ONDERZOEKSJAARVERSLAG 2014
INHOUD
ONDERZOEKSJAARVERSLAG 2014 Introductie
5
Nucleaire veiligheid
7
Stralingsbescherming
9
Oplossingen voor radioactief afval
10
Een CO2-arme energievoorziening
13
Kennisopbouw en -transfer
15
COLOFON
Teksten en productie Art de Vos, Krimpen a/d IJssel Afdeling Communications NRG Fotografie Hein van den Heuvel, Amsterdam Vormgeving Axioma Communicatie, Baarn
NRG ONDERZOEKSJAARVERSLAG 2014
INTRODUCTIE Nucleair onderzoek in Nederland staat al jaren op hoog niveau en heeft internationaal aanzien. NRG verricht namens de Nederlandse samenleving onderzoek om de Nederlandse nucleaire kennis uit te breiden en uit te dragen. Opdrachtgever is de Nederlandse overheid. De financiële middelen worden jaarlijks afgestemd met het Ministerie van Economische Zaken. De Nederlandse overheid stelt vier prioriteiten aan het maatschappelijk relevant nucleair onderzoek dat NRG uitvoert: 1. Het waarborgen en continu verbeteren van nucleaire veiligheid 2. Het beschermen van mens en milieu tegen straling 3. Het optimaliseren van oplossingen voor radioactief afval 4. Het realiseren van een CO2-arme energievoorziening NRG richt zich vooral op praktisch en toegepast onderzoek. Daarbij wordt nadrukkelijk de verbinding met de stakeholders gezocht. Daarnaast participeert NRG namens ons land in toekomstgerichte Europese en internationale onderzoeksprogramma’s en projecten. Voorbeelden zijn het kernfusieproject ITER en het onderzoeksproject THINS, dat alle R&D op het gebied van koeling voor geavanceerde innovatieve reactoren bundelt.
Het publieke toegepaste onderzoek van NRG is grofweg te verdelen in: • Het modelleren en simuleren van nucleaire processen (zoals het gedrag van de kern, het koelsysteem, en de componenten en gebouwen) en daarover adviseren • Experimenteel onderzoek in de Hoge Flux Reactor (bestralingen) en laboratoria (nabestralings onderzoek, kwalificaties en tests) • Publieksvoorlichting: pers en publiek voorlichten over het internationale onderzoekswerk van NRG. De grote uitdagingen waarvoor NRG de afgelopen jaren werd gesteld, hebben ook effect gehad op het onderzoeksprogramma. De optimalisatie en hernieuwde ingebruikname van de nucleaire infrastructuur beïnvloedden de voortgang van lopend onderzoek. Vertragingen bleven echter beperkt en konden in de meeste gevallen in 2014 weer worden ingelopen. Naast het in dit verslag beschreven publiek gefinancierde onderzoek, is NRG commercieel actief met onderzoeksopdrachten uit de private sector. NRG werkt uiteraard voor de nucleaire industrie, maar ook onder meer voor de olie- en gasindustrie en de halfgeleiderindustrie. Daarnaast worden in de HFR op grote schaal medische isotopen geproduceerd voor de (internationale) nucleaire geneeskunde.
5
NUCLEAIRE VEILIGHEID In de nucleaire industrie heeft veiligheid overriding priority. Alles draait om het veilig ontwerpen en bedrijven van nucleaire installaties en het veilig omgaan met radioactieve processen en stoffen.
Leren van Fukushima De nucleaire sector blijft leren van het nucleaire ongeluk dat werd veroorzaakt door de aardbeving en de daaropvolgende tsunami in Fukushima (Japan, 2011). Zo is er veel aandacht voor de robuustheid van kerncentrales, die veel steviger moeten zijn dan de wettelijke eisen die bij het ontwerp werden gesteld. De uitdaging is om vast te stellen hóe stevig ze daadwerkelijk zijn. Daarom worden modellen ontwikkeld, waarmee ongevallen kunnen worden gesimuleerd. NRG heeft in 2014 gewerkt aan het verbeteren van een model dat een breuk in de hoofdstoomleiding van een kerncentrale simuleert. Het onderzoek is er vooral op gericht om praktische onzekerheden in de uitkomsten te verkleinen. Daarnaast heeft NRG een model ontwikkeld voor het gebruik van een ijscondensor. Deze wordt in koude landen (zoals Finland) gebruikt om onder ongevalsomstandigheden vrijkomende stoom te koelen. De validatie van het model werd in 2014 vrijwel afgerond; in 2015 worden de puntjes op de ‘i’ gezet. Waterstofexplosies verergerden het ongeval in Fukushima. De reactorinsluiting en de veiligheidssystemen van een kerncentrale moeten bij een waterstofexplosie daarom intact blijven. Daarvoor is kennis nodig van de drukgolf na een waterstofexplosie. Er is in 2014 veel onderzoek gedaan
naar de betrouwbaarheid en de praktische bruikbaarheid van de bestaande modellen. Waar deze tekortschieten, werkt NRG aan verbeteringen. Ook werkt NRG met internationale partners aan de ontwikkeling van geavanceerde verbrandingsmodellen voor verschillende waterstofmengsels. Daarin worden ook de effecten van bijvoorbeeld vrijgekomen stoom op de verbranding meegenomen. Tenslotte heeft NRG gewerkt aan toekomstige robuuste koelsystemen voor splijtstofopslagbassins. De gebeurtenissen in Fukushima maakten duidelijk dat de koeling van zo’n splijtstofopslagbassin (waarin gebruikte splijtstof staat) ook kan falen. Daardoor zou in het uiterste geval het bassin kunnen droogkoken, waarna de splijtstofelementen bezwijken. Bekeken wordt of er ook een koelsysteem bedacht kan worden dat passief is. Dat wil zeggen dat het ook kan werken zonder (elektrische) aandrijving. In 2015 volgt evaluatie van de uitgedachte concepten.
Veiligheid digitale bediening Veel kerncentrales in de wereld worden voortdurend aangepast aan de laatste stand der techniek. Zo worden steeds vaker digitale meet- en regelsystemen toegepast. NRG werkt internationaal aan de ontwikkeling van faalmodellen voor probabilistische veiligheidsanalyses van dit soort systemen. In 2014 is concreet gerekend aan
7
de bijdrage aan de veiligheid van verschillende soorten back-up systemen.
Veiliger splijtstof Van oudsher heeft NRG veel onderzoek verricht naar de kwalificatie van splijtstoffen voor lichtwaterreactoren. Daarbij wordt de splijtstof in een experimentele faciliteit gecontroleerd blootgesteld aan toenemend vermogen. Er is in de wereld hernieuwde belangstelling voor deze schaarse kennis en kunde. In 2014 is onderzocht wat de haalbaarheid is om hiervoor nieuwe onderzoeksvoorzieningen te bouwen, eventueel met financiering vanuit de industrie. Er liggen inmiddels twee concepten op tafel, die binnen twee jaar gerealiseerd zouden kunnen worden. Splijtstof zit in de reactor opgesloten in splijtstofstaven die samen splijtstof elementen vormen. Deze splijtstof elementen worden tijdens reactor bedrijf zeer zwaar belast. NRG doet met drie dimensionale Computational Fluid Dynamics (3D CFD) technieken onderzoek naar problemen met buigende en trillende splijtstofelementen. Met 3D CFD worden de omstandigheden in een kernreactor nagebootst. NRG wil daarmee het gedrag van de splijtstofelementen in het koelmiddel kunnen voorspellen; vanaf detailniveau via een volledig splijtstofelement tot de hele kern. In 2014 is een eerste stap
NUCLEAIRE VEILIGHEID
gezet om via (inter)nationale samenwerking over circa drie jaar tot validatie te komen. Omdat splijtstof in de reactor bloot staat aan een combinatie van een hoog neutronenveld en hoge temperaturen, is het nuttig om te weten wat het effect hiervan is op de kwaliteit van de splijtstof. Daarom heeft NRG in 2014 gewerkt aan het optimaliseren van haar onderzoek naar kruip in splijtstof. Om ingewikkeld en langdurig experimenteren te beperken, heeft NRG gewerkt aan een efficiëntere methode die in 2015 in de pilot-fase zal komen. Hiervoor heeft NRG een aantal ondersteunende activiteiten ontplooid, zoals de ontwikkeling van (onderzoeks)software. Ook heeft NRG het ministerie van Economische Zaken voorgesteld te gaan participeren in een internationale onderzoeksgroep. Hierover komt in 2015 meer duidelijkheid.
Nucleaire data De internationale nucleaire gemeenschap deelt en gebruikt nucleaire data om kernenergie veiliger te maken. NRG speelt hierin een prominente rol. In 2014 is gestart om NRG’s nucleaire data-methoden te koppelen aan de veiligheid (kriticiteit) van de opslag van gebruikte splijtstof. Er is belangstelling van het Zweedse Vattenfall. Samenwerking met Zweden uitte zich ook in een collegecyclus op de universiteit van Uppsala. Tenslotte zijn er enkele wetenschappelijke artikelen gepubliceerd over de bepaling van onzeker heden rond de theorie van nucleaire data en de praktijk in de reactor.
Bedrijfsduurverlenging Wereldwijd zijn ongeveer 350 licht waterreactoren in bedrijf. Voor de meerderheid hiervan wordt bedrijfs-
NRG ONDERZOEKSJAARVERSLAG 2014
duurverlenging gepland. Exploitanten moeten aantonen dat dit veilig en verantwoord is. Er is grote belangstelling voor praktijkstudies, experimenten en modellen die het gedrag van materialen kunnen voorspellen. NRG onderzoekt de invloed van onder meer straling op de materiaalsamenstelling (en daarmee op de levensduurverwachting) van reactorvatstaal. In 2014 heeft NRG twee stukken reactorvatstaal ontvangen. Het ene is gedurende 27 jaar bestraald geweest, het andere is 27 jaar lang blootgesteld aan dezelfde temperaturen zonder dat het bestraald werd. Deze stukken staal zijn daardoor uniek in de wereld. Onderzocht wordt hoezeer het bestraalde staal is veranderd ten opzichte van het oorspronkelijke referentiemateriaal. Daarnaast ontwikkelt NRG praktische modellen om de levensduur van componenten te voorspellen. Een goed bijvoorbeeld is het model dat het gedrag van de circa 200 reactorvat-bouten van een drukwaterreactor voorspelt. Het model is positief ontvangen op een internationale wetenschappelijke conferentie in Frankrijk. Een ander voorbeeld is het moderniseren van de lek-voor-breuk en vermoeiingsbeoordelingsmethoden. Lek-voor breuk is een veiligheidsconcept volgens het principe dat een (hypothetisch) scheurtje in een leiding een detecteerbaar lek oplevert. Dit geldt als een waarschuwing vóór de pijp breekt. NRG werkt samen met Nederlands Lucht- en Ruimtevaart Laboratorium (NLR) aan grotere nauwkeurigheid van de voorspellingen door het in kaart brengen van de effecten van onzekerheden in de berekeningen. Bij vermoeiing gaat het om voortschrijdende degradatie van materiaal door gebruik. Denk aan de interactie
8
van staal van het primair systeem van een kerncentrale met het koelmiddel. NRG heeft meerdere methoden die dit effect kunnen voorspellen met elkaar vergeleken en vastgesteld dat de resultaten nogal gespreid zijn. De keuze voor een bepaalde methode beïnvloedt dus ook het resultaat. In 2014 heeft NRG onderzocht of met de beschikbare praktijkdata betrouwbare computersimulaties van vermoeiing zijn te maken. De eerste resultaten zijn veelbelovend. Naast modellering is NRG ook in de praktijk actief met vermoeiingsinspecties in kerncentrales. NRG werkt voortdurend aan de ontwikkeling en verbetering van ultrasone inspectiemethodes. De conclusie is dat de nieuw ontwikkelde Phased Array techniek beter is dan de conventionele technieken. De komende jaren zal NRG met eigen financiering deze complexe techniek marktrijp maken. Een van de gebeurtenissen die de levensduur van een reactor sterk kunnen beïnvloeden is de zogenaamde pressurized thermal shock. Dit is de specifieke omstandigheid, waarbij abrupt relatief koud noodkoelwater in een warme reactor wordt gebracht. Het gedrag van dit koelwater en de warmteoverdracht in de reactor zijn met de voorhanden gegevens niet te berekenen. Daarom wil NRG aanvullende data verkrijgen met CFD-simulatietechnieken. Vanwege de benodigde enorme computerkracht en experimenteervoorzieningen wordt samenwerking gezocht met internationale partners voor de benodigde supercomputertijd.
HOOFDSTUK
STRALINGSBESCHERMING In de nucleaire industrie is alles gericht op het vermijden van onnodige blootstelling aan straling en contact met radioactieve stoffen. Kennen is kunnen en meten is weten zijn de leidraad.
Dosimetrie Professionals die werken met radioactieve processen en stoffen dragen dosimeters om hun persoonlijke blootstelling aan straling te registreren. Deze gebruikers hechten grote waarde aan de kwaliteit, betrouwbaarheid, duidelijke rapportage, service, continuïteit en de betaalbaarheid van dosimetriesystemen. NRG verricht onderzoek naar bestaande diensten en mogelijke innovaties. Zo is in 2014 onder meer een pilot begonnen om de geschiktheid van een nieuw type ooglensdosismeter te onderzoeken. De verwachting is dat een beter draagcomfort de acceptatie van dit type ooglensdosismeter verhoogt.
Afscherming Medisch personeel loopt het risico te worden blootgesteld aan straling uit medische installaties. In 2014 heeft NRG een 2D-rekenapplicatie ontwikkeld waarmee de dosis rond (strooi)stralingsbronnen en röntgen- en CT toestellen kan worden berekend. Het model is in 2014 verder uitgebreid en gevalideerd. Met dit rekenmodel kan vastgesteld worden waar en op welke wijze adequate afscherming gerealiseerd kan worden. Het doel is om blootstelling van het personeel en de omgeving te minimaliseren.
toezichthoudend deskundige worden gevolgd. NRG ontwikkelt doelgroepgerichte trainingen. Voor medisch personeel zoals OK- of CCU-assistenten is gestart met het ontwikkelen van een e-learning module die ook geschikt wordt gemaakt voor andere doelgroepen. Ook voor cyclotronoperators en -laboranten is een specifiek programma ontwikkeld. Internationaal is NRG actief via het European Network on Education and Training in RAdiological Protection (ENETRAP). NRG is in dit verband onder andere verantwoordelijk voor de verspreiding van de nieuwste inzichten via websites.
Training Elk bedrijf dat werkt met radio activiteit of straling moet zijn werknemers hierover voorlichting en passende instructie aanbieden. Soms moet een erkende cursus tot algemeen coördinerend of
Verspreiding radioactiviteit in water Door de gebeurtenissen in Fukushima is er veel aandacht voor de verspreiding van en blootstelling aan radioactiviteit in water. NRG
9
doet in internationaal verband onderzoek naar verbetering en uitbreiding van reeds beschikbare modellen waarmee uitspraken gedaan kunnen worden over de verspreiding van radioactiviteit in het milieu. Die modellen zijn verder geschikt gemaakt voor het modelleren van nuclideverspreiding. Vervolgens is een studie uitgevoerd naar het transport en de verspreiding van radionucliden in de Baltische zee naar aanleiding van het ongeval in Tsjernobyl. De resultaten zijn vergeleken met experimentele data en met de uitkomsten uit andere modelleerstudies. De resultaten van de modelstudies blijken goed overeen te komen met de experimentele data.
OPLOSSINGEN VOOR RADIOACTIEF AFVAL Nucleaire technologie kent heel veel toepassingen: van energieopwekking tot meettechniek en als onderdeel van medische behandelingen. Ook sectoren met niet-nucleaire activiteiten kunnen in hun bedrijfsvoering te maken krijgen met radioactief afval. Denk aan offshore bedrijven en erts- en mineraalverwerkende industrieën. Ook hun afvalstromen vereisen zorg en aandacht, waarbij alle inspanningen erop gericht zijn dat deze stoffen mens en milieu zo min mogelijk belasten.
Karakterisering, scheiding en hergebruik radioactief beton De opslag van radioactief afval is duur. Hoe beperkter het volume, hoe aantrekkelijker. NRG heeft in het afgelopen decennium technologie ontwikkeld om vast radioactief afval te karakteriseren en te scheiden. Eén van de grootste afvalstromen is beton uit bijvoorbeeld ontmantelde nucleaire installaties. Veel daarvan is (zeer) laag geactiveerd of besmet. Het loont daarom om onderzoek te doen naar hergebruik als alternatief voor opslag bij de COVRA. Daarbij is ook gekeken naar het mogelijk vrijkomen van nucliden uit dit beton en naar de kwaliteitseisen die een rol spelen bij een mogelijk hergebruik. Onderzoeksresultaten voor licht geactiveerd (radioactief) beton zijn vergeleken met de huidige wet- en regelgeving. Uit die vergelijking blijkt dat het mogelijk is om zeer licht geactiveerd beton als grondstof te recyclen, zodat het niet afgevoerd hoeft te worden naar de COVRA. Als eerste zijn de door NRG reeds gebruikte meettechnieken beschreven en geëvalueerd. Vervolgens zijn methodes ontwikkeld om de bestaande praktijk, waarin een beperkt aantal nuclides gemeten worden uit te breiden met twee andere nuclides. Zo ontstaat een vollediger beeld van de inventaris. Voor één van deze twee nuclides, het veel
NRG ONDERZOEKSJAARVERSLAG 2014
voorkomende C-14, is een nieuwe methode ontwikkeld. Deze methode zal in 2015 definitief opgeleverd worden. De uitdaging bij het meten van de samenstelling van een complexe afvalstroom is het onderscheiden van de straling van een ‘echte’ bron van ‘strooistraling’ uit de omgeving van de bron en de meetapparatuur zelf. In samenwerking met TU Delft is een aanpassing ontwikkeld, waarmee het onderscheid tussen beide typen straling beter vastgesteld kan worden.
Volumereductie overig radioactief afval NRG heeft in 2014 haar onderzoek voortgezet naar volumereductie van een aantal bekende radioactieve afvalstromen. • Pyrolyse (een vorm van verbranding) is kansrijk voor de gecontroleerde verbranding van radioactieve organische materialen. Het organisch materiaal wordt omgezet in een anorganische (dode)reststof. De verbrandingsproducten zoals rookgassen worden gereinigd, gemeten en geloosd. In een sterk gereduceerd volume wordt de as met de radioactieve bestanddelen als radioactief afval afgevoerd naar de COVRA. • Radioactief verontreinigd water kan met succes worden behandeld,
10
zo blijkt uit een testopstelling met omgekeerde osmose (een vorm van membraanfiltering). Er blijven slechts kleine hoeveelheden radioactief afval over. Omgekeerde osmose kan dus een rol spelen bij waterbehandeling. • Zeer licht besmet en geactiveerd metaal kan goed gerecycled worden voor een nuttige toepassing in (met name) de nucleaire industrie. NRG beschikt over de logistiek (vergunningtechnisch en infrastructureel) die recycling mogelijk zou kunnen maken. Dit staal hoeft dan niet als radioactief afval naar de COVRA te worden afgevoerd. Aanvullend onderzoek is nodig om de mogelijkheden en eventuele beperkingen verder te inventariseren.
Verwerking NORM Ook offshore en ertsverwerkende bedrijven produceren radioactief afval: het zogenaamde NORM-afval (Naturally Occurring Radioactive Materials). Bij de olie- en gaswinning raken onderdelen zoals pijpen en afsluiters verontreinigd door opeenhoping van natuurlijk voorkomend radioactief materiaal. NRG heeft een meetsysteem ontwikkeld dat ter plekke als screening tool kan dienen voor de classificatie van NORM. In 2014 is gewerkt aan de verbetering van deze tool en is er een meetopstelling gemaakt. Er zullen nog extra tests uitgevoerd moeten worden om
OPLOSSINGEN VOOR RADIOACTIEF AFVAL
de meetnauwkeurigheid te toetsen. Dat is belangrijk voor de classificatie van vrijgestelde, meldingsplichtige en vergunningsplichtige NORM. In 2015 wordt de meetopstelling verder geoptimaliseerd. Omdat NORM naast radioactieve bestanddelen vaak ook zware metalen bevat, is ook onderzoek gedaan naar de karakterisatie daarvan. Want ook de hoeveelheid zware metalen in het afval heeft gevolgen voor de wijze waarop het afval behandeld en opgeslagen moet worden. Op basis van een analyse is een prototype meetopstelling gedefinieerd. Kalibreren, testen en optimaliseren van het meetsysteem vindt vanaf 2015 plaats.
Eindberging radioactief afval Het hoog-actieve afval, onder andere afkomstig van de kerncentrale in Borsele, wordt verzameld bij COVRA. Het ligt daar tijdelijk opgeslagen, wachtend op definitieve berging in de diepe ondergrond. Voor het onderzoek naar de eindberging van radioactief afval is door de Nederlandse overheid een apart, nationaal onderzoeksprogramma opgezet met de naam OPERA. NRG voert een groot deel uit van het onderzoek binnen OPERA. In aanvulling daarop wordt een aantal activiteiten van NRG binnen OPERA gefinancierd vanuit het onderzoeksprogramma. De belangrijkste activiteiten in 2014 waren de ontwikkeling van de Safety Case en het lange-termijn eindbergingsonderzoek in Nederland; deelname aan de ontwikkeling van meerdere internationale projectvoorstellen; workshops, fora, seminars, congressen voor het verzamelen van voor OPERA relevante informatie. De ervaringen hiervan zijn vastgelegd in een rapport. De organisatie van een eigen seminar over dit onderwerp is uitgesteld tot 2015.
Levensduurverkorting radioactief afval De bestanddelen plutonium en americium bepalen in hoge mate de levensduur van radioactief afval. Door
NRG ONDERZOEKSJAARVERSLAG 2014
deze actiniden te verwerken in verse splijtstof en vervolgens opnieuw in een reactor te doen, wordt de levensduur aanmerkelijk bekort. In 2014 is een nieuw experiment voorbereid, de bestraling van een eerder experiment afgerond en de resultaten van een nabestralingsonderzoek geëvalueerd. Zo is er mengoxide (MOX) met een toevoeging van 3 procent americium bestraald; de bestraling zal in 2015 afgerond worden. De resultaten van ‘gewoon’ uraniumoxide met een toevoeging van 15 procent americium zijn in 2014 gerapporteerd. De resultaten worden gebruikt in modellen, die het gedrag van deze splijtstof tijdens bestraling voorspellen. Daarnaast wordt in Europees verband ook gekeken naar het gedrag en de verdere recyclingmogelijkheden van bestraalde innovatieve splijtstoffen.
Gedrag splijtstofelementen Voor nieuwe generaties reactoren die de levensduur van radioactief afval kunnen verkorten analyseert NRG samen met Amerikaanse, Duitse en Italiaanse partners het warmtetransport rond splijtstofelementen. In Duitsland en Italië worden experimenten gedaan, terwijl de Amerikanen high-fidelity data zullen genereren met behulp van supercomputers. Daarmee kan NRG werken aan de validatie van een pragmatische rekenmethode, waarmee allerlei scenario’s worden doorgerekend. Daaronder ook ongevalsomstandigheden, zoals het gedeeltelijk wegvallen van koelmiddel of wat er gebeurt als een splijtstofelement vervormd is. NRG bevindt zich inmiddels in de internationale voorhoede van het analyseren van de koeling van dit soort splijtstofelementen voor nieuwe generaties reactoren.
Nieuwe reactoren Uiteraard leiden de gebeurtenissen in Fukushima ook tot hernieuwde aandacht voor de robuustheid van nieuwe generaties kerncentrales. Het merendeel daarvan wordt gekoeld door vloeibare metalen en verkorten
12
de levensduur van radioactief afval. Om de robuustheid van dit soort metaalgekoelde reactoren te bepalen, gaan experimenten hand-in-hand met berekeningen op systeemniveau. Op dit gebied wordt de door NRG ontwikkelde flexibele code SPECTRA ingezet. Door in deze code informatie uit gedetailleerde CFD berekeningen te gebruiken, wordt het gedrag van het primaire systeem in kaart gebracht. Zo ontstaan er mogelijkheden om grotere robuustheid te analyseren. Begin 2014 is voor het IAEA het primair systeem van de Amerikaanse natriumgekoelde testreactor EBR-II gemodelleerd. De ‘blinde’ berekeningsresultaten zijn opgeleverd aan het IAEA. Verder heeft NRG een gedetailleerd model gemaakt van het binnenvat van de Belgische MYRRHA-reactor. Het doel was om te onderzoeken of het mogelijk is om door het handhaven van een uniforme koelmiddeltemperatuur materiaalspanningen te minimaliseren. De resultaten zijn gerapporteerd aan het MYRRHA-ontwerpteam. Naast de robuustheid van het ontwerp is er internationaal ook veel aandacht voor de economische haalbaarheid van nieuwe generaties kerncentrales. Eind 2014 is gestart met de economische analyse van kleine metaalgekoelde reactoren, zoals de voorgenomen loodgekoelde demonstratiereactor ‘ALFRED’. Er wordt samengewerkt met de Italiaanse reactorontwerper Ansaldo. Ook heeft NRG in 2014 in het kader van een IAEA workshop het initiatief genomen en bijgedragen aan de identificatie van thermo-hydraulische issues voor metaalgekoelde snelle reactoren. Tenslotte heeft NRG gewerkt aan simulatie-tools voor het gedrag van de kern van reactoren die minimale hoeveelheden radioactief afval produceren. NRG onderhoudt en levert hiervoor de nucleaire data.
EEN CO2-ARME ENERGIEVOORZIENING In een toekomstige CO2-arme energievoorziening zal (zeker in de nabije toekomst) nucleaire energie een belangrijke rol spelen. Naast kernsplijting wordt ook een belangrijke rol toegekend aan kernfusie.
Fusie Het fusie-onderzoek bij NRG richt zich vooral op het testen en kwalificeren van materialen en componenten van de zogenaamde ‘eerste wand’ van de experimentele fusiereactor ITER. Deze reactor wordt door de wereldgemeenschap gebouwd in het Franse Cadarache. De ‘eerste wand’ schermt de neutronenstraling en de grote hitte van het fusieplasma af van de rest van de installatie. In 2014 zijn bij NRG in samenwerking met buitenlandse partners monsters bestraald en bestraalde monsters aangeleverd voor analyse en beproeving in de NRG Hot Cell Laboratories. De rapportage van de resultaten loopt door tot in 2015.
worden gebruikt (Eurofer). Het blijkt dat NRG voorziet in een kennisleemte in alle andere nucleaire databibliotheken in de wereld. Ook neemt NRG als enige de onzekerheid in de nucleaire data mee. Deze stap voorwaarts kan grote impact hebben op analyses van zowel fusie- als splijtingsreactoren. Ook heeft NRG in 2014 gewerkt aan een bijdrage aan een internationaal IAEA-rapport over de eigenschappen van ODS-staal (Oxide Dispersion Strengthened staal). NRG voerde breuktaaiheidsproeven uit en deed microscopisch onderzoek naar de beproefde monsters. De resultaten zijn gerapporteerd aan het IAEA.
Kleine reactoren Ook werkt NRG aan de ontwikkeling van de complexe ‘kweekmantel’ voor de productie van de brandstof van fusiereactoren: tritium. Het kweekmantel-concept wordt getest op de haalbaarheid om de brandstofcyclus van een fusiereactor te sluiten. In juli 2014 is er met de partners een kick off meeting gehouden voor de start van een gezamenlijk nabestralingsonderzoek van eerder bestraalde materialen. Tenslotte werkt NRG mee aan de ontwikkeling van de nucleaire databibliotheek van relevante isotopen voor de staalsoorten die in de fusiereactor
Wereldwijd trekken kleine tot middelgrote nucleaire reactoren (SMRs: Small to Medium sized Reactors) de aandacht. Ze hebben mogelijk veel voordelen. Denk aan veiligheid, beveiliging, non-proliferatie, afvalmanagement, optimale benutting van grondstoffen, economie en inzetmogelijkheden. NRG is in 2014 een samenwerking gestart met reactorontwerper Westinghouse om SMRs te analyseren. Westinghouse levert gedetailleerde data van hun SMRs ontwerp. NRG heeft in 2014 simulatiemodellen ontwikkeld die in 2015 worden verfijnd en gevalideerd.
13
Ook de economische aspecten van deze reactoren worden bestudeerd. In februari 2014 promoveerde Shashi Jain met zijn proefschrift ‘Investment decisions under uncertainties: A case of nuclear power plants’ aan de TU Delft. De promotie vormt het sluitstuk van een vier jaar lopend onderzoek bij NRG. Dit alles heeft geleid tot een rekenmethode, waarmee toekomstige beslissingen ten aanzien van nucleaire reactoren onderbouwd en geoptimaliseerd kunnen worden. Ook de Hoge Temperatuur Reactor (HTR), en dan met name de zoge naamde ballenreactor, heeft gunstige eigenschappen die een belangrijke rol kunnen spelen in de CO2-arme energievoorziening van de toekomst. Het concept is erg veilig, modulair uitbreidbaar en kan gebruikt worden voor de gecombineerde productie van proceswarmte en elektriciteit. Hij zou ingezet kunnen worden in een industriële omgeving. In China is deze reactor in de demonstratiefase. NRG heeft van oudsher aanzienlijk bijgedragen aan de ontwikkeling van dit type reactor. In 2014 zijn met behulp van röntgentomografie van meer dan 500 particles uit bestraalde brandstof de laagdiktes bepaald om de kwaliteit ervan vast te stellen. De dataverwerking is samen met de universiteit van
EEN CO2-ARME ENERGIEVOORZIENING
Manchester uitgevoerd en de laag diktes en veranderingen van alle lagen zijn bepaald. Het onderzoek geeft inzicht in de interne krachten en spanningen die overblijven tijdens bestraling van de coatings van de particles. De brandstofparticles zitten opgesloten in grafietballen. Grafiet wordt gebruikt als moderator van het kernsplijtingsproces. Daarom is het belangrijk om inzicht te hebben in het gedrag van grafiet in de reactor. Ook in 2014 is hier weer met verschillende experimenten onderzoek naar verricht. De HTR heeft een veilig ontwerp. Om hem nog veiliger te maken, vindt er onderzoek plaats op deelaspecten. 3D-modellering heeft eerste inzichten opgeleverd over het transport en de verspreiding van grafietstof in het
NRG ONDERZOEKSJAARVERSLAG 2014
ballenbed. Daarna analyseerde NRG met succes gegevens uit een Zwitsers experiment over menging van verschillende koelmiddelstromen. Dat zou tot vermoeiing van installatiedelen kunnen leiden. En na koelmiddelsimulaties kreeg NRG duidelijkheid over de levensduur van de intermediate warmtewisselaar. Zo heeft NRG in de afgelopen jaren veel bijgedragen op het gebied HTR-modellering. Echter, NRG zal hiermee niet zelfstandig verdergaan. Wel ondersteunt NRG het Poolse NCBJ bij de modellering van het thermo-hydraulisch gedrag van een ballenbed. De ondersteuning van de Poolse collega’s loopt door tot in 2015.
Experimenteel onderzoek Wereldwijd is er groeiende belang stelling voor de gesmolten zout reactor
14
(Molten Salt Reactors, MSRs). Het is op papier een goed presterend reactorconcept in termen van gebruik van grondstoffen. Bovendien kan het ontworpen worden met een veiligheidssysteem dat grotendeels gebaseerd is op passieve elementen. Vanwege de belangstelling in onder meer China en de VS wil NRG ondersteunende technologie ontwikkelen. NRG concentreert zich op de kwalificatie van materialen, de veiligheid van het primair systeem in ongevalscenario’s en het filteren van de splijtingsproducten uit het primair systeem. Eind 2014 is NRG begonnen met een ontwerp voor een eerste zoutbestraling om de stabiliteit van splijtingsproducten in het zout te bepalen.
KENNISOPBOUW EN -TRANSFER NRG focust in samenwerking met ECN Beleidsstudies steeds meer op die vraagstukken die relevant zijn voor de Nederlandse samenleving.
Het gaat daarbij om een drietal aandachtsgebieden 1. Business en beleid: wat zijn de ontwikkelingen in het energieconversie domein en welke consequenties hebben die voor nucleaire energie en waar moet Nederland bij aanhaken? 2. Technologie: hoe kunnen we via maatschappelijk ingebedde R&D de beschikbaarheid van energie op de lange termijn zekerstellen? 3. Beslissers: wie nemen er in Nederland en de EU de besluiten, wie hebben er bepalende invloed op de (nucleaire) energiepolitiek en onderzoeksprogramma’s? In de herfst van 2014 is een gezamenlijke ECN-NRG workshop gehouden om de vraagstelling verder aan te scherpen. Begin december zijn vervolgens de voorlopige resultaten hiervan gerapporteerd.
Kennis van computersimulaties In modern nucleair onderzoek spelen computersimulaties een steeds belangrijker rol. De computerkracht is de laatste decennia zo toegenomen, dat complete nucleaire systemen nu tot in detail kunnen worden gesimu leerd. Deze extra computerkracht brengt echter ook een grote ver antwoordelijk met zich mee ten aanzien van de kwaliteit van nucleaire software. Een grotere afhankelijkheid van software vereist betere verificatie en validatie van nucleaire program matuur. NRG heeft zelf dergelijke software ontwikkeld, maar is daar naast ook afhankelijk van internationale ontwikkelingen. Via het World class
physics codes project wil NRG een koppeling tot stand brengen tussen deze nucleaire software en voor NRG nieuwe toepassingsgebieden. Synchroon met World class physics codes heeft NRG nieuwe computa tionele analyse-technieken ontwikkeld voor nucleaire veiligheidsissues zoals kriticiteit, neutronica, onzekerheids berekeningen en nucleaire data. Te denken valt aan karakteristieken van (hoge) opbrand en de opslag en transport van gebruikte splijtstof. NRG streeft ernaar om deze technieken uiteindelijk in te kunnen zetten voor utilities. Het plan is om een en ander in samenwerking met het Zweedse Vattenfall verder uit te diepen. In een internationale samenwerking gefaciliteerd door de OECD/NEA werkt NRG aan het veiliger maken van kokend water reactoren. Het thermohydraulisch model en het fysisch model van de kern zijn inmiddels gereed en de eerste resultaten zijn inmiddels aan OECD/NEA geleverd. Tenslotte heeft NRG in 2014 haar literatuurstudie voortgezet naar het combineren van 3D-modellen met technieken die modellering van een reactor op systeemniveau toelaten (multiscale thermo-hydraulische analyses). In 2013 heeft NRG een aantal koppelingsmethoden onder zocht en een voorlopige selectie gemaakt. In 2014 heeft NRG deze methode verder ontwikkeld en is gestart met de validatie aan de hand van berekeningen op reactorschaal.
15
Publieksinformatie Tijdens de Nuclear Security Summit in Den Haag in 2014 heeft NRG tientallen nationale en internationale mediaverzoeken ontvangen van zowel schrijvende pers als radio en televisie. De centrale vraag was op welke wijze Nederland in het algemeen (en NRG in het bijzonder) bijdraagt aan het verminderen van de beschikbaarheid van proliferatiegevoelig materiaal. Daarbij is onder andere ingegaan op de onderzoeken die NRG doet in het kader van recycling van radioactief afval, bijvoorbeeld in de vorm van gemixte brandstof. NRG was actief betrokken bij de (parallelle) Nuclear Industry Summit (NIS) in Amsterdam. Tweehonderd CEO’s van verschillende nucleaire bedrijven maakten afspraken over onder ander het delen van ‘best practices’, vergroting van de transparantie in de communicatie naar het publiek, de reductie van het gebruik van hoogverrijkt uranium (HEU) en de versterking van de controle op hoogradioactief materiaal. Tijdens de top heeft NRG ook een delegatie van CEO’s ontvangen. In aanloop en ten tijde van de NIS heeft NRG uitleg gegeven over nucleaire technologie, de beveiliging van nucleaire materialen en nucleaire technologie in het dagelijks leven.
NRG Petten Westerduinweg 3 P.O. Box 25 1755 ZG Petten t +31 (0)224 564950 NRG Arnhem Utrechtseweg 310 - R42 P.O. Box 9034 6800 ES Arnhem t +31 (0)26 3568524
[email protected] www.nrg.eu
www.nrg.eu
