Radioactief afval

Radioactief
Radioactief

Het Internationaal Atoomenergieagentschap definieert radioactief afval, nucleair afval of kernafval als afval dat radioactieve isotopen bevat of daarmee gecontamineerd is en waarvoor geen praktische toepassingen bekend zijn. In de praktijk stellen overheden vast wanneer afval voor de wet geldt als radioactief afval, met bijbehorend beleid voor de verwerking hiervan. Afhankelijk van de mate van radioactiviteit is dit afval gevaarlijk voor de volksgezondheid en het milieu als het in het milieu terecht komt, gedurende korte of langere tijd (tot wel honderdduizenden jaren), afhankelijk van de halveringstijd.

Classificatie

Om te bepalen op welke wijze radioactief afval opgeslagen en verwerkt moet worden, zijn door overheden en organisaties classificatieschema's opgesteld waarmee radioactief afval wordt ingedeeld in categorieën op basis van oorsprong, halveringstijd en activiteit. Ieder land kan zijn eigen classificering hanteren.

Ter advies en ter stimulatie van standaardisatie heeft het Internationaal Atoomenergieagentschap (IAEA) een internationaal classificatieschema opgesteld, waarop veel nationale schema's zijn gebaseerd.[1] Een definitie van de genoemde categorieën is te vinden in de woordenlijst die door de IAEA is gepubliceerd.[2]

  • Vrijgesteld afval (EW / Exempt waste); afval met een stralingsdosis van minder dan 0,01 mSv per jaar en waarvoor geen beschermende maatregelen vereist zijn.
  • Zeer kortlevend afval (VSLW / Very short-lived waste); afval waarvan het gedeelte radionucliden dat boven de vrijgestelde radioactiviteit valt een halfwaardetijd heeft van minder dan 100 dagen. Dit afval wordt opgeslagen totdat het als vrijgesteld afval verwerkt kan worden.
  • Zeer laagactief afval (VLLW / Very low level waste); afval met een radioactiviteit net boven de vrijgestelde waarden, waarvoor (bijna) bovengrondse opslag met een lage mate van beschermingsmaatregelen voldoende wordt geacht.
  • Laagactief afval (LLW / Low level waste); afval waarvoor aanvullende beschermingsmaatregelen (waaronder afscherming) nodig zijn en dat een kleine hoeveelheid radionucliden met een lange halfwaardetijd kan bevatten. Afhankelijk van de exacte eigenschappen is bovengrondse opslag of opslag tot 30 meter onder de grond noodzakelijk, met een maximale duur van een paar honderd jaar. Voorheen werd een maximale contactdosis van 2 mSv/uur als grenswaarde gesteld voor deze categorie, maar in de laatste revisie is deze absolute waarde vervangen door de mate van benodigde (veiligheids)maatregelen. In bepaalde Amerikaanse staten wordt voor deze categorie een limiet van gemiddeld 400 Bq/g aan alfastraling door de langlevende radionucliden gehanteerd, voor beta- en gammastraling ligt deze limiet vele malen lager.
  • Middelactief afval (ILW / Intermediate level waste); afval dat een dusdanige hoeveelheid radionucliden met een lange halfwaardetijd bevat, dat ondergrondse opslag van enkele tientallen tot honderden meters noodzakelijk is om langdurige isolatie van de buitenwereld te bewerkstelligen. Dit afval genereert geen of minimale hoeveelheden warmte, zodat hier vrijwel geen warmteafvoer voor nodig is. Er zijn geen absolute grenswaarden in radioactiviteit gedefinieerd tussen laag- en middelactief afval, indeling is afhankelijk van de door de verantwoordelijke instellingen bepaalde benodigde veiligheidsmaatregelen.
  • Hoogactief afval (HLW / High level waste); afval met een zodanig hoge radioactiviteit (meestal tussen 10.000 en 1.000.000 TBq/m³) dat er significante hoeveelheden warmte vrijkomen en/of afval dat een relatief groot gehalte langlevende radionucliden heeft. Opslag in geologisch stabiele aardlagen op honderden meters onder de grond wordt in de meeste gevallen aangewezen als beste (eind)verwerking, omdat afname van de radioactiviteit tot veilig geachte niveaus honderdduizenden jaren kan duren.
Een andere indeling is het onderscheiden van short lived waste (SLW) en long lived waste (LLW). SLW is relatief snel vervallend materiaal met een halfwaardetijd korter dan 30 jaar en LLW met een halfwaardetijd langer dan 30 jaar.[2] LLW moet niet verward worden met dezelfde afkorting voor Low Level Waste. Long lived waste is juist hoogradioactief.

In Nederland wordt gewerkt met vier categorieën: 1. vrijgesteld afval, 2. kortlevend radioactief afval, 3. laag- en middelradioactief afval (inclusief NORM-afval) en 4. hoogradioactief afval. Deze categorieën komen ongeveer overeen met die van het IAEA, maar HLW en ILW zijn grofweg samengevoegd als 'hoogradioactief afval' (HRA), en LLW en VLLW tot de categorie laag- en middelradioactief afval (LMRA).[3]

Een algemene vuistregel om de benodigde duur van de opslag te bepalen bij radioactief afval uit de VSLW-categorie (kortlevend radioactief afval), is om de halveringstijd van de voornaamste radionuclide met 10 te vermenigvuldigen. Gedurende deze tijd neemt de radioactiviteit af met een factor 1000. Bij andere categorieën met langere halfwaardetijden worden andere methoden gebruikt om de duur per type opslag te bepalen.[4] Bij afval met hoge aantallen langlevende radionucliden kan de benodigde eindopslag oplopen tot honderdduizenden jaren. Radioactief afval bevat ook vaak zware metalen, zoals kwik en cadmium, die toxisch zijn en altijd veilig opgeslagen dienen te worden.

Ontstaan

Radioactief afval kan bij uiteenlopende activiteiten ontstaan, waaronder de productie van kernenergie en/of -wapens, uitvoering van onderzoek, medische toepassingen, industriële processen en landbouwactiviteiten. Dit afval varieert in mate en duur van radioactiviteit en daarmee in potentiële schadelijkheid en vereiste omgang (zie: Classificatie).

Kernreactoren en in veel mindere mate ziekenhuizen zijn belangrijke bronnen van radioactief afval met een hogere mate van radioactiviteit. Verbruikte splijtstof, eventueel na opwerking, bevat radioactief uranium, plutonium, cesium en tal van andere isotopen waarvoor nog geen toepassingen zijn. Bij de ontmanteling van een kerncentrale komen bouwmaterialen, pijpleidingen, enz., vrij die in verschillende mate radioactief zijn. In de levenscyclus van een kerncentrale komt bij de ontmanteling in volume het meeste radioactieve afval vrij, maar het tijdens de energieproductie vrijkomende afval omvat een hogere totale radioactiviteit (in becquerel).

De nucleaire geneeskunde, radiotherapie en brachytherapie die worden toegepast in ziekenhuizen leveren een breed scala aan radioactief afval. Tal van industrietakken, zoals de olie-industrie, en bepaalde onderzoekscentra produceren eveneens radioactief afval. Bij de ontwikkeling van kernwapens komt naast herbruikbare splijtstof ook radioactief materiaal vrij waar niets mee gedaan kan worden. Ook bij de winning en verwerking van nucleaire brandstof ontstaat radioactief afval. Ten slotte levert de radioactief afval verwerkende industrie zelf ook radioactief afval.

Het afval kan van heel verschillende aard zijn: vaste stoffen zoals gebruikte splijtstofstaven, filters, gereedschappen, verontreinigde grond en kleding, maar ook vloeistoffen zoals koelwater of oplosmiddel die radioactieve stoffen bevatten. In principe wordt elke vorm van afval dat radioactief besmet is, gerekend tot radioactief afval. Gebruikte brandstofstaven zijn alleen kernafval als ze niet worden gerecycled. Gebruikte brandstofstaven die wachten op eindberging zijn pas afval op het moment dat ze in de eindberging zijn ondergebracht. Tot dat moment zijn het nog gebruikte brandstofstaven die later alsnog gerecycled zouden kunnen worden.

Hoogradioactief afval

Voorbeelden van hoogradioactief afval zijn gebruikte brandstofstaven en afval dat vrijkomt bij de opwerking voor hergebruik,[5][2] of bij de productie van kernwapens.[6] Ook bij de productie van medische isotopen en uit de verbruikte splijtstof uit de onderzoeksreactoren in Petten en Delft komt hoogradioactief afval vrij.[7] Bij de ontmanteling van een kerncentrale komt eveneens veel hoogradioactief afval vrij.[3] Het hoogradioactief afval is in Nederland voor 70% afkomstig van Kerncentrale Borssele en voor 30% van de onderzoeksreactoren in Petten en Delft.[8] Het HRW met de grootste straling produceert veel hitte. Gebruikte brandstof van Borssele wordt in een opwerkingsfabriek in Frankrijk geschikt gemaakt voor hergebruik. Daarbij ontstaat 5% hoogradioactief afval, dat wordt ingekapseld in glas, in een roestvrijstalen verpakking gegoten en naar COVRA verzonden om daar te worden opgeslagen.[9] Het verglaasde afval moet zo'n 100 jaar lang gekoeld worden.[10]

Hoogradioactief afval vormt in volume (dus niet in gewicht en hoeveelheid straling) minder dan 1% van het totaal.[5] Het vormt echter wel het grootste afvalprobleem omdat het, afhankelijk van het element, duizenden tot honderdduizenden jaren hoogradioactief blijft. Plutonium-239 heeft bijvoorbeeld na 24.000 jaar nog maar de helft van zijn straling verloren.[11] Het stralingsniveau van verrijkt uraniumoxide vormt nog minstens 100.000 jaar lang een gevaar voor het menselijk lichaam.[12] Van al het kernafval is hoogradioactief afval goed voor 99,9% van alle radioactiviteit.[3]

Laag- en middelradioactief afval

Volgens de Nederlandse indeling behoren tot het laag- en middelradioactief afval onder meer handschoenen, laboratorium- glaswerk, kleding, harsen, injectienaalden, bestralingsbronnen, rookmelders, plastic folie, pompen en buizen, besmet schroot, dierlijk materiaal van proefdieronderzoek, vloeistoffen, filters en bezinkels. Bij het ontmantelen van laboratoria waar met radioactieve stoffen werd gewerkt en van kernenergiecentrales en onderzoeksreactoren onstaat het eveneens, naast hoogradioactief afval. Daarnaast is er nog het Naturally Occuring Radioactive Material (NORM).[3]

Nederland

In Nederland wordt jaarlijks ongeveer 40.000 m³ radioactief afval geproduceerd. Het overgrote deel (97%) bestaat uit laagradioactief NORM (Naturally Occuring Radioactive Material)-afval, dat bijvoorbeeld ontstaat wanneer radioactieve stoffen die van nature in bepaalde ertsen (zoals fosfaat) voorkomen, door industriële processen geconcentreerd raken in afval. In 2014 bestond de totale hoeveelheid opgeslagen radioactief afval bij COVRA (ruim 31 duizend kubieke meter) voor 57% uit NORM en voor 42% uit laag- en middelradioactief afval (LMRA). De meeste NORM wordt afgevoerd naar een andere deponie.[3]

Door een verlaging van de wettelijke normen in 2001 werd het aanbod van LMRA met ruim 40% gereduceerd. Door de wetswijziging ging dit deel vallen onder de categorie 'kortlevend radioactief afval'.[3]

Verwerking en opslag

In het verleden heeft men radioactief afval - zoals vervuilde laboratoriumapparaten en persoonlijke beschermingsmiddelen - gedumpt op zee; vanwege internationale regels mag dit niet meer. Gebruikte brandstofstaven worden in sommige landen opgewerkt om zo veel mogelijk bruikbare stoffen eruit te halen en te hergebruiken. Wat dan resteert is het eigenlijke afval, en dat wordt tijdelijk opgeslagen totdat er een permanente opslag is. Alle soorten afval dusdanig bewerken en verwerken dat het niet radioactief meer is, is met de huidige stand van de techniek niet mogelijk. Daarom wordt voor radioactief afval onderzocht of dit kan worden opgeslagen in een ondergrondse opslag, waar het in de loop der tijd kan vervallen zonder significante gevolgen voor de biosfeer.

In 2003 is in het Verenigd Koninkrijk (dat in 2001 al 10.000 ton radioactief afval bezat[13][14]) een comité opgericht dat op zoek moest gaan naar andere mogelijkheden. Daaruit zijn enkele ideeën naar voren gekomen:

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

Afvaldumping

Opslag van radioactief afval in COVRA

Tussen 1946 en 1982 hebben de Verenigde Staten en verschillende Europese landen, waaronder Nederland en België, radioactief afval gedumpt in de Grote en Atlantische Oceaan. Het radioactieve afval werd meestal verpakt in vaten gevuld met beton, zodat het afval de zeebodem intact zou bereiken. Op een dump-site ongeveer 800 kilometer ten zuidwesten van Land's End (zuidwest Engeland) is tussen 1971 en 1982 74.525 ton afval (verpakt in vaten) gedumpt dat in totaal 47,5 petabecquerel radioactiviteit bevatte. Meer dan 90% van de radioactiviteit in het afval kwam uit het Verenigd Koninkrijk, daarnaast was afval aanwezig uit Nederland, België en Zwitserland.[15] In 1995 bleken diverse van deze vaten te lekken en het water, sediment en zeeleven te verontreinigen.[15]

De Sovjet-Unie heeft tussen 1959 en 1990 ook veel radioactief materiaal gedumpt op het eiland Nova Zembla, in de Karazee en ook in de Japanse Zee voor de haven van Vladivostok.[16] Het radioactief materiaal was deels verpakt in containers, maar ook reactoren van ijsbrekers en onderzeeboten zijn gedumpt. In de Noordelijke IJszee liggen minstens 16 reactoren waarvan zes met gebruikte brandstofstaven.[16] In het Verre Oosten zijn de Japanse Zee en Kamtsjatka gebruikt als stortplaats, maar dit waren kleinere hoeveelheden en minder radioactief materiaal in vergelijking tot Noord-Rusland.[16]

Met het Verdrag van Londen[17] werd in 1975 het in zee storten van hoogactief afval verboden. Op het storten van laagactief afval kwam in 1983 een internationaal moratorium. Uiteindelijk is er op 20 februari 1994 een wereldwijd verbod gekomen op het dumpen van radioactief materiaal in zee.[18]

Tussentijdse opslag

Zie Tussentijdse opslag voor het hoofdartikel over dit onderwerp.

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

Eindopslag

Zie Eindopslag radioactief afval voor het hoofdartikel over dit onderwerp.

Met eindopslag wordt het ondergronds opslaan van radioactief afval bedoeld met als doel het uit de atmosfeer en biosfeer houden van radioactieve isotopen. Hoewel het op het eerste gezicht vrij eenvoudig lijkt om hoogradioactief afval voor zeer lange tijd onder de grond op te bergen, zitten er nogal wat haken en ogen aan. Enerzijds moet het afval bereikbaar blijven voor als er in de toekomst betere manieren worden ontwikkeld voor opslag en verwerking. Anderzijds moet het volledig geïsoleerd zijn van de biosfeer, bestand zijn tegen klimaatveranderingen en buiten handen van terroristen blijven. In 1978 verscheen een rapport waarin de verwachting werd uitgesproken dat het afval van de VS veilig kon worden begraven in met name zoutmijnen.[19] In Nederland bestaat daar nu twijfel over; zie Eindopslag radioactief afval.

Partitie en transmutatie

Een experimentele techniek om de hoeveelheid langlevende isotopen in kernafval terug te brengen, zou het transmuteren zijn van deze isotopen door ze met bepaalde deeltjes te beschieten of te bestralen. De isotopen worden dan eerst afgescheiden van de gebruikte kernbrandstof en vervolgens, door ze bijvoorbeeld opnieuw in een kernreactor te hangen, omgezet in andere, minder lang levende isotopen. Deze hypothetische techniek is echter voorlopig nog niet grootschalig toepasbaar en biedt ook geen oplossing voor hoogradioactief afval dat inmiddels al verglaasd is voor langdurige opslag.[20] Als het in de verre toekomst al mogelijk wordt, blijft het probleem dat het transmutatie-proces zelf weer nieuw hoogradioactief afval oplevert.[7] Bovendien zijn daarvoor nieuwe kerncentrales nodig die honderden jaren nodig hebben om al het materiaal om te zetten en zou het daarna toch nog vele eeuwen gevaarlijk blijven. De Duitse autoriteiten concludeerden in 2018, dat er 5 tot 7 speciale reactoren gebouwd zouden moeten worden, om alleen al het Duitse kernafval te transmuteren, wat tussen 150 en 300 jaar zou duren.[21][22]

Zie ook

Referenties

  1. ↑ (en) Classification of Radioactive Waste. Internationaal Atoomenergieagentschap (2009). Pdf-document Gearchiveerd op 22 december 2021. Geraadpleegd op 11-11-2021.
  2. 1 2 3 IAEA Nuclear Safety and Security Glossary.Pdf-document IAEA, 2022 (4 MB) Zie lemma 'waste classes' op p. 226-228
  3. 1 2 3 4 5 6 Inventaris radioactief afval in Nederland. COVRA (september 2014). Gearchiveerd op 11 november 2021. Geraadpleegd op 11 november 2021.
  4. ↑ (en) Charles W. Forsberg, Encyclopedia of Physical Science and Technology (Third Edition). Elsevier Science (2003). Geraadpleegd op 11-11-21.
  5. 1 2 What are the main waste categories? UK Radioactive Waste & Materials Inventory (nov 2025 bekeken)
  6. ↑ Finland's plan to bury spent nuclear fuel for 100,000 years. BBC, 14 juni 2023
  7. 1 2 Kernafval: wat doen we ermee? WISE, update juli 2025
  8. ↑ Covra – De cijfers (nov 2025 bekeken)
  9. ↑ Verwerking hoogradioactief afval (nov 2025 bekeken)
  10. ↑ Soorten radioactief afval. COVRA (nov 2025 bekeken)
  11. ↑ Backgrounder on Radioactive Waste. U.S.NRC, update jan 2024.
    "Transuranic wastes, sometimes called TRU, account for most of the radioactive hazard remaining in high-level waste after 1,000 years. Radioactive isotopes eventually decay, or disintegrate, to harmless materials. Some isotopes decay in hours or even minutes, but others decay very slowly. Strontium-90 and cesium-137 have half-lives of about 30 years (half the radioactivity will decay in 30 years). Plutonium-239 has a half-life of 24,000 years."
  12. ↑ Kop in het zand over opslag nucleair afval: Nederland draalt, Finland is goed voorbereid. Hans van Zon, AD, 15 dec 2024
  13. ↑ World Information Service on Energy, UK: New public consultation on radwaste policy. Gearchiveerd op 7 oktober 2018. Geraadpleegd op 8 april 2009.
  14. ↑ Department for Environment, Food and Rural Affairs, Managing Radioactive Waste Safely. Gearchiveerd op 21 december 2003. Geraadpleegd op 7 oktober 2018.
  15. 1 2 (en) Edwards R., Leaky drums spill plutonium on ocean floor. New Scientist (22 juli 1995). Gearchiveerd op 29 oktober 2020. Geraadpleegd op 15 april 2019.
  16. 1 2 3 (en) Nuclear Wastes in the Arctic: An Analysis of Arctic and Other Regional Impacts From Soviet Nuclear ContaminationPdf-document, p. 26-30 en 42. Office of Technology Assessment (OTA), sep 1995 (gearchiveerd)
  17. ↑ Te veel radioactief afval: elk jaar dumpingen
  18. ↑ (en) United Nations — Treaty Series Amendments adopted by resolution LC.51(16)Pdf-document, geraadpleegd op 7 juli 2014
  19. ↑ (en) American Physical Society (1978). Report to the American Physical Society by the study group on nuclear fuel cycles and waste management. APS. Gearchiveerd op 1 november 2020.
  20. ↑ Partitie en Transmutatie. Labyrint, 22 feb 2011 (gearchiveerd)
  21. ↑ Verkorting levensduur kernafval niet realistisch. Herman Damveld, Laka, 8 maart 2018
  22. ↑ (de) Faktencheck: Transmutation. Bundesamt für kerntechnische Entsorgungssicherheit, 6 feb 2018 (gearchiveerd)

Bronnen

  • Chris G. Whipple, Can Nuclear Waste Be Stored at Yucca Mountain? Scientific American, June, 1996
  • Bullen, Daniel B. and James M. McCormick. Disposing of the world's excess plutonium Policy Studies Journal, 1998
  • Advies commissie milieubeheer, volksgezondheid en consumentenbeleid, Europees parlement, 2003
Dit artikel is uitgegeven door Wikipedia. De tekst is beschikbaar onder Creative Commons Attribution-Share Alike 4.0, tenzij anders vermeld. Voor de mediabestanden kunnen aanvullende voorwaarden gelden.