorbeert.<ref>{{Cite web|url=https://www.world-nuclear.org/information-library /nuclear-fuel-cycle/fuel-recycling/plutonium.aspx#ECSArticleLink0|title=Plutonium - World Nuclear Association|website=www.world-nuclear.org|access-date=2020-03-18}}</ref> Dan wordt uranium-239 geproduceerd, dat door 2x bèta-verval (elektron uitstoot) neptunium-239 en dan plutonium-239 wordt. | |||
Plutonium kwam ooit voor als een oerelement in de aardkorst, maar er zijn slechts sporen van over, dus het is nu overwegend synthetisch. Een andere voorgestelde splijtstof voor kernreactoren, is uranium-233, dat wordt "gekweekt" door neutronenvangst en daaropvolgend bèta-verval uit natuurlijk thorium , dat voor bijna 100% bestaat uit de isotoop thorium-232. Dit wordt de ''thorium-splijtstofcyclus'' genoemd. | |||
=== Kettingreactie === | |||
Bij kernsplijting worden enkele neutronen, meestal 2 of 3, uit de kern gestoten. Een kettingreactie ontstaat als één van deze neutronen een volgende kernsplijting veroorzaakt. Het gemiddelde aantal neutronen dat nieuwe splijtingen veroorzaakt, wordt de ''effectieve neutronenvermenigvuldigingsfactor'' genoemd, meestal aangeduid met ''k''. Wanneer de neutronenpopulatie van een reactor stabiel blijft (''k'' = 1), is de kettingreactie van kernsplijting zelfvoorzienend en wordt de toestand van de reactor "kritiek" genoemd. Daarvoor moet minimaal een bepaalde hoeveelheid splijtstof aanwezig zijn, de '''kritische massa'''. Wanneer de neutronenproductie van de reactor de verliezen overschrijdt (''k'' > 1), neemt het vermogen van de reactor toe en wordt deze als "superkritisch" beschouwd. Wanneer de verliezen domineren (''k'' < 1), wordt deze als "subkritisch" beschouwd en vertoont een afnemend vermogen. | |||
Kerncentrales werken door nauwkeurig de snelheid van de kernreacties te regelen. Neutrondetectors meten de neutronflux. Als die boven het gewenste niveau toeneemt worden regelstaven ingestoken om de reactiesnelheid te verminderen. | |||
Kernwapens daarentegen zijn specifiek ontworpen om een reactie te produceren die zo snel en intens is dat ze niet kan worden gecontroleerd nadat ze is begonnen. Indien goed ontworpen, zal deze ongecontroleerde reactie leiden tot een explosie. | |||
Kernwapens gebruiken hoogwaardige, sterk verrijkte splijtstof, en veel meer dan de kritische massa die nodig is om een explosieve kettingreactie te verkrijgen. De splijtstof voor energiedoeleinden, zoals in een kernsplijtingsreactor, is heel anders en bestaat meestal uit een laagverrijkt oxide (bijvoorbeeld UO<sub>2</sub>). Maar ook dan is minimaal de kritische massa nodig anders werkt de reactor niet. Voor kleine reactoren, bijv in een onderzeeboot, wordt de kritische massa verkleind door sterker verrijkte splijtstof te gebruiken. | |||
=== Vertraagde neutronen === | |||
De meeste neutronen worden direct uitgestoten bij kernsplijting, maar sommige komen pas vrij door radioactief verval van splijtingsfragmenten. De neutronen die rechtstreeks uit splijting ontstaan, worden "snelle neutronen" genoemd, en degenen die ontstaan door radioactief verval van splijtingsfragmenten worden "vertraagde neutronen" genoemd. De fractie neutronen die vertraagd is, wordt β genoemd, en deze fractie is typisch een half procent van alle neutronen in de reactor.<ref name=Duderstadt>{{cite book |last=Duderstadt |first=James |author2=Hamilton, Louis |title=Nuclear Reactor Analysis |year=1976 |publisher=John Wiley & Sons, Inc |isbn=978-0-471-22363-4 }}</ref> | |||
De vertraagde neutronen maken beheerste kernsplijting in een kernreactor mogelijk.<ref name=Lamarsh>{{cite book |last=Lamarsh |first=John |author2=Baratta, Anthony |title=Introduction to Nuclear Engineering |year=2001 |publisher=Prentice Hall |isbn=978-0-201-82498-8 }}</ref> Zonder vertraagde neutronen zou het reactorvermogen te snel, in milliseconden, te sterk kunnen veranderen om te beheersen met regelstaven. | |||
Het gebied van superkritiek tussen ''k'' = 1 en ''k'' = 1+β staat bekend als '''vertraagd superkritiek''' (of vertraagde kriticiteit). Een kernreactor werkt in een nauwe gebied rond ''k'' = 1 tot maximaal ''k'' = 1+β. Zodra ''k'' afwijkt van 1 gaat het reactorvermogen exponentieel toe- of afnemen. Dan wordt met regelstaven binnen enkele seconden de kritieke toestand ''k'' = 1 hersteld. Kernwapens opereren in het gebied van superkritiek voor ''k'' > 1+β, bekend als '''prompt superkritiek''' (of prompt kriticiteit). | |||
== Elektriciteit opwekking == | |||
Wereldwijd staan in 2023 410 kernreactoren waarvan 93 in de VS, 56 in Frankrijk en 55 in China. Met totaal 369 GW elektrisch vermogen leveren ze ongeveer 10% van alle elektriciteit.<ref>https://pris.iaea.org/PRIS/WorldStatistics/OperationalReactorsByCountry.aspx</ref> Dit zijn bijna allemaal Generatie II reactoren. Gen I reactoren uit de jaren 50 en 60 werken niet meer. Gen III reactor is een doorontwikkeling van Gen II naar passieve veiligheid, dwz dat bij koelmiddel verlies de reactor automatisch veilig uitschakelt.<ref>https://www.world-nuclear.org/information-library/nuclear-fuel-cycle/nuclear-power-reactors/advanced-nuclear-power-reactors.aspx</ref> China heeft de eerste Gen IV reactoren in bedrijf.<ref>https://nos.nl/artikel/2538204-china-bouwt-snel-meer-kerncentrales-vanwege-klimaatdoelen</ref> | |||
De meeste nieuwe Gen III kerncentrales zijn in aanbouw in Azië, met name in Japan, Z-Korea, China en Taiwan. In Europa worden nieuwe kerncentrales gebouwd, vele jaren achter op schema en met grote kostenoverschrijding. | |||
* Finland, Olkiluoto 3, constructie begonnen aug 2005, geschatte kosten €3,7 miljard, in bedrijf apr 2023, kosten €11 miljard.<ref>https://www.euronews.com/green/2023/04/17/finlands-new-nuclear-reactor-what-does-it-mean-for-climate-goals-and-energy-security</ref> | |||
* Engeland, Hinkley Point C, constructie begonnen aug 2018, geschatte kosten £18 miljard, in bedrijf verwacht 2031, kosten £35 miljard, prijzen uit 2015.<ref>https://world-nuclear-news.org/Articles/EDF-announces-Hinkley-Point-C-delay-and-big-rise-i</ref> | |||
* Frankrijk, Flamanville 3, constructie begonnen dec 2007, geschatte kosten €3,3 miljard, dec 2022 verhoogd naar €13 miljard, splijtstof laden verwacht 2024,<ref>https://www.world-nuclear-news.org/Articles/Further-delay-to-Flamanville-EPR-start-up</ref> volgens minister Barbara Pompili "een puinhoop".<ref>https://www.montelnews.com/en/news/1133707/french-epr-is-a-mess--energy-minister</ref> | |||
In de VS worden veel vergunningen van centrales verlengd, terwijl dit ook in diverse Europese landen in toenemende mate als (goedkope) mogelijkheid wordt beschouwd. | |||
In '''België''' staan naast de proefreactoren in Mol BR-3 : 11 Mw(e) welke is stopgezet en wordt ontmanteld, twee kerncentraleparken voor elektriciteitsproductie: | |||
*Doel, met vier reactoren | |||
** Doel 1: 392 MW(e) | ** Doel 1: 392 MW(e) | ||
** Doel 2: 433 MW(e) | ** Doel 2: 433 MW(e) | ||
** Doel 3: 1006 MW(e) | ** Doel 3: 1006 MW(e) | ||
** Doel 4: 1008 MW(e) | ** Doel 4: 1008 MW(e) | ||
* | *Tihange, met drie reactoren | ||
** Tihange 1: 962 MW(e) | ** Tihange 1: 962 MW(e) | ||
** Tihange 2: 1008 MW(e) | ** Tihange 2: 1008 MW(e) | ||
| Regel 29: | Regel 64: | ||
Samen zorgden zij in 2006 voor 54,4% van de Belgische elektriciteit.<ref>[http://www.iaea.org/programmes/a2/index.html Internationaal Atoomenergie Agentschap]</ref> | Samen zorgden zij in 2006 voor 54,4% van de Belgische elektriciteit.<ref>[http://www.iaea.org/programmes/a2/index.html Internationaal Atoomenergie Agentschap]</ref> | ||
De Belgische regering nam in 2002 een '''kernuitstapwet''' aan die stimuleert dat "''De nucleaire centrales bestemd voor de industriële elektriciteitsproductie door splijting van kernbrandstoffen, worden gedesactiveerd veertig jaar na datum van hun industriële ingebruikname en kunnen geen elektriciteit meer produceren''". Hierdoor zullen wellicht tussen 2015 en 2025 alle Belgische kerncentrales sluiten. Om het verlies aan energieproductie op te vangen worden onder meer windturbines geplaatst op een zandbank,de Thorntonbank in de [[Noordzee]]. De kernuitstapwet biedt echter mogelijkheden om de uitstap niet te effectueren, indien er niet voldoende vervangende capaciteit is voor de te sluiten centrales. Aangezien België 55 procent van zijn elektriciteit nucleair opwekt, is het niet ondenkbaar dat deze 'escape' in de wet nog gebruikt gaat worden. | |||
In '''Nederland''' zijn twee kerncentrales gebouwd, in Dodewaard (gesloten in [[1997]]) en in Borssele. De laatste is nog in werking en is goed voor 4 procent van de Nederlandse productie van stroom. <ref>http://statline.cbs.nl/statweb/ Gegevens CBS Elektriciteit; productie en productiemiddelen 2006</ref> | |||
De regering Balkenende-II heeft in mei 2003 aangekondigd - door vastlegging in het regeerakkoord - dat de kerncentrale in Borssele in 2013 moest sluiten. Deze kerncentrale zou dan 40 jaar in bedrijf zijn geweest. Begin 2006 besloot een meerderheid van de Kamer echter om een convenant (overeenkomst) tussen de eigenaren van de centrale en de overheid te sluiten. In het convenant wordt geregeld dat de centrale tot 2033 in bedrijf kan blijven, mits er voldaan blijft aan criteria van veiligheid en milieu. Tevens beloven de eigenaren van de centrale om samen met de overheid te investeren in projecten en onderzoek ten behoeve van duurzame energie. Op het breken van deze belofte staan overigens geen duidelijke sancties. De voorgenomen sluiting van de centrale in 2013 zou enkele honderden miljoenen euro's kosten. Hoewel D66 gekozen was met in het verkiezingsprogramma de belofte Borssele te zullen sluiten, wilde de partij de afkoopsom in 2005 liever geïnvesteerd zien in duurzame energie. De discussie rond de kerncentrale Borssele tekent de volgens sommigen 'minder dogmatische en meer praktische' atmosfeer rond kernenergie in Nederland. In eigen kring is D66 het opgeven van de verkiezingsbelofte ('Borssele moet dicht') flink verweten. | |||
===Argumenten=== | Regeerakkoord 2021. De kerncentrale van Borssele blijft langer open; er komen mogeijk twee nieuwe kerncentrales bij.<ref>https://open.overheid.nl/documenten/ronl-f3cb0d9c-878b-4608-9f6a-8a2f6e24a410/pdf</ref> | ||
* '''Niet duurzaam''' - De grondstof voor kernsplijting, Uranium, is beperkt voorradig en daarmee niet duurzaam. Recente berekeningen van het Nuclear Energy Agency wijzen uit, dat er voor 100 jaar voorradig is, bij huidig (2006) energiegebruik. <ref>[http://www.nea.fr/html/general/press/2008/2008-02.html Press Communiqué, 3 June 2008 Uranium resources sufficient to meet projected nuclear energy requirements long into the future]</ref> Met | |||
== Maatschappelijke discussie == | |||
Kernenergie riep veel discussie op en in de jaren 1970 en 1980 was er een brede anti-kernenergiebeweging in Nederland. Deze was het gevolg van de kritische kanttekeningen vanuit kerken, milieubeweging, [[vakbeweging]] en organisaties van kritische wetenschappers als het Verbond van Wetenschappelijke Onderzoekers. Als gevolg daarvan is er een Brede maatschappelijke discussie over kernenergie gevoerd in de periode 1981-1983 en ontstonden een paar organisaties (zoals Laka en WISE) die kernenergie bestrijden. Het onderwerp ligt nog steeds gevoelig. Daarvoor zijn een aantal redenen. | |||
=== Argumenten === | |||
* '''Niet duurzaam''' - De grondstof voor kernsplijting, Uranium, is beperkt voorradig en daarmee niet duurzaam. Recente berekeningen van het Nuclear Energy Agency wijzen uit, dat er voor 100 jaar voorradig is, bij huidig (2006) energiegebruik. <ref>[http://www.nea.fr/html/general/press/2008/2008-02.html Press Communiqué, 3 June 2008 Uranium resources sufficient to meet projected nuclear energy requirements long into the future]</ref> Met kweekreactoren zou de voorraad langer meegaan. Deze technologie is echter, net zoals kernfusie, niet uitontwikkeld en ver van economisch rendabel. Voorstanders van kernenergie wensen een 'transitieperiode' van fossiel naar volledig duurzame energie voorziening. Tegenstanders wensen deze periode over te slaan en gelijk duurzame energiebronnen te benutten. | |||
* '''Ongelukken''' - De publieke houding tegenover kernenergie is beïnvloed door verschillende ongelukken met kerncentrales, waaronder die van Three Mile Island (VS, [[28 maart]] [[1979]]) en met name een groot ongeval met een kerncentrale in de voormalige Sovjet-Unie in Tsjernobyl op [[26 april]] [[1986]]. Al speelde bij de oorzaken van de laatste ramp vooral een combinatie van bureaucratie, verouderde techniek en een ongelukkig uitgevallen experiment een rol, dit ongeluk heeft het beeld van kernenergie blijvend veranderd. Bij de huidige Westerse centrales wordt het [[risico]] op ongevallen echter zeer laag geschat. De centrales zelf zijn qua constructie al veel veiliger, ze worden veel beter onderhouden en ook het personeel is goed opgeleid en goed betaald. Maar op 11 maart 2011 veroorzaakte een tsunami de [[kernramp van Fukushima]] met kernsmelting; meer dan 150.000 mensen werden geëvacueerd. | |||
Naast ongelukken zijn opzettelijke ongevallen niet uit te sluiten. Kerncentrales zelf worden misschien technisch steeds veiliger, de wereld zelf wordt steeds onveiliger. Een kerncentrale is niet alleen vanwege het stilleggen van de energie voorziening een ideaal doelwit voor een aanslag: de mogelijke straling en radioactieve wolken die vrijkomen zorgen voor veel meer schade. | Naast ongelukken zijn opzettelijke ongevallen niet uit te sluiten. Kerncentrales zelf worden misschien technisch steeds veiliger, de wereld zelf wordt steeds onveiliger. Een kerncentrale is niet alleen vanwege het stilleggen van de energie voorziening een ideaal doelwit voor een aanslag: de mogelijke straling en radioactieve wolken die vrijkomen zorgen voor veel meer schade. | ||
* '''Opslag afval''' - Het definitief opslaan van | * '''Opslag afval''' - Het definitief opslaan van kernafval is alleen in theorie mogelijk: het is in de wereld nog nergens geregeld. Nucleair afval blijft nog langdurig (tot wel duizenden jaren) radioactief en er moet een speciale locatie gevonden worden waarvan gegarandeerd wordt dat deze gedurende die tijd niet wordt verstoord door bijvoorbeeld een [[aardbeving]]. In [[Finland]], [[Zweden]] en de [[Verenigde Staten]] heeft men dergelijke locaties gevonden en worden ondergrondse bergplaatsen aangelegd. Bovendien wordt in diverse landen geëxperimenteerd met ondergrondse 'opbergmijnen' om later een echte bergplaats te kunnen aanleggen. Zo is in België in de Boomse Klei een proeftunnel gebouwd waar experimenten gedaan worden op de doorlaatbaarheid van de klei op lange termijn. De jaarlijkse geproduceerde hoeveelheid hoog radioactief kernafval per centrale is klein in vergelijking met andere industriële processen (1 m³ afval per reactor per jaar). Het laag radioactief afval vormt een groter probleem. Kweekreactoren zouden het huidige kernafval van de centrales, alsook het uraniumafval, kunnen hergebruiken. [[Nobelprijs]]winnaar Carlo Rubbia heeft laten zien, dat het mogelijk moet zijn om radioactief afval van kerncentrales te bestralen en zo de langlevende isotopen om te zetten in sneller vervallende isotopen. Niet voor de volle 100% maar dit is veelbelovend. Helaas kost dit proces weer een hoop energie. Dit bestralings proces kan overigens niet worden toegepast op verglaast radioactief afval. Verglazing van kernafval is bij de huidig afvalbehandeling wel gebruikelijk. | ||
* '''Verband met kernwapens''' - De technologie om kernenergie op te wekken is verwant met de technologie om [[Atoombom|kernwapens]] te maken. Enerzijds maakt dat de beschikking over ''vreedzame'' kerntechnologie aantrekkelijk voor veel landen, anderzijds worden landen die zelf kerntechnologie ontwikkelen voor naar hun zeggen vreedzame doeleinden, vaak beschuldigd van andere bedoelingen. In landen zoals [[België]] en [[Nederland]] is dit aspect geen probleem. Landen in minder stabiele regio's beschikken tegenwoordig echter ook over de technologie voor kernenergie en kernwapens: alleen grote druk vanuit de [[Verenigde Naties|VN]] kan de ontwikkeling daarvan afremmen. Het | * '''Verband met kernwapens''' - De technologie om kernenergie op te wekken is verwant met de technologie om [[Atoombom|kernwapens]] te maken. Enerzijds maakt dat de beschikking over ''vreedzame'' kerntechnologie aantrekkelijk voor veel landen, anderzijds worden landen die zelf kerntechnologie ontwikkelen voor naar hun zeggen vreedzame doeleinden, vaak beschuldigd van andere bedoelingen. In landen zoals [[België]] en [[Nederland]] is dit aspect geen probleem. Landen in minder stabiele regio's beschikken tegenwoordig echter ook over de technologie voor kernenergie en kernwapens: alleen grote druk vanuit de [[Verenigde Naties|VN]] kan de ontwikkeling daarvan afremmen. Het non-proliferatieverdrag kent ieder land het recht toe kerntechnologie voor vreedzame doeleinden te gebruiken. Een potentieel probleem dat ook speelt in landen waarop niet de verdenking rust dat ze zelf kernwapens willen maken, is dat [[terrorisme|terroristen]] zouden kunnen proberen door een aanslag splijtbaar materiaal te verwerven om daaruit kernwapens te maken of eventueel zelfs zogenaamde 'vuile bommen': conventionele explosieve ladingen die radioactief materiaal verspreiden in de omgeving. Hierdoor zouden potentieel grote gebieden gevaarlijk radioactief kunnen worden besmet met alle fysieke gevolgen van dien, en daarnaast nog grote onrust onder de bevolking. Alleen al om deze reden dienen transporten van nucleair materiaal zwaar bewaakt te worden. | ||
* '''Kosten en bouw''' - Kerncentrales hebben relatief hoge initiële kosten ten opzichte van conventionele centrales en er is een levertijd van ongeveer 13-15 jaar. Wanneer ze gebouwd zijn produceren ze, relatief goedkope elektriciteit en vormen ze een stabiele en betrouwbare energiebron, onafhankelijk van onvoorspelbare factoren zoals weer of leveranciers in politiek instabiele regio's, waarbij wel dient opgemerkt te worden dat België en Nederland alle kernbrandstof dienen te importeren | * '''Kosten en bouw''' - Kerncentrales hebben relatief hoge initiële kosten ten opzichte van conventionele centrales en er is een levertijd van ongeveer 13-15 jaar. Wanneer ze gebouwd zijn produceren ze, relatief goedkope elektriciteit en vormen ze een stabiele en betrouwbare energiebron, onafhankelijk van onvoorspelbare factoren zoals weer of leveranciers in politiek instabiele regio's, waarbij wel dient opgemerkt te worden dat België en Nederland alle kernbrandstof dienen te importeren. | ||
* '''Politieke onafhankelijkheid''' - Het uranium, nodig voor het opwekken van de elektriciteit, is afkomstig uit veel stabielere landen dan bijvoorbeeld aardolie en gas. Door gebruik te maken van kernenergie kan de onafhankelijkheid van Rusland (gas) en het Midden-Oosten (olie) vergroot worden. | * '''Politieke onafhankelijkheid''' - Het uranium, nodig voor het opwekken van de elektriciteit, is afkomstig uit veel stabielere landen dan bijvoorbeeld aardolie en gas. Door gebruik te maken van kernenergie kan de onafhankelijkheid van Rusland (gas) en het Midden-Oosten (olie) vergroot worden. | ||
* '''Onbegrip'''- Kernenergie en | * '''Onbegrip'''- Kernenergie en radioactiviteit zijn zaken die moeilijk inzichtelijk zijn te maken en waarbij radioactiviteit een onzichtbaar gevaar lijkt. | ||
* '''Aansprakelijkheid bij Kernongevallen''' - Iedere aansprakelijkheidsverzekering bevat een clausule waarin gemeld wordt dat er niet wordt uitgekeerd bij schade door een nucleaire reactie. Kerncentrales opereren echter niet onverzekerd: een kerncentrale exploitant moet tot 700 miljoen Euro verzekerd zijn. Daarboven zijn de Nederlandse overheid samen met andere overheden in Europa moeten garant staan in geval van een ramp. De betreffende elektriciteitsproducenten slagen er niet in een verzekering af te sluiten die de risico's van ongevallen dekt. De gevolgen van een ongeval in een kerncentrale kunnen immers zo catastrofaal zijn (zoals bij de | * '''Aansprakelijkheid bij Kernongevallen''' - Iedere aansprakelijkheidsverzekering bevat een clausule waarin gemeld wordt dat er niet wordt uitgekeerd bij schade door een nucleaire reactie. Kerncentrales opereren echter niet onverzekerd: een kerncentrale exploitant moet tot 700 miljoen Euro verzekerd zijn. Daarboven zijn de Nederlandse overheid samen met andere overheden in Europa moeten garant staan in geval van een ramp. De betreffende elektriciteitsproducenten slagen er niet in een verzekering af te sluiten die de risico's van ongevallen dekt. De gevolgen van een ongeval in een kerncentrale kunnen immers zo catastrofaal zijn (zoals bij de kernramp van Tsjernobyl) dat kerncentrales volgens de verzekeringsmaatschappijen gewoonweg '''onverzekerbaar''' zijn. Vanaf de jaren 1950 is speciale wetgeving hiervoor (Wet Aansprakelijkheid Kernongevallen of: WAKO) erop gericht de ontwikkeling van deze (toen) veelbelovende technologie te beschermen. Tot op heden, dus in de geliberaliseerde energiemarkt, is deze wetgeving van kracht. De sterk gereduceerde verzekeringspremie wordt doorberekend in de energieprijs. In onder meer Frankrijk de wetgeving op dit gebied gunstiger dan in Nederland. In Duitsland is het veel ongunstiger. Overigens is in geval van een grensoverschrijdende kernramp de aansprakelijkheid nog steeds niet goed geregeld. | ||
===Milieuaspecten=== | === Milieuaspecten === | ||
Een belangrijk deel van de | Een belangrijk deel van de milieubeweging wijst gebruik en ontwikkeling van kernenergie af. Wel is er de laatste tijd meer belangstelling voor kernenergie vanwege de dreigende tekorten aan [[fossiele brandstof]]fen en de afhankelijkheid van leveranciers van olie uit instabiele regio's. De in de loop van [[2005]] sterk gestegen olieprijs op de wereldmarkt heeft tot een duidelijke verhoging van de belangstelling voor kernenergie in de [[media]] en bij [[regering]]en geleid. De tijdelijke afsluiting van de gastoevoer vanuit [[Rusland]] naar landen als de [[Oekraïne]], heeft nog meer zorgen m.b.t. de energievoorziening veroorzaakt. Ook zorgen over het [[klimaat]] dragen bij aan de hernieuwde interesse voor kernenergie. Kernenergie draagt vrijwel niet bij aan het [[broeikaseffect]]; er komt uit kerncentrales geen CO<sub>2</sub> vrij. Wel is de winning van uraanerts een kostbaar, vervuilend en energievretend proces, zoals ook de productie van staal en [[aluminium]], nodig voor het bouwen van bijvoorbeeld windmolens, enorm energieïntensief is. De brandstof voor kernenergie vormt een veel kleiner deel van de totale kosten ervan dan bij conventionele centrales; er gaat daarentegen meer geld naar beveiliging, afvalverwerking en ontmanteling van verouderde centrales. | ||
Kernenergie is echter uiteindelijk geen alternatief voor fossiele brandstof, in die zin dat kerncentrales worden gevoed door splijtstof, die (vóór opwerking) wordt ontgonnen op een beperkt aantal locaties en de facto ook een eindige grondstof is. Verwacht wordt dat binnen enkele decennia de vraag naar uranium groter zal worden dan het aanbod, met sterk stijgende prijzen tot gevolg. | Kernenergie is echter uiteindelijk geen alternatief voor fossiele brandstof, in die zin dat kerncentrales worden gevoed door splijtstof, die (vóór opwerking) wordt ontgonnen op een beperkt aantal locaties en de facto ook een eindige grondstof is. Verwacht wordt dat binnen enkele decennia de vraag naar uranium groter zal worden dan het aanbod, met sterk stijgende prijzen tot gevolg. | ||
== | == Kosten van kernenergie == | ||
Een exacte kostenvergelijking met andere energiebronnen is moeilijk te maken omdat hierbij veel factoren een rol spelen. Onder meer de kostprijs van [[fossiele brandstof]]fen is hierbij van invloed. Deze kostprijs blijkt in de loop der jaren sterk te variëren, met de laatste jaren een tendens tot sterke stijging. In Nederland waar [[aardgas]] op grote schaal beschikbaar is, levert een gasgestookte centrale tot nog toe goedkopere stroom dan een nieuw te bouwen [[kerncentrale]]. Maar aangezien de gasprijs is gekoppeld aan de olieprijs, welke steeds verder stijgt, begint dit te veranderen. | |||
Wind- en zonne-energie, de belangrijkste vormen van hernieuwbare energie, leveren sterk fluctuerende elektriciteit. Dit vraagt dan ook aanzienlijke investeringen in het hoogspanningsnet. Maar dit verhoogt de elektriciteit prijs niet veel, ca 0,12 c/kWh, omdat de kosten van het hoogspanningsnet maar een gering deel zijn van de totale kosten van een WWS (wind-water-solar) energiesysteem.<ref>M Z Jacobson, ''100% Clean, Renewable Energy and Storage for Everything'', Cambridge University Press 2021, Table 8.8</ref> | |||
Het voornaamste obstakel voor investeerders om geld te steken in een nieuwe Nederlandse kerncentrale is het veranderlijke politieke beleid. Een kerncentrale, zoals in Finland en Frankrijk in aanbouw is, vereist een afschrijvingstijd van 30 tot 40 jaar, in Finland gaat men zelfs uit van 60 jaar. Dat komt doordat de bouw veel duurder is dan van een gewone, gasgestookte of kolengestookte centrale. Om zolang te kunnen afschrijven op een investering is echter stabiele politieke steun nodig. In Nederland verandert het beleid de laatste decennia om de paar jaar, zodat een kerncentrale voor particuliere investeerders een riskante investering lijkt. | Het voornaamste obstakel voor investeerders om geld te steken in een nieuwe Nederlandse kerncentrale is het veranderlijke politieke beleid. Een kerncentrale, zoals in Finland en Frankrijk in aanbouw is, vereist een afschrijvingstijd van 30 tot 40 jaar, in Finland gaat men zelfs uit van 60 jaar. Dat komt doordat de bouw veel duurder is dan van een gewone, gasgestookte of kolengestookte centrale. Om zolang te kunnen afschrijven op een investering is echter stabiele politieke steun nodig. In Nederland verandert het beleid de laatste decennia om de paar jaar, zodat een kerncentrale voor particuliere investeerders een riskante investering lijkt. | ||
| Regel 80: | Regel 112: | ||
* Daarnaast worden in Europa de verzekeringspremies in het geval van een kernongeval kunstmatig laag gehouden. Hiervoor is vanaf het begin van de ontwikkeling van kernenergie speciale wetgeving gemaakt. In Nederland: Wet Aansprakelijkheid Kernongevallen (WAKO). Er is namelijk geen verzekeringsmaatschappij die de schade kan dekken. Overigens is de wetgeving in Frankrijk gunstiger voor exploitanten. | * Daarnaast worden in Europa de verzekeringspremies in het geval van een kernongeval kunstmatig laag gehouden. Hiervoor is vanaf het begin van de ontwikkeling van kernenergie speciale wetgeving gemaakt. In Nederland: Wet Aansprakelijkheid Kernongevallen (WAKO). Er is namelijk geen verzekeringsmaatschappij die de schade kan dekken. Overigens is de wetgeving in Frankrijk gunstiger voor exploitanten. | ||
== | == CANDU reactor == | ||
CANDU-reactor staat voor "CANada Deuterium Uranium" en is een in Canada ontwikkelde kernreactor die werkt met deuteriumoxide (zwaar water) als moderator.<ref>https://www.nuclearfaq.ca/cnf_sectionA.htm#ngcandu</ref> Deuterium is een waterstofisotoop die in de kern behalve een proton ook een neutron bevat. Zwaar water is duur maar absorbeert veel minder neutronen dan gewoon water waardoor de reactor kan werken met goedkoper, niet verrijkt uranium. De splijtstofstaven liggen niet in een zwaar drukvat maar in vele drukbuizen die veel makkelijker te fabriceren zijn. | |||
Het reactortype wordt in veel landen gebruikt, met name in Canada (in totaal 22 reactoren, waarvan 18 in bedrijf) en India (12 reactoren in bedrijf, 6 in aanbouw). Andere CANDU-reactoren worden geëxploiteerd in Argentinië (1 reactor), China (2 reactoren), Pakistan (1 reactor), Roemenië (2 reactoren) en Zuid-Korea (4 reactoren). | |||
== Kweekreactor == | |||
Een kweekreactor of broedreactor is een kernreactor die meer splijtstof produceert dan hij verbruikt. Daarvoor wordt de productie van plutonium-239, door invangst van snelle neutronen in uranium-238, vergroot | |||
door een ander koelmiddel te gebruiken, meestal vloeibaar natrium, ipv water dat neutronen teveel afremt of absorbeert - deze kunnen uranium-238 dan niet splijten. | |||
In Frankrijk is een grote kweekreactor opgestart, de Superphénix maar deze is na verschillende storingen in 1998 gesloten om economische redenen<ref>{{en}} {{cite web|url=http://www.icjt.org/plants/uni/a/uni81a.html|title=NUKE DATABASE SYSTEM: SUPERFENIX|publisher=ICJT}}</ref><ref>http://www.ecolo.org/documents/documents_in_french/SPXJospin.htm</ref>. | |||
De grootste in gebruik zijnde kweekreactor is de Belojarsk (BN-600) in de Russische plaats Zaretsjny, die tevens de eerste commerciële kweekreactor was die in 1980 op het hoogspanningsnet aangesloten werd. | |||
Kweekreactors zijn omstreden omdat ze gevoeliger zijn voor ongelukken dan conventionele kerncentrales. Dit komt onder andere door de zeer hoge temperatuur van de reactorkern en het zeer reactieve natrium dat voor de koeling gebruikt wordt. Natrium reageert heftig met water. | |||
== Kleine modulaire reactor == | |||
Kleine modulaire reactoren ([[Engels]]: ''Small modular reactor'', SMR) zijn een groep van kernreactoren die veel kleiner zijn dan conventionele reactoren, en een vermogen leveren van maximaal 300 MW<sub>e</sub> (tegen 1000 MW<sub>e</sub> of meer voor een klassieke kernreactor).<ref name="IAEAsmall">{{en}}{{Citeer web |url=https://www.iaea.org/topics/small-modular-reactors |archiefurl =https://web.archive.org/web/20210916053443/https://www.iaea.org/topics/small-modular-reactors | archiefdatum =16 september 2021 |titel= Small modular reactors|auteur= |uitgever=[[Internationaal Atoomenergieagentschap|IAEA]] |datum= |bezochtdatum=}}</ref> Ze kunnen in een fabriek worden vervaardigd en naar een locatie worden getransporteerd. Modulaire reactoren zijn sneller bedrijfsklaar en kunnen mogelijk efficiënter en flexibeler ingezet worden.<ref name="IAEAsmall" /><ref name="energygov">{{en}}{{Citeer web |url=https://www.energy.gov/ne/advanced-small-modular-reactors-smrs |titel=Advanced Small Modular Reactors (SMRs) |archiefurl = https://web.archive.org/web/20210908155850/https://www.energy.gov/ne/advanced-small-modular-reactors-smrs | archiefdatum =8 september 2021 |auteur= |uitgever= energy.gov |datum= |bezochtdatum=21 oktober 2021 }}</ref> Volgens het Internationaal Atoomenergieagentschap (IAEA) zouden SMR’s in principe ook veiliger zijn dan conventionele reactoren.<ref name="IAEAsmall" /> Maar een SMR moet evenals een conventionele reactor een kritische massa splijtstof bevatten zodat zware schade of explosie mogelijk is als de regeling van de kettingreactie met neutronenabsorberend materiaal niet snel genoeg werkt. | |||
SMR's worden ingezet als zelfstandige eenheid, gekoppeld in modules, of gecombineerd met andere – ook [[Duurzame energie|hernieuwbare]] – energievormen. | |||
In 2021 stonden volgens het Internationaal Atoomenergieagentschap wereldwijd ongeveer 50 SMR-ontwerpen op de tekenplank, waarvan een viertal in een vergevorderd stadium van ontwikkeling, in Argentinië, China en Rusland.<ref name="IAEAsmall" /> Ook in de Verenigde Staten wordt onderzoek verricht.<ref name="energygov" /> | |||
President Emmanuel Macron van [[Frankrijk]] kondigde in oktober 2021 aan een miljard euro vrij te maken voor ontwikkeling van SMR's tegen 2030.<ref name="dm12okt21">{{Citeer web |url=https://www.demorgen.be/nieuws/macron-zet-in-op-veilige-kleine-kernreactoren~bd89a2ca/ |titel=Macron zet in op veilige kleine kernreactoren |auteur= |uitgever=[[De Morgen]] |datum=12 oktober 2021|bezochtdatum= }}</ref> | |||
In het [[Verenigd Koninkrijk]] ontwikkelt Rolls-Royce SMR's.<ref name="RR2021">{{en}}{{Citeer web |url=https://www.rolls-royce.com/media/press-releases/2021/08-11-2021-rr-announces-funding-secured-for-small-modular-reactors.aspx |titel=Rolls-Royce announces funding secured for Small Modular Reactors |auteur= |uitgever= [[Rolls-Royce plc|Rolls-Royce]]|datum=8 november 2021 |bezochtdatum= }}</ref> | |||
In april 2023 sloten het Amerikaanse Holtec International en het Oekraïense Energoatom een akkoord voor de bouw van maximaal 20 SMR's in [[Oekraïne]], waarvan de eerste tegen 2029 operationeel zou worden.<ref name="ukrinfo">{{en}}{{Citeer web |url=https://www.ukrinform.net/rubric-economy/3699338-up-to-20-small-modular-reactors-will-be-built-in-ukraine.html |archiefurl = https://web.archive.org/web/20230424040725/https://www.ukrinform.net/rubric-economy/3699338-up-to-20-small-modular-reactors-will-be-built-in-ukraine.html | archiefdatum =24 april 2023 |titel=Up to 20 small modular reactors will be built in Ukraine |auteur= |uitgever= |datum=24 april 2023 |bezochtdatum= }}</ref> | |||
Problemen zijn de grote benodigde energie-input voor er netto energieproductie op gaat treden, en de materialen waaruit de reactor moet bestaan. Deze moeten | == Kernfusie == | ||
Er wordt al tientallen jaren onderzoek gedaan naar kernfusie, vooral omdat de hierbij gebruikte grondstoffen, zware waterstof (deuterium) en lithium, ruim beschikbaar zijn. Het blijkt echter erg moeilijk om omstandigheden te scheppen waaronder waterstofkernen zo dicht bij elkaar worden gebracht en gehouden dat er een nuttige hoeveelheid fusie-energie ontstaat. Er wordt onder andere gewerkt aan tokamak-reactors en laser-implosie reactors. | |||
Problemen zijn de grote benodigde energie-input voor er netto energieproductie op gaat treden, en de materialen waaruit de reactor moet bestaan. Deze moeten bestand zijn tegen hoge temperaturen. Bovendien worden ze na gebruik zelf radioactief wat weer een afvalprobleem schept. Echter zal dit afval redelijk snel zijn radioactiviteit verliezen (de helft minder radioactief na 12 jaar) zodat opslag maar voor beperkte periodes nodig is. Tevens wordt er gewerkt aan materialen die niet of minder radioactief worden door bestraling. | |||
Zie verder het artikel [[kernfusie]]. | |||
==Zie ook== | ==Zie ook== | ||
*[[ | *[[Kernramp van Fukushima]] | ||
* | * https://nl.wikipedia.org/wiki/Kernramp_van_Tsjernobyl | ||
==Externe links== | ==Externe links== | ||
| Regel 104: | Regel 162: | ||
* [http://www.kernvisie.com Stichting Kernvisie], deze stichting is voor het gebruik van kernenergie | * [http://www.kernvisie.com Stichting Kernvisie], deze stichting is voor het gebruik van kernenergie | ||
*{{fr}}{{nl}} [http://www.nucleairforum.be Website door Electrabel over de voor- en nadelen van kernenergie] | *{{fr}}{{nl}} [http://www.nucleairforum.be Website door Electrabel over de voor- en nadelen van kernenergie] | ||
{{Appendix}} | |||
[[Categorie:Kernenergie]] | [[Categorie:Kernenergie]] | ||
[[Categorie:Energie]] | [[Categorie:Energie]] | ||
Huidige versie van 23 sep 2024 om 09:04
Kernenergie wordt opgewekt door splijting of fusie van atoomkernen. Kernenergie komt in alle gevallen beschikbaar in de vorm van warmte, die met stoomturbines en generators in elektriciteit kan worden omgezet.
Een kerncentrale bevat één of meerdere kernreactoren. Een kernreactor bestaat meestal uit een dikwandig stalen vat met water en stoom onder hoge druk, splijtstofstaven, en regelstaven om de reactiesnelheid te regelen. De regelstaven bevatten een sterk neutronabsorberend materiaal zoals cadmium of boor en kunnen in het reactorvat worden gestoken of teruggetrokken. Zie voor enkele minder voorkomende reactortypen het eind van dit artikel.
Energie opwekking
Kernenergie wordt opgewekt doordat een klein deel van de massa bij de kernreactie vrij komt als kinetische energie.
Bindingsenergie
Kernbindingsenergie[1] is de minimale energie die nodig is om de kern van een atoom te ontbinden in zijn samenstellende protonen en neutronen. De massa van de kern is de som van de massa's van protonen en neutronen, minus het massa-equivalent van de bindingsenergie volgens m = E/c², het massadefect.
In dit artikel is kernbindingsenergie positief. Alternatief wordt kernbindingsenergie een negatieve waarde toegekend. De energie van de kern is dan de som van de energie-equivalenten van de massa's van protonen en neutronen volgens E = mc², en de bindingsenergie. Dat komt op hetzelfde neer.
Bij splijting van een zware (bijv uranium) kern in lichtere kernen en neutronen, blijft het aantal protonen en neutronen gelijk, maar de som van de bindingsenergieën van de lichtere kernen is iets minder dan de bindingsenergie van de zware kern. Het verschil is omgezet in kinetische energie van de splijtingsproducten. Dit is de opgewekte kernenergie.
Bij fusie van lichte kernen tot een zwaardere kern kan de bindingsenergie van de zwaardere kern minder zijn dan de som van de bindingsenergieën van de lichte kernen, bijv bij fusie van zware waterstof (deuterium) tot helium. Dit verschil is kernfusie-energie.
Splijtstof
Er zijn twee primaire isotopen die worden gebruikt voor splijtingsreacties in kernreactoren. De eerste en meest voorkomende is uranium-235. Het natuurlijk voorkomende uranium is voor 99,3% uranium-238 en slechts 0,7% uranium-235.[2] In de meeste kernreactoren wordt verrijkt uranium gebruikt, dwz dat het uranium-235 gehalte verhoogd is tot bijv 4%. Vanwege de kleine hoeveelheid 235U die er bestaat, wordt het beschouwd als een niet-hernieuwbare energiebron, ondanks dat het wordt gevonden in rotsformaties over de hele wereld.[3] De tweede meest gebruikte isotoop bij kernsplijting is plutonium-239. Deze isotoop wordt gevormd in kernreactoren als 238U een neutron absorbeert.[4] Dan wordt uranium-239 geproduceerd, dat door 2x bèta-verval (elektron uitstoot) neptunium-239 en dan plutonium-239 wordt.
Plutonium kwam ooit voor als een oerelement in de aardkorst, maar er zijn slechts sporen van over, dus het is nu overwegend synthetisch. Een andere voorgestelde splijtstof voor kernreactoren, is uranium-233, dat wordt "gekweekt" door neutronenvangst en daaropvolgend bèta-verval uit natuurlijk thorium , dat voor bijna 100% bestaat uit de isotoop thorium-232. Dit wordt de thorium-splijtstofcyclus genoemd.
Kettingreactie
Bij kernsplijting worden enkele neutronen, meestal 2 of 3, uit de kern gestoten. Een kettingreactie ontstaat als één van deze neutronen een volgende kernsplijting veroorzaakt. Het gemiddelde aantal neutronen dat nieuwe splijtingen veroorzaakt, wordt de effectieve neutronenvermenigvuldigingsfactor genoemd, meestal aangeduid met k. Wanneer de neutronenpopulatie van een reactor stabiel blijft (k = 1), is de kettingreactie van kernsplijting zelfvoorzienend en wordt de toestand van de reactor "kritiek" genoemd. Daarvoor moet minimaal een bepaalde hoeveelheid splijtstof aanwezig zijn, de kritische massa. Wanneer de neutronenproductie van de reactor de verliezen overschrijdt (k > 1), neemt het vermogen van de reactor toe en wordt deze als "superkritisch" beschouwd. Wanneer de verliezen domineren (k < 1), wordt deze als "subkritisch" beschouwd en vertoont een afnemend vermogen.
Kerncentrales werken door nauwkeurig de snelheid van de kernreacties te regelen. Neutrondetectors meten de neutronflux. Als die boven het gewenste niveau toeneemt worden regelstaven ingestoken om de reactiesnelheid te verminderen.
Kernwapens daarentegen zijn specifiek ontworpen om een reactie te produceren die zo snel en intens is dat ze niet kan worden gecontroleerd nadat ze is begonnen. Indien goed ontworpen, zal deze ongecontroleerde reactie leiden tot een explosie.
Kernwapens gebruiken hoogwaardige, sterk verrijkte splijtstof, en veel meer dan de kritische massa die nodig is om een explosieve kettingreactie te verkrijgen. De splijtstof voor energiedoeleinden, zoals in een kernsplijtingsreactor, is heel anders en bestaat meestal uit een laagverrijkt oxide (bijvoorbeeld UO2). Maar ook dan is minimaal de kritische massa nodig anders werkt de reactor niet. Voor kleine reactoren, bijv in een onderzeeboot, wordt de kritische massa verkleind door sterker verrijkte splijtstof te gebruiken.
Vertraagde neutronen
De meeste neutronen worden direct uitgestoten bij kernsplijting, maar sommige komen pas vrij door radioactief verval van splijtingsfragmenten. De neutronen die rechtstreeks uit splijting ontstaan, worden "snelle neutronen" genoemd, en degenen die ontstaan door radioactief verval van splijtingsfragmenten worden "vertraagde neutronen" genoemd. De fractie neutronen die vertraagd is, wordt β genoemd, en deze fractie is typisch een half procent van alle neutronen in de reactor.[5]
De vertraagde neutronen maken beheerste kernsplijting in een kernreactor mogelijk.[6] Zonder vertraagde neutronen zou het reactorvermogen te snel, in milliseconden, te sterk kunnen veranderen om te beheersen met regelstaven.
Het gebied van superkritiek tussen k = 1 en k = 1+β staat bekend als vertraagd superkritiek (of vertraagde kriticiteit). Een kernreactor werkt in een nauwe gebied rond k = 1 tot maximaal k = 1+β. Zodra k afwijkt van 1 gaat het reactorvermogen exponentieel toe- of afnemen. Dan wordt met regelstaven binnen enkele seconden de kritieke toestand k = 1 hersteld. Kernwapens opereren in het gebied van superkritiek voor k > 1+β, bekend als prompt superkritiek (of prompt kriticiteit).
Elektriciteit opwekking
Wereldwijd staan in 2023 410 kernreactoren waarvan 93 in de VS, 56 in Frankrijk en 55 in China. Met totaal 369 GW elektrisch vermogen leveren ze ongeveer 10% van alle elektriciteit.[7] Dit zijn bijna allemaal Generatie II reactoren. Gen I reactoren uit de jaren 50 en 60 werken niet meer. Gen III reactor is een doorontwikkeling van Gen II naar passieve veiligheid, dwz dat bij koelmiddel verlies de reactor automatisch veilig uitschakelt.[8] China heeft de eerste Gen IV reactoren in bedrijf.[9]
De meeste nieuwe Gen III kerncentrales zijn in aanbouw in Azië, met name in Japan, Z-Korea, China en Taiwan. In Europa worden nieuwe kerncentrales gebouwd, vele jaren achter op schema en met grote kostenoverschrijding.
- Finland, Olkiluoto 3, constructie begonnen aug 2005, geschatte kosten €3,7 miljard, in bedrijf apr 2023, kosten €11 miljard.[10]
- Engeland, Hinkley Point C, constructie begonnen aug 2018, geschatte kosten £18 miljard, in bedrijf verwacht 2031, kosten £35 miljard, prijzen uit 2015.[11]
- Frankrijk, Flamanville 3, constructie begonnen dec 2007, geschatte kosten €3,3 miljard, dec 2022 verhoogd naar €13 miljard, splijtstof laden verwacht 2024,[12] volgens minister Barbara Pompili "een puinhoop".[13]
In de VS worden veel vergunningen van centrales verlengd, terwijl dit ook in diverse Europese landen in toenemende mate als (goedkope) mogelijkheid wordt beschouwd.
In België staan naast de proefreactoren in Mol BR-3 : 11 Mw(e) welke is stopgezet en wordt ontmanteld, twee kerncentraleparken voor elektriciteitsproductie:
- Doel, met vier reactoren
- Doel 1: 392 MW(e)
- Doel 2: 433 MW(e)
- Doel 3: 1006 MW(e)
- Doel 4: 1008 MW(e)
- Tihange, met drie reactoren
- Tihange 1: 962 MW(e)
- Tihange 2: 1008 MW(e)
- Tihange 3: 1015 MW(e)
Samen zorgden zij in 2006 voor 54,4% van de Belgische elektriciteit.[14]
De Belgische regering nam in 2002 een kernuitstapwet aan die stimuleert dat "De nucleaire centrales bestemd voor de industriële elektriciteitsproductie door splijting van kernbrandstoffen, worden gedesactiveerd veertig jaar na datum van hun industriële ingebruikname en kunnen geen elektriciteit meer produceren". Hierdoor zullen wellicht tussen 2015 en 2025 alle Belgische kerncentrales sluiten. Om het verlies aan energieproductie op te vangen worden onder meer windturbines geplaatst op een zandbank,de Thorntonbank in de Noordzee. De kernuitstapwet biedt echter mogelijkheden om de uitstap niet te effectueren, indien er niet voldoende vervangende capaciteit is voor de te sluiten centrales. Aangezien België 55 procent van zijn elektriciteit nucleair opwekt, is het niet ondenkbaar dat deze 'escape' in de wet nog gebruikt gaat worden.
In Nederland zijn twee kerncentrales gebouwd, in Dodewaard (gesloten in 1997) en in Borssele. De laatste is nog in werking en is goed voor 4 procent van de Nederlandse productie van stroom. [15]
De regering Balkenende-II heeft in mei 2003 aangekondigd - door vastlegging in het regeerakkoord - dat de kerncentrale in Borssele in 2013 moest sluiten. Deze kerncentrale zou dan 40 jaar in bedrijf zijn geweest. Begin 2006 besloot een meerderheid van de Kamer echter om een convenant (overeenkomst) tussen de eigenaren van de centrale en de overheid te sluiten. In het convenant wordt geregeld dat de centrale tot 2033 in bedrijf kan blijven, mits er voldaan blijft aan criteria van veiligheid en milieu. Tevens beloven de eigenaren van de centrale om samen met de overheid te investeren in projecten en onderzoek ten behoeve van duurzame energie. Op het breken van deze belofte staan overigens geen duidelijke sancties. De voorgenomen sluiting van de centrale in 2013 zou enkele honderden miljoenen euro's kosten. Hoewel D66 gekozen was met in het verkiezingsprogramma de belofte Borssele te zullen sluiten, wilde de partij de afkoopsom in 2005 liever geïnvesteerd zien in duurzame energie. De discussie rond de kerncentrale Borssele tekent de volgens sommigen 'minder dogmatische en meer praktische' atmosfeer rond kernenergie in Nederland. In eigen kring is D66 het opgeven van de verkiezingsbelofte ('Borssele moet dicht') flink verweten.
Regeerakkoord 2021. De kerncentrale van Borssele blijft langer open; er komen mogeijk twee nieuwe kerncentrales bij.[16]
Maatschappelijke discussie
Kernenergie riep veel discussie op en in de jaren 1970 en 1980 was er een brede anti-kernenergiebeweging in Nederland. Deze was het gevolg van de kritische kanttekeningen vanuit kerken, milieubeweging, vakbeweging en organisaties van kritische wetenschappers als het Verbond van Wetenschappelijke Onderzoekers. Als gevolg daarvan is er een Brede maatschappelijke discussie over kernenergie gevoerd in de periode 1981-1983 en ontstonden een paar organisaties (zoals Laka en WISE) die kernenergie bestrijden. Het onderwerp ligt nog steeds gevoelig. Daarvoor zijn een aantal redenen.
Argumenten
- Niet duurzaam - De grondstof voor kernsplijting, Uranium, is beperkt voorradig en daarmee niet duurzaam. Recente berekeningen van het Nuclear Energy Agency wijzen uit, dat er voor 100 jaar voorradig is, bij huidig (2006) energiegebruik. [17] Met kweekreactoren zou de voorraad langer meegaan. Deze technologie is echter, net zoals kernfusie, niet uitontwikkeld en ver van economisch rendabel. Voorstanders van kernenergie wensen een 'transitieperiode' van fossiel naar volledig duurzame energie voorziening. Tegenstanders wensen deze periode over te slaan en gelijk duurzame energiebronnen te benutten.
- Ongelukken - De publieke houding tegenover kernenergie is beïnvloed door verschillende ongelukken met kerncentrales, waaronder die van Three Mile Island (VS, 28 maart 1979) en met name een groot ongeval met een kerncentrale in de voormalige Sovjet-Unie in Tsjernobyl op 26 april 1986. Al speelde bij de oorzaken van de laatste ramp vooral een combinatie van bureaucratie, verouderde techniek en een ongelukkig uitgevallen experiment een rol, dit ongeluk heeft het beeld van kernenergie blijvend veranderd. Bij de huidige Westerse centrales wordt het risico op ongevallen echter zeer laag geschat. De centrales zelf zijn qua constructie al veel veiliger, ze worden veel beter onderhouden en ook het personeel is goed opgeleid en goed betaald. Maar op 11 maart 2011 veroorzaakte een tsunami de kernramp van Fukushima met kernsmelting; meer dan 150.000 mensen werden geëvacueerd.
Naast ongelukken zijn opzettelijke ongevallen niet uit te sluiten. Kerncentrales zelf worden misschien technisch steeds veiliger, de wereld zelf wordt steeds onveiliger. Een kerncentrale is niet alleen vanwege het stilleggen van de energie voorziening een ideaal doelwit voor een aanslag: de mogelijke straling en radioactieve wolken die vrijkomen zorgen voor veel meer schade.
- Opslag afval - Het definitief opslaan van kernafval is alleen in theorie mogelijk: het is in de wereld nog nergens geregeld. Nucleair afval blijft nog langdurig (tot wel duizenden jaren) radioactief en er moet een speciale locatie gevonden worden waarvan gegarandeerd wordt dat deze gedurende die tijd niet wordt verstoord door bijvoorbeeld een aardbeving. In Finland, Zweden en de Verenigde Staten heeft men dergelijke locaties gevonden en worden ondergrondse bergplaatsen aangelegd. Bovendien wordt in diverse landen geëxperimenteerd met ondergrondse 'opbergmijnen' om later een echte bergplaats te kunnen aanleggen. Zo is in België in de Boomse Klei een proeftunnel gebouwd waar experimenten gedaan worden op de doorlaatbaarheid van de klei op lange termijn. De jaarlijkse geproduceerde hoeveelheid hoog radioactief kernafval per centrale is klein in vergelijking met andere industriële processen (1 m³ afval per reactor per jaar). Het laag radioactief afval vormt een groter probleem. Kweekreactoren zouden het huidige kernafval van de centrales, alsook het uraniumafval, kunnen hergebruiken. Nobelprijswinnaar Carlo Rubbia heeft laten zien, dat het mogelijk moet zijn om radioactief afval van kerncentrales te bestralen en zo de langlevende isotopen om te zetten in sneller vervallende isotopen. Niet voor de volle 100% maar dit is veelbelovend. Helaas kost dit proces weer een hoop energie. Dit bestralings proces kan overigens niet worden toegepast op verglaast radioactief afval. Verglazing van kernafval is bij de huidig afvalbehandeling wel gebruikelijk.
- Verband met kernwapens - De technologie om kernenergie op te wekken is verwant met de technologie om kernwapens te maken. Enerzijds maakt dat de beschikking over vreedzame kerntechnologie aantrekkelijk voor veel landen, anderzijds worden landen die zelf kerntechnologie ontwikkelen voor naar hun zeggen vreedzame doeleinden, vaak beschuldigd van andere bedoelingen. In landen zoals België en Nederland is dit aspect geen probleem. Landen in minder stabiele regio's beschikken tegenwoordig echter ook over de technologie voor kernenergie en kernwapens: alleen grote druk vanuit de VN kan de ontwikkeling daarvan afremmen. Het non-proliferatieverdrag kent ieder land het recht toe kerntechnologie voor vreedzame doeleinden te gebruiken. Een potentieel probleem dat ook speelt in landen waarop niet de verdenking rust dat ze zelf kernwapens willen maken, is dat terroristen zouden kunnen proberen door een aanslag splijtbaar materiaal te verwerven om daaruit kernwapens te maken of eventueel zelfs zogenaamde 'vuile bommen': conventionele explosieve ladingen die radioactief materiaal verspreiden in de omgeving. Hierdoor zouden potentieel grote gebieden gevaarlijk radioactief kunnen worden besmet met alle fysieke gevolgen van dien, en daarnaast nog grote onrust onder de bevolking. Alleen al om deze reden dienen transporten van nucleair materiaal zwaar bewaakt te worden.
- Kosten en bouw - Kerncentrales hebben relatief hoge initiële kosten ten opzichte van conventionele centrales en er is een levertijd van ongeveer 13-15 jaar. Wanneer ze gebouwd zijn produceren ze, relatief goedkope elektriciteit en vormen ze een stabiele en betrouwbare energiebron, onafhankelijk van onvoorspelbare factoren zoals weer of leveranciers in politiek instabiele regio's, waarbij wel dient opgemerkt te worden dat België en Nederland alle kernbrandstof dienen te importeren.
- Politieke onafhankelijkheid - Het uranium, nodig voor het opwekken van de elektriciteit, is afkomstig uit veel stabielere landen dan bijvoorbeeld aardolie en gas. Door gebruik te maken van kernenergie kan de onafhankelijkheid van Rusland (gas) en het Midden-Oosten (olie) vergroot worden.
- Onbegrip- Kernenergie en radioactiviteit zijn zaken die moeilijk inzichtelijk zijn te maken en waarbij radioactiviteit een onzichtbaar gevaar lijkt.
- Aansprakelijkheid bij Kernongevallen - Iedere aansprakelijkheidsverzekering bevat een clausule waarin gemeld wordt dat er niet wordt uitgekeerd bij schade door een nucleaire reactie. Kerncentrales opereren echter niet onverzekerd: een kerncentrale exploitant moet tot 700 miljoen Euro verzekerd zijn. Daarboven zijn de Nederlandse overheid samen met andere overheden in Europa moeten garant staan in geval van een ramp. De betreffende elektriciteitsproducenten slagen er niet in een verzekering af te sluiten die de risico's van ongevallen dekt. De gevolgen van een ongeval in een kerncentrale kunnen immers zo catastrofaal zijn (zoals bij de kernramp van Tsjernobyl) dat kerncentrales volgens de verzekeringsmaatschappijen gewoonweg onverzekerbaar zijn. Vanaf de jaren 1950 is speciale wetgeving hiervoor (Wet Aansprakelijkheid Kernongevallen of: WAKO) erop gericht de ontwikkeling van deze (toen) veelbelovende technologie te beschermen. Tot op heden, dus in de geliberaliseerde energiemarkt, is deze wetgeving van kracht. De sterk gereduceerde verzekeringspremie wordt doorberekend in de energieprijs. In onder meer Frankrijk de wetgeving op dit gebied gunstiger dan in Nederland. In Duitsland is het veel ongunstiger. Overigens is in geval van een grensoverschrijdende kernramp de aansprakelijkheid nog steeds niet goed geregeld.
Milieuaspecten
Een belangrijk deel van de milieubeweging wijst gebruik en ontwikkeling van kernenergie af. Wel is er de laatste tijd meer belangstelling voor kernenergie vanwege de dreigende tekorten aan fossiele brandstoffen en de afhankelijkheid van leveranciers van olie uit instabiele regio's. De in de loop van 2005 sterk gestegen olieprijs op de wereldmarkt heeft tot een duidelijke verhoging van de belangstelling voor kernenergie in de media en bij regeringen geleid. De tijdelijke afsluiting van de gastoevoer vanuit Rusland naar landen als de Oekraïne, heeft nog meer zorgen m.b.t. de energievoorziening veroorzaakt. Ook zorgen over het klimaat dragen bij aan de hernieuwde interesse voor kernenergie. Kernenergie draagt vrijwel niet bij aan het broeikaseffect; er komt uit kerncentrales geen CO2 vrij. Wel is de winning van uraanerts een kostbaar, vervuilend en energievretend proces, zoals ook de productie van staal en aluminium, nodig voor het bouwen van bijvoorbeeld windmolens, enorm energieïntensief is. De brandstof voor kernenergie vormt een veel kleiner deel van de totale kosten ervan dan bij conventionele centrales; er gaat daarentegen meer geld naar beveiliging, afvalverwerking en ontmanteling van verouderde centrales. Kernenergie is echter uiteindelijk geen alternatief voor fossiele brandstof, in die zin dat kerncentrales worden gevoed door splijtstof, die (vóór opwerking) wordt ontgonnen op een beperkt aantal locaties en de facto ook een eindige grondstof is. Verwacht wordt dat binnen enkele decennia de vraag naar uranium groter zal worden dan het aanbod, met sterk stijgende prijzen tot gevolg.
Kosten van kernenergie
Een exacte kostenvergelijking met andere energiebronnen is moeilijk te maken omdat hierbij veel factoren een rol spelen. Onder meer de kostprijs van fossiele brandstoffen is hierbij van invloed. Deze kostprijs blijkt in de loop der jaren sterk te variëren, met de laatste jaren een tendens tot sterke stijging. In Nederland waar aardgas op grote schaal beschikbaar is, levert een gasgestookte centrale tot nog toe goedkopere stroom dan een nieuw te bouwen kerncentrale. Maar aangezien de gasprijs is gekoppeld aan de olieprijs, welke steeds verder stijgt, begint dit te veranderen.
Wind- en zonne-energie, de belangrijkste vormen van hernieuwbare energie, leveren sterk fluctuerende elektriciteit. Dit vraagt dan ook aanzienlijke investeringen in het hoogspanningsnet. Maar dit verhoogt de elektriciteit prijs niet veel, ca 0,12 c/kWh, omdat de kosten van het hoogspanningsnet maar een gering deel zijn van de totale kosten van een WWS (wind-water-solar) energiesysteem.[18]
Het voornaamste obstakel voor investeerders om geld te steken in een nieuwe Nederlandse kerncentrale is het veranderlijke politieke beleid. Een kerncentrale, zoals in Finland en Frankrijk in aanbouw is, vereist een afschrijvingstijd van 30 tot 40 jaar, in Finland gaat men zelfs uit van 60 jaar. Dat komt doordat de bouw veel duurder is dan van een gewone, gasgestookte of kolengestookte centrale. Om zolang te kunnen afschrijven op een investering is echter stabiele politieke steun nodig. In Nederland verandert het beleid de laatste decennia om de paar jaar, zodat een kerncentrale voor particuliere investeerders een riskante investering lijkt.
De werkelijke kostprijs van een kilowattuur elektriciteit uit een kerncentrale is lastig te bepalen; niet alle kosten worden namelijk meegerekend in de prijs die men nu voor de elektriciteit betaalt.
- Wanneer een kerncentrale is afgeschreven blijft er een hoop radioactief materiaal over. De kosten voor het opruimen zijn groot en worden naar de toekomst geschoven.
- Hetzelfde gebeurt met het geproduceerde radioactieve afval dat voor duizenden jaren veilig opgeslagen en continue beheerd, gecontroleerd en beveiligd moet worden. Het afval kan namelijk worden verwerkt in munitie en 'vuile bommen'.
- Daarnaast worden in Europa de verzekeringspremies in het geval van een kernongeval kunstmatig laag gehouden. Hiervoor is vanaf het begin van de ontwikkeling van kernenergie speciale wetgeving gemaakt. In Nederland: Wet Aansprakelijkheid Kernongevallen (WAKO). Er is namelijk geen verzekeringsmaatschappij die de schade kan dekken. Overigens is de wetgeving in Frankrijk gunstiger voor exploitanten.
CANDU reactor
CANDU-reactor staat voor "CANada Deuterium Uranium" en is een in Canada ontwikkelde kernreactor die werkt met deuteriumoxide (zwaar water) als moderator.[19] Deuterium is een waterstofisotoop die in de kern behalve een proton ook een neutron bevat. Zwaar water is duur maar absorbeert veel minder neutronen dan gewoon water waardoor de reactor kan werken met goedkoper, niet verrijkt uranium. De splijtstofstaven liggen niet in een zwaar drukvat maar in vele drukbuizen die veel makkelijker te fabriceren zijn.
Het reactortype wordt in veel landen gebruikt, met name in Canada (in totaal 22 reactoren, waarvan 18 in bedrijf) en India (12 reactoren in bedrijf, 6 in aanbouw). Andere CANDU-reactoren worden geëxploiteerd in Argentinië (1 reactor), China (2 reactoren), Pakistan (1 reactor), Roemenië (2 reactoren) en Zuid-Korea (4 reactoren).
Kweekreactor
Een kweekreactor of broedreactor is een kernreactor die meer splijtstof produceert dan hij verbruikt. Daarvoor wordt de productie van plutonium-239, door invangst van snelle neutronen in uranium-238, vergroot door een ander koelmiddel te gebruiken, meestal vloeibaar natrium, ipv water dat neutronen teveel afremt of absorbeert - deze kunnen uranium-238 dan niet splijten.
In Frankrijk is een grote kweekreactor opgestart, de Superphénix maar deze is na verschillende storingen in 1998 gesloten om economische redenen[20][21].
De grootste in gebruik zijnde kweekreactor is de Belojarsk (BN-600) in de Russische plaats Zaretsjny, die tevens de eerste commerciële kweekreactor was die in 1980 op het hoogspanningsnet aangesloten werd.
Kweekreactors zijn omstreden omdat ze gevoeliger zijn voor ongelukken dan conventionele kerncentrales. Dit komt onder andere door de zeer hoge temperatuur van de reactorkern en het zeer reactieve natrium dat voor de koeling gebruikt wordt. Natrium reageert heftig met water.
Kleine modulaire reactor
Kleine modulaire reactoren (Engels: Small modular reactor, SMR) zijn een groep van kernreactoren die veel kleiner zijn dan conventionele reactoren, en een vermogen leveren van maximaal 300 MWe (tegen 1000 MWe of meer voor een klassieke kernreactor).[22] Ze kunnen in een fabriek worden vervaardigd en naar een locatie worden getransporteerd. Modulaire reactoren zijn sneller bedrijfsklaar en kunnen mogelijk efficiënter en flexibeler ingezet worden.[22][23] Volgens het Internationaal Atoomenergieagentschap (IAEA) zouden SMR’s in principe ook veiliger zijn dan conventionele reactoren.[22] Maar een SMR moet evenals een conventionele reactor een kritische massa splijtstof bevatten zodat zware schade of explosie mogelijk is als de regeling van de kettingreactie met neutronenabsorberend materiaal niet snel genoeg werkt.
SMR's worden ingezet als zelfstandige eenheid, gekoppeld in modules, of gecombineerd met andere – ook hernieuwbare – energievormen.
In 2021 stonden volgens het Internationaal Atoomenergieagentschap wereldwijd ongeveer 50 SMR-ontwerpen op de tekenplank, waarvan een viertal in een vergevorderd stadium van ontwikkeling, in Argentinië, China en Rusland.[22] Ook in de Verenigde Staten wordt onderzoek verricht.[23]
President Emmanuel Macron van Frankrijk kondigde in oktober 2021 aan een miljard euro vrij te maken voor ontwikkeling van SMR's tegen 2030.[24]
In het Verenigd Koninkrijk ontwikkelt Rolls-Royce SMR's.[25]
In april 2023 sloten het Amerikaanse Holtec International en het Oekraïense Energoatom een akkoord voor de bouw van maximaal 20 SMR's in Oekraïne, waarvan de eerste tegen 2029 operationeel zou worden.[26]
Kernfusie
Er wordt al tientallen jaren onderzoek gedaan naar kernfusie, vooral omdat de hierbij gebruikte grondstoffen, zware waterstof (deuterium) en lithium, ruim beschikbaar zijn. Het blijkt echter erg moeilijk om omstandigheden te scheppen waaronder waterstofkernen zo dicht bij elkaar worden gebracht en gehouden dat er een nuttige hoeveelheid fusie-energie ontstaat. Er wordt onder andere gewerkt aan tokamak-reactors en laser-implosie reactors.
Problemen zijn de grote benodigde energie-input voor er netto energieproductie op gaat treden, en de materialen waaruit de reactor moet bestaan. Deze moeten bestand zijn tegen hoge temperaturen. Bovendien worden ze na gebruik zelf radioactief wat weer een afvalprobleem schept. Echter zal dit afval redelijk snel zijn radioactiviteit verliezen (de helft minder radioactief na 12 jaar) zodat opslag maar voor beperkte periodes nodig is. Tevens wordt er gewerkt aan materialen die niet of minder radioactief worden door bestraling.
Zie verder het artikel kernfusie.
Zie ook
Externe links
- Kernenergie.nl Webportaal met veel links naar nuttige informatie over kernenergie en nucleaire technologie.
- kernenergieinnederland.nl De geschiedenis kernenergie in Nederland
- NRG-Publieksinformatie Toegankelijke informatie van onderzoeksgroep NRG over kernenergie, nucleaire technologie en straling.
- SCK.CEN Studiecentrum voor Kernenergie.
- World Information Service on Energy, een (anti-nucleaire) organisatie, die o.a. 20x per jaar een tijdschrift uitgeeft met recent nieuws over kernenergie.
- Stichting LAKA, Documentatie en onderzoekscentrum kernenergie. De stichting is tegen het gebruik van kernenergie.
- Stichting Kernvisie, deze stichting is voor het gebruik van kernenergie
- (fr) (nl) Website door Electrabel over de voor- en nadelen van kernenergie