ONDERZOEKS- JAARVERSLAG 2016

Transcriptie

1 ONDERZOEKS- JAARVERSLAG 2016

2 INHOUD ONDERZOEKSJAARVERSLAG 2016 Introductie 5 Nucleaire veiligheid 7 Stralingsbescherming 9 Verwerken en bergen radioactief afval 11 Geavanceerde nucleaire technologie 13 Publieke taak en publieksvoorlichting 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 2016

3 NUCLEAR RESEARCH AND CONSULTANCY GROUP De Nuclear Research and consultancy Group (NRG) is dé nucleaire dienstverlener van Nederland. NRG voorziet in de maatschappelijke behoefte aan hoogwaardig nucleair onderzoek en innovatie. Voor de wereldgezondheidszorg is NRG de de grootste producent van medische isotopen met een marktaandeel van circa 30%. Daarnaast is NRG de deskundige en betrouwbare consultant en dienstverlener voor organisaties die met nucleaire technologie of radioactieve producten werken. NRG heeft in Nederland vestigingen in Petten en Arnhem met bijna 500 medewerkers. 3

4 NRG ONDERZOEKSJAARVERSLAG

5 INTRODUCTIE NRG verricht namens de Nederlandse samenleving onderzoek om de Nederlandse nucleaire kennis in stand te houden, uit te breiden en uit te dragen. Opdrachtgever van de inhoud van het onderzoeksprogramma is de Nederlandse overheid. De financiële middelen worden jaarlijks afgestemd met het Ministerie van Economische Zaken. Gegeven de vier prioriteiten van de overheid kan het onderzoek van NRG inhoudelijk grofweg verdeeld worden in: Het modelleren en simuleren van nucleaire processen en het opstellen van aanbevelingen daaromtrent. Voorbeelden daarvan zijn studies naar het gedrag van de kern, koelmiddelen en de integriteit en de mechanische eigenschappen van het koelsysteem. Experimenteel onderzoek in de Hoge Flux Reactor (bestralingen) en laboratoria (nabestralingsonderzoek) gericht op het verkrijgen van gegevens over het gedrag van splijtstof en materialen die langdurig aan straling blootgesteld worden. Het voorlichten van pers en publiek over het internationale onderzoekswerk van NRG. Thematisch is dit onderzoek in vijf samenhangende thema s te ordenen die de leidraad van dit verslag vormen. Het gaat om de aspecten: 1. Nucleaire veiligheid, 2. Stralingsbescherming, 3. Verwerken en bergen van radioactief afval, 4. Geavanceerde nucleaire technologie 5. Publieke taak, publieksvoorlichting Het in dit verslag toegelichte publiek gefinancierde Nederlandse nucleaire onderzoek staat al jaren op hoog niveau en heeft internationaal aanzien. Dit vertaalt zich onder andere in het grote aantal peer-reviewed publicaties (55 stuks in 2016) en deelname aan door de EU (mede)gefinancierde onderzoeksprojecten. Naast het in dit verslag beschreven publiek gefinancierde onderzoek voert NRG ook commerciële opdrachten uit. Met de Hoge Flux Reactor (HFR) is NRG s werelds grootste producent van medische isotopen voor ziekenhuizen en behandelcentra in de hele wereld. Daarnaast voert NRG onderzoeks- en adviesopdrachten uit voor de private sector: vanzelfsprekend voor de nucleaire industrie, maar ook onder meer voor de olie- en gasindustrie en de medische sector. Hierover wordt in een separaat jaarverslag gerapporteerd. Beknopt overzicht 2016 Het afgelopen jaar was het eerste binnen het meerjarig onderzoeksprogramma NRG richt zich vooral op toegepast onderzoek waarbij nadrukkelijk de verbinding wordt gezocht tussen experimenten en simulaties. Het programma is volgens plan uitgevoerd. NRG participeert, mede namens ons land, in Europese en internationale onderzoeksprogramma s en projecten. Op de valreep van het verslagjaar, op 1 december 2016, tekende directeur Niels Unger de overeenkomst voor deelname aan het Halden Reactor Project (HRP). Het Halden Reactor Project is een project van de internationale samenwerkingsorganisatie Nuclear Energy Agency (NEA), onderdeel van de Organisatie voor Economische Samenwerking en Ontwikkeling (OESO/OECD). Binnen het HRP werkt de internationale gemeenschap samen aan het verbeteren en veiliger maken van de huidige generatie kernreactoren waarbij gekeken wordt naar de splijtstof, verouderingsmechanismen, digitalisering van instrumentatie, ontmanteling en de menselijke factor in bedrijfsprocessen. Centraal in het HRP staat de onderzoeksreactor in Halden (Noorwegen) waar onderzoekers uit deelnemende landen een bijdrage leveren aan de uitvoering van het gezamenlijk opgestelde onderzoeks programma. Het is de bedoeling dat begin 2018 hiervoor een medewerker van NRG voor langere tijd in Halden gestationeerd wordt. Naast de inhoudelijke bijdrage van NRG aan het programma is er ook een rol weggelegd voor de nucleaire onderzoeksinfrastructuur van NRG. Mogelijk worden onderdelen van het HRP-programma in Petten uitgevoerd. Met het lidmaatschap van het HRP is de internationale inbedding van het Nederlandse nucleaire onderzoeksprogramma voor de komende jaren verder gegarandeerd. Een ander goed voorbeeld van NRG s internationale betrokkenheid is het Horizon 2020 programma van de Europese Commissie dat ook Europees nucleair onderzoek en innovatie stimuleert. Horizon 2020 loopt sinds 1 januari 2014 met een totaalbudget van ongeveer 80 miljard euro tot

6

7 NUCLEAIRE VEILIGHEID In de nucleaire industrie is veiligheid van het allergrootste belang. Alles draait om het veilig ontwerpen, onderhouden en bedrijven van nucleaire installaties en het veilig omgaan met radioactieve processen en stoffen. Long Term Operation Op veel plaatsen in de wereld worden kerncentrales langer in bedrijf gehouden. Vanzelfsprekend gebeurt dit alleen als de veiligheid aantoonbaar is gewaarborgd. NRG levert de kennis en de kunde waarmee de veiligheid van kerncentrales tot enkele decennia na de initiële ontwerplevensduur kan worden aangetoond. Dit vakgebied wordt ook wel Long Term Operation (LTO) genoemd. Door NRG zijn belangrijke successen behaald. Zo ontving het LTO onderzoeksvoorstel ATLAS+, waaraan NRG heeft bijgedragen, de maximale score bij de beoordeling ervan door de Europese Commissie (15 uit 15 punten). Daarmee werd de hoge kwaliteit van het voorstel onderstreept. Het project start in juni 2017 waarbij het zwaartepunt voor NRG vooral op het vlak van breukmechanica zal liggen. Voor het werk op het gebied van onder andere Pressurized Thermal Shock (PTS) is in 2016 een driejarig samenwerkingsverband afgesloten met het Poolse onderzoeksinstituut NCBJ. Hierdoor krijgt NRG toegang tot de supercomputer van het Świerk Computing Centre. Die toegang is noodzakelijk voor de steeds complexere berekening van de effecten die de injectie van koud noodkoelwater heeft op het reactorvat. Voor de veiligheidsanalyses moet worden aangetoond dat een gepostuleerd defect stabiel blijft tijdens deze injectie, de zogenaamde Pressurized Thermal Shock. De samen werking zal het laatste stuk ontbrekende validatie opleveren voor de thermo-hydraulische berekening van één-fase PTS. Hiermee zal NRG een unieke kennispositie verwerven. Om het gedrag van een reactorvat voorbij de verwachte veertig productiejaren nog beter te kunnen voorspellen, maakt NRG gebruik van een serie reactorvatstaalmonsters. Het gaat om onbestraalde en in praktijkomstandigheden bestraalde stukken staal, afkomstig van een Armeense kerncentrale. Het bestraalde en onbestraalde staal wordt binnen een meerjarenprogramma samen met internationale partners onderzocht. De goed gedocumenteerde monsters uit de Armeense kerncentrale worden gekarakteriseerd door langs experimen tele weg de mechanische eigenschappen zoals de breuksterkte te bepalen. Met behulp van de elektronenmicroscoop is de microstructuur beschreven. In het onderzoek naar de effecten van langdurige blootstelling aan neutronenstraling tijdens reactorbedrijf is in 2016 vastgesteld dat het neveneffect van de temperatuur hierbij minimaal is. Met die wetenschap in het achterhoofd zullen in 2017 de bestraalde monsters mechanisch gekarakteriseerd gaan worden. Met deze kennis wordt het inzicht vergroot in het (toekomstig) gedrag van reactorvatstaal. Bijzonder was de NRG-bijdrage aan een OECD/NEA benchmarkstudie naar een gevalideerde methode voor het bepalen van onzekerheden van complexe Computational Fuid Dynamics (CFD) simulaties. CFD, of, in het Nederlands, numerieke stromingsberekeningen, worden gebruikt om complexe 3D-simulaties te maken van het gedrag van gassen en vloeistoffen in ruimtes als reactoren of gebouwen. De verwachting is dat toezichthouders en reactorbedrijvers de zogenaamde uncertainty quantification (onzeker heidsmarge) voor dit soort berekeningen in de toekomst als eis zullen gaan stellen. Bij de beoordeling bleek de door NRG ontwikkelde systematiek de op één na beste te zijn van de 20 deelnemers. Als staal lang blootstaat aan een hoge temperatuur in combinatie met een hoog stralingsveld, kan verbrossing en verharding optreden. Dit kan de levensduur van een kerncentrale beperken en zelfs leiden tot breuk en tot het falen van componenten in een reactorvat. NRG onderzoekt al enkele jaren het effect van temperatuur en straling op het gedrag van bouten die in en aan het reactorvat worden gebruikt. In 2016 heeft NRG gewerkt aan de ontwikkeling van een CFD-model waarmee de invloed van de stroming in een multi-disciplinaire simulatieomgeving meegenomen kan worden met als doel dit gedrag te voorspellen. Ageing Management Met het langer in bedrijf houden van kerncentrales ontstaat er grotere behoefte aan methodes om ver 7

8 NUCLEAIRE VEILIGHEID oudering van installatie-delen te beheersen en te monitoren. NRG neemt deel aan internationale kennisdelingsinitiatieven (OECD en IAEA) en staat reactorbedrijvers bij met het reviewen en ontwikkelen van Ageing Management programma s aan de hand van de laatste inzichten van het IAEA. De beoordeling door de toezichthouder van het Ageing Managementprogramma is een vast en belangrijk onderdeel bij het verkrijgen van een vergunning voor een verlengde bedrijfs voering. Probabilitstic Safety Assessment Na het ongeval in Fukushima is de Probabilitstic Safety Assessment (PSA) van kerncentrales volop in de schijnwerpers komen te staan. Nederland loopt duidelijk voorop met PSA-benadering van externe gebeurtenissen. In 2016 is de studie afgerond naar good practices voor het identificeren van externe gebeurtenissen met behulp van de eerste 2 van 3 PSA niveaus. NRG heeft bijgedragen aan een overzicht van allerlei mogelijke externe gebeurtenissen die een bedreiging vormen voor nucleaire installaties. De resultaten helpen met het vaststellen van geschikte criteria voor besluitvorming op Europees niveau. Uit de goedkeuring van nieuw onderzoek door Horizon 2020 blijkt het internationale belang dat aan de verdere ontwikkeling van de PSAsystematiek wordt gehecht. Dit nieuwe project zal zich richten op gebeurtenissen met hoge onwaarschijnlijkheid van optreden maar met mogelijk ernstige consequenties voor nucleaire installaties en de omgeving. Ook NRG zal hieraan weer bijdragen. Veiligheidsevaluaties Een belangrijke les van Fukushima is dat opgeslagen gebruikte splijtstof in het splijtstofopslagbassin van een kerncentrale kwetsbaar is tijdens ongevalsomstandigheden. NRG heeft met verschillende rekencodes het verlies van koeling in het opslagbassin van Fukushima reactor 4 doorgerekend. Dit onderzoek was onderdeel van een internationale benchmark. Hieruit bleek dat de simulatiemethodiek die NRG heeft ontwikkeld, zeer natuurgetrouw is en zich goed kan meten met de wereldtop op dit gebied. Deze methode is in 2016 verder verbeterd en heeft sterk bijgedragen aan het inzicht in het gedrag van lucht en stoom en de effecten van fysische NRG ONDERZOEKSJAARVERSLAG

9 NUCLEAIRE VEILIGHEID omstandigheden, zoals de aanwezigheid van zirconium, op oxidatieprocessen. Uiteindelijk zal deze kennis leiden tot grotere veiligheid van opgeslagen gebruikte splijtstof. NRG heeft in 2016 met CFD-technieken onder meer ook bijgedragen aan de kennis over het gedrag van waterstof in lucht/stoom-mengsels en het warmtetransport en het gedrag van koelmiddel rond splijtstofelementen in een reactor. Veiliger splijtstof Op het gebied van nucleaire veiligheid is in 2016 opnieuw voortgang geboekt met onderzoek naar de veiligheid van reactorsplijtstof. Die moet onder alle (ook extreme) omstandigheden in een reactor veilig blijven. Splijtstof in de reactor staat bloot aan een combinatie van een hoog neutronenveld en hoge temperaturen. Het is dus belangrijk om te weten wat het effect hiervan is op de kwaliteit en het gedrag van de splijtstof. Hiervoor zijn modellen beschikbaar die gevoed worden met gegevens uit experimenten in de afgelopen decennia. Door het beschikbaar komen van verfijndere meettechnieken is het mogelijk om de afzonderlijke processen die het gedrag van splijtstof bepalen, in detail te bestuderen. NRG onderzoekt het verschijnsel kruip (een blijvende vervorming) in splijtstof. Na een aantal jaren voorbereiding heeft NRG in 2015 een efficiënte online methode in de pilotfase gebracht, dit als alternatief voor ingewikkelde en langdurige experimenten. In 2016 is deze methode getest en gekalibreerd en naar een niveau gebracht voor een bestralingsexperiment dat in augustus 2016 van start is gegaan. Het experiment maakte het mogelijk om de vervorming van splijtstof als gevolg van kruip tijdens bestraling op micrometerschaal te monitoren. Een technisch hoogstandje dat aan het splijtstofonderzoek een nieuwe dimensie geeft. De temperaturen tijdens de succesvolle bestraling varieerden van 500 tot 1200 graden Celsius. De data die dit experiment oplevert zijn essentieel om bestaande thermo-mechanische modellen verder te verfijnen. Het onderzoek zal in de komende jaren duidelijk maken hoe splijtstof zich gedraagt onder normale en abnormale bedrijfsomstandigheden. Binnen een nieuw Horizon 2020 project gaat NRG nog een stap verder door met de nieuwe techniek heel specifiek kruiponderzoek te verrichten aan MOX. Dat is een splijtstof die uit een mengsel van uranium- en plutoniumoxide bestaat. MOX wordt beschouwd als splijtstof voor toekomstige snelle reactoren. Parallel zal er mogelijk nog onderzoek aan gewone uraniumoxide splijtstof plaatsvinden om maximaal rendement uit dit experiment te halen. Betere kennis over het gedrag van splijtstof moet uiteindelijk ook leiden tot de ontwikkeling van ongevalstolerante splijtstof. Oftewel: splijtstof die in ongevalssituaties niet snel leidt tot ernstige incidenten en die geen waterstof vrijlaat, wat in Fukushima leidde tot explosies. NRG werkt in internationaal verband (onder meer via het Halden Reactor Project) samen bij de ontwikkeling van uraniumsilicium-splijtstof. Klassieke splijtstof zit voornamelijk in een omhulling vervaardigd uit een zirconiumlegering. Deze legering kan in ongevalsomstandigheden voor de vorming van waterstofgas zorgen. Met uraniumsilicium-splijtstof kunnen ook andere metalen en materialen als alternatief onderzocht worden die die dit nadeel niet hebben. Passieve veiligheid NRG werkt aan passieve veiligheidssystemen voor kerncentrales. Die zullen ook als er in ongevalsomstandigheden geen elektriciteit beschikbaar is in werking treden. Uit eerder onderzoek van NRG kwam naar voren dat een eenvoudige stoomcyclus met een stoomturbine en een stirling zuigermotor erg kansrijk is. Hiermee kan in ongevalsomstandigheden lokaal elektriciteit gemaakt worden met proceswarmte die al voorhanden is. Met die opgewekte noodstroom kunnen dan vervolgens bijvoorbeeld noodkoelpompen aangedreven worden die voor de noodzakelijke koeling zorgen. In 2016 is een gedetailleerdere haalbaarheidsstudie gedaan die wellicht leidt tot de voorbereiding van een nieuw Horizon 2020-voorstel. Digitale besturing Digitale besturing van kerncentrales is in opkomst als vervanging van de tot nu toe gangbare analoge bediening. NRG verricht veel werk aan de invloed van de betrouwbaarheid van digitale instrumentatie in het kader van probabilis tische veiligheidsmodellen. In 2016 heeft NRG een case study voorbereid voor het categoriseren van functies en de classificatie van systemen. De presentatie van de uitkomsten staat gepland voor Regelgeving NRG neemt voor ons land al vele jaren deel aan het platform voor European Utility Requirements (EUR). Hierdoor kan NRG de laatste internationale ontwikkelingen op het gebied van veilig heid vertalen naar nationale regel geving voor nieuwe en bestaande installaties. Aan de hand van de vergun baarheid van een Koreaanse Generation III reactor voor de Europese markt, wordt door NRG in kaart gebracht hoe nieuwe veilig heidseisen in nieuwe ontwerpen geïmplementeerd worden. 9

10 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. In de eerste helft van 2016 is de meerjarige onderzoeksagenda voor Stralingsbescherming opgesteld. Dat gebeurde op basis van gesprekken met de Autoriteit Nucleaire Veiligheid en Stralingsbescherming (ANVS), het Rijksinstituut voor Volksgezondheid en Milieu (RIVM) en het Belgische nucleaire researchcentrum SCK-CEN. In deze gesprekken werd vastgesteld waar vragen en behoeftes liggen en hoe NRG-onderzoek daaraan kan bijdragen. Er is een viertal thema s vastgesteld: 1) Dosimetrie, 2) Meten en karakteriseren van radon en thoron, 3) Radio-ecologie en emergency preparedness 4) Veiligheidscultuur Deze indeling sluit in grote lijnen aan bij de onderzoeken die de afgelopen jaren al door NRG geïnitieerd zijn. Dosimetrie Radiologische werkers hebben een sterke behoefte om sneller te worden geïnformeerd over de door hen opgelopen dosis. Tot nu toe worden vooral dosismeters gebruikt met thermoluminescentie technologie (TLD) die niet real time kunnen worden uitgelezen. NRG heeft daarom deelgenomen aan een internationaal onderzoek waarin de eigenschappen van de nieuwe generatie dosismeters wordt vergeleken met de gangbare dosismeters. De eerste fase van het onderzoek naar next generation dosismeters laat inmiddels veelbelovende resultaten zien. De zogenaamde Direct Ion Storage-dosismeters (DIS) zijn uitgerust met een bluetooth verbinding en geven direct feed back over de opgelopen dosis. De DIS-dosismeter wordt nu verder onderzocht. In de loop van 2017 kunnen definitieve conclusies worden getrokken over het gebruik van DIS als alternatief voor de gangbare TLD. De Nederlandse Commissie voor Stralingsdosimetrie (NCS) die als taak heeft om advies te geven over de bescherming van de ooglens bij radiologisch werk, heeft NRG als expert in de arm genomen. De jaarlijkse limiet voor de ooglens wordt met ingang van 2018 verlaagd van 150 naar 20 msv. In 2016 is NRG voor de NCS begonnen met het onderbouwende rapport met aanbevelingen voor bescherming van de ooglens. Ook zal de NCS uitspraken doen over de wijze waarop de ooglensdosis gemeten moet worden. Dit rapport zal in 2017 afgerond worden. Radon & thoron Door exhalatie uit de bodem en bouwmaterialen in de gebouwde omgeving staan mensen bloot aan radon en thoron. Zeker is dat dit in bepaalde concentraties schadelijk is voor de volksgezondheid. Dat heeft er toe geleid dat er internationaal meer aandacht is voor dit fenomeen. Daardoor is er internationaal ook grote belangstelling voor de door NRG ontwikkelde methode om snel en adequaat de exhalatie uit bouwmateriaal vast te stellen. Op weg naar de validatie van de methode heeft NRG samen met de verschillende andere methodes die nu in zwang zijn een internationaal assessment doorlopen. De eerste resultaten zijn bemoedigend en werden gepresenteerd bij de opleiding Algemeen Coördinerend Deskundige en bij de Vereniging Industriële Bouw grondstoffen. Nadere uitspraken over de exhalatie-determinatie methode worden in 2017 verwacht. Radio-ecologie en emergency preparedness Op het gebied van Radio-ecologie en emergency preparedness is gewerkt aan de validatie van een model voor de verspreiding van radionucliden in het milieu. Het accent lag op zogenaamde non-human biota (plaatsen waar de mens niet leeft) waarbij gebruik werd gemaakt van gegevens voor de Baltische en Japanse Zee. In overleg met RIVM en Rijkswaterstaat zijn afspraken gemaakt over toepassing van de door NRG ontwikkelde modellen voor de Nederlandse situatie. In 2017 zal een eerste (aangepast) model voor de Nederlandse (kust) wateren verder worden getoetst. Veiligheidscultuur NRG heeft in 2016 verder gewerkt aan de ontwikkeling van instrumenten en methodieken voor nucleaire bedrijven om de veiligheidscultuur te monitoren en te verbeteren. Input hiervoor zijn de bevindingen van een workshop van eind De projectgroep heeft verder een workshop verzorgd voor de cursus Opleiding Algemeen Coördinerend Stralingsdeskundige en een advies opgesteld voor de Nederlandse Vereniging voor Stralingshygiëne over de implementatie van de IRPA guidelines on radiation safety culture. NRG ONDERZOEKSJAARVERSLAG

11 VERWERKEN EN BERGEN RADIOACTIEF AFVAL Nucleaire technologie kent veel toepassingen: van energieopwekking en meettechniek tot medische diagnostiek en behandeling. Deze nuttige verworvenheden leveren echter ook een zekere hoeveelheid radioactief afval op. Ook sectoren met niet-nucleaire activiteiten kunnen in hun bedrijfsvoering te maken krijgen met radioactief afval. Denk aan olie- en gaswinning en erts en mineraal verwerkende industrieën. Ook hun afvalstromen vereisen zorg en aandacht. Alle inspanningen zijn erop gericht dat de radioactieve reststoffen mens en milieu zo min mogelijk belasten. In de eerste maanden van 2016 is de meerjarige onderzoeksagenda voor radioactief afval gedefinieerd. Daarvoor zijn de belanghebbenden in Nederland geconsulteerd. Samen met hen is vastgesteld dat er vooral behoefte is aan technologieën voor de karakterisatie van (gemengde) afvalstromen en de stabilisatie ervan na behandeling. De volledige implementatie van die agenda is voorzien vanaf Karakterisatie en stabilisatie Als voorschot op die agenda is er in 2016 een begin gemaakt om de mogelijk heden te verkennen om de nuclidenvector van het geactiveerd beton van een nucleaire installatie te berekenen. Dat zou moeten kunnen op basis van de beschikbare gegevens over de operatie (het vermogen tijdens operatie, de duur van de operatie e.d.). Als het mogelijk blijkt hierover betrouw bare uitspraken te doen, betekent het dat de meest actieve delen van het beton al vóór afbraak geïdentificeerd kunnen worden. Zo kan de hoeveelheid beton worden beperkt die daadwerkelijk als radioactief afval afgevoerd moet worden. Door de decommissioning van de Lage Flux Reactor beschikt NRG over een unieke mogelijkheid om dit proof of principle te onderzoeken. De eerste berekeningen laten zien dat de activering van het beton met een redelijke mate van nauwkeurigheid berekend kan worden. Voor nauwkeurigere berekeningen is het echter noodzakelijk de precieze chemische samenstelling van het beton te kennen. Hiervoor is een aantal monsters ge selecteerd dat begin 2017 (extern) geanalyseerd zal worden. Deelname aan het International Network of Laboratories for Nuclear Waste Characterization (LABONET) van het IAEA zorgt voor uitwisseling en het kennis over de nieuwste ontwikkelingen op dit gebied. In 2016 heeft NRG ook deelgenomen aan de International Summer School on Nuclear Decommissioning and Waste Management bij JRC te Ispra (Italië). Daar stonden internationale best practices op het gebied van de commissioning en afvalmanagement centraal. Stabilisatie Sommige radioactieve afvalstromen zijn zo complex en onstabiel van samen stelling, dat COVRA ze pas accepteert als ze een nabehandeling hebben ondergaan. Het NRGonderzoek naar stabilisatie van deze categorie radioactief afval richt zich met name op de back-end van nieuwe generaties reactoren (Molten Salt Reactor). Bestraling van splijtstofhoudende chloride- en fluoridehoudende zouten uit deze reactoren levert afvalstromen op waarvoor nog geen passende behandeling bestaat. Ze moeten daarvoor worden omgezet naar een stabiele vorm die zowel geschikt is voor interim-opslag als eindberging. Dit onderzoek zal veel kennis en inzicht verschaffen in wat er nodig is om dergelijke chemisch complexe afvalstromen op een veilige en betrouwbare wijze te kunnen verwerken. In 2016 is op basis van literatuurstudies een aantal opties geïdentificeerd die verder uitgewerkt zullen gaan worden. Het onderzoek zal vanaf 2017 worden aangevuld met onder andere de behandeling van gasproducerend afval (zie voor meer details in het volgende hoofdstuk: Molten Salt Reactor). Hergebruik Uit de studie naar de mogelijkheden voor het recyclen van verarmd uranium blijkt dat de huidige wetten, besluiten, reglementen en beschikkingen de mogelijkheid tot hergebruik open laten. Daarbij is het wel noodzakelijk dat de ontvangende partij een vergunning 11

12 VERWERKEN EN BERGEN RADIOACTIEF AFVAL heeft voor opslag en gebruik van ver armd uranium. Als dat niet het geval is, is het aanvragen van de vergunning door een geïnteresseerde afnemer erg complex. De kans dat daardoor wordt afgezien van de aanvraag is dan ook groot. Hier zou het Amerikaanse systeem uitkomst kunnen bieden. Daar is vrijgave van verarmd uranium voor niet-nucleair gebruik geregeld via het formulier licentie General license for use of certain products or devices. Echter, de ANVS heeft laten weten dat gegeven de beperkte vraag naar verarmd uranium deze route vooralsnog niet actueel is voor de Nederlandse situatie. Eindberging Het eindbergingsonderzoek van NRG richt zich voor een belangrijk deel op ondersteuning van het Onderzoeks Programma Eindberging Radioactief Afval (OPERA). Dat gebeurt voornamelijk in de vorm van een in-natura bijdrage. Zo neemt NRG deel aan inter nationale bijeenkomsten en congressen op het gebied van geologische eindberging waarna NRG zorgt voor verspreiding van kennis en nieuwe inzichten. Daarnaast zorgt NRG voor projectondersteuning door bij te dragen aan de review van OPERAprojecten en rapporten. Consultaties met COVRA hebben verder geresulteerd in een aantal toezegging. Er komt contrafinanciering van de Horizon 2020 voorstellen/projecten Cebama and Modern2020. Ook komt er een gezamenlijke, Nederlandse benadering ten aanzien van deelname aan het JopRad initiatief. Dat initiatief zal leiden tot een gezamenlijk programma van de Europese Commissie voor onderzoek naar opslag van radioactief afval. NRG ONDERZOEKSJAARVERSLAG

13 GEAVANCEERDE NUCLEAIRE TECHNOLOGIE Een deel van het Europees ingebedde onderzoek van NRG staat in het teken van de veiligheid van nieuwe generaties kernreactoren. Denk aan snelle reactoren met gesloten splijtstofcycli of aan gesmolten zout reactoren die gebruik maken van thorium als alternatieve splijtstof. De verwachting is dat deze reactoren een rol gaan spelen in een toekomstige CO 2 -arme energievoorziening. Het woord snel slaat op de snelheid van de neutronen in de reactor: snelle reactoren hebben geen moderator die neutronen remt. Een snelle reactor kan het veelvoorkomende maar nietsplijtbare U-238 omzetten in het wel-splijtbare plutonium (Pu-239). Een snelle reactor kan zelfs meer splijtbaar materiaal produceren dan hij verbruikt (kweekreactor). Een snelle reactor kan ook ingezet worden om de hoeveelheid hoog radioactief afval te verminderen. Koelen gebeurt met vloeibaar natrium, vloeibaar lood of helium. De gerealiseerde prototypes zijn voornamelijk uitgevoerd met natrium. Naast de snelle reactoren waarmee uranium efficiënter gebruikt kan worden dan in de huidige lichtwaterreactoren, wordt wereldwijd ook het gebruik van thorium als splijtstof bestudeerd. Thorium komt veelvuldig voor op de aarde en kan efficiënt gebruikt worden in geavanceerde gesmolten zout reactoren waarvan er enkele in het verleden operationeel zijn geweest. Gesmolten zout reactoren Het NRG Molten Salt Reactor (MSR) onderzoek is één van de pijlers van de nucleaire technologie voor de toekomst. Het MSR-onderzoek is bij uitstek multi-disciplinair en bovendien onderzoek waarmee NRG zich ook internationaal onderscheidt. MSR wordt wereldwijd erkend als een technologie die op de lange termijn een bijdrage zal leveren aan de reductie van de CO 2 - emissie. De klimaatafspraken van Parijs nakomen is ook één van de beleidsdoelen van de Nederlandse overheid. Alle inspanningen in de eerste maanden van 2016 waren gericht op het in bestraling nemen van de eerste twee bestralingsexperimenten. Dat zouden dan de eerste splijtstofhoudende zoutbestralingen zijn sinds de experimenten in Oak Ridge in het midden van de jaren 60 van de vorige eeuw. Een interne evaluatie van het veiligheidsrapport bracht echter een aantal vragen aan het licht ten aanzien van de productie van fluorgas. Omdat er op dat moment niet direct voldoende kennis was om de veiligheid te kunnen waarborgen, werden de bestralingen uitgesteld. Het projectteam heeft vervolgens onderzocht hoeveel gas gevormd zou kunnen worden. Ook is gekeken naar de gevolgen voor het omhullende materiaal (containment). Vervolgens is het design and safety rapport voor een tweede maal voor beoordeling aangeboden aan de reactorveiligheidscommissie. Als ook de toezichthouder (ANVS) akkoord gaat, kan de eerste bestraling in midden 2017 van start gaan. De vorming van fluor (of chloor)gas door radiolyse is inherent verbonden met de bestraling van chloride en fluoride-houdende zouten. Het is dus een punt van aandacht voor alle bestralingen binnen het MSR onderzoek. Meer inzicht in dit verschijnsel is hard nodig. Daarom is in 2016 een project gestart dat dit inzicht moet verschaffen. Er zal een voorziening in het opslagbassin voor gebruikte splijt stof van de HFR worden aangebracht waarin zoutmonsters langdurig blootgesteld kunnen worden aan gammastraling. Naast de bestralingen met stagnant (niet stromend) splijtstofzout die reeds gepland zijn, is NRG in 2016 ook begonnen met het ontwerp van een nieuwe faciliteit. Daarmee kunnen onder realistische stromingscondities materialen en instrumenten voor toepassing in een MSR onderzocht en gekwalificeerd worden. Het ontwerp daarvan is een iteratief proces. In de tweede helft van 2016 is een eerste, conceptueel ontwerp opgeleverd, in 2017 zal dit verder worden uitgewerkt. De kosten hiervoor liggen, naar schatting, in de orde grootte van miljoenen euro s. De bestralingen zijn dus ook van groot strategisch belang. In het kader van het MSR-onderzoek wordt nauw samengewerkt met de TU Delft. Dit betreft onder andere onderzoek naar het opwerken van het bestraalde zout. Het MSR-principe voorziet in het continue zuiveren van het (gesmolten) zout van de splijtingsproducten. Hiervoor bestaan verschillende ideeën. Eén hiervan betreft het door het gesmolten zout leiden van bellen helium. Deze route wordt sinds april 2016 verder onderzocht in een door NRG en de TU Delft gezamenlijk gefinancierde post-doc. Hiertoe heb 13

14 GEAVANCEERDE NUCLEAIRE TECHNOLOGIE ben de TU Delft en NRG in maart 2016 een samenwerkingsovereenkomst onder tekend met een looptijd van 4 jaar. Metaalgekoelde reactoren Verbranden radioactief afval NRG onderzoekt de inzet van splijtstoffen voor natriumgekoelde reactoren waarin langlevende actiniden zijn verwerkt. Actiniden zijn radioactieve elementen die ontstaan tijdens de bestraling van uranium en vaak duizenden jaren radioactief blijven. Als deze actiniden nogmaals in een reactor worden bestraald, transmuteren ze naar minder langlevend en dus minder gevaarlijk radioactief afval. De nadruk in dit zogenaamde actiniden-splijtingsonderzoek ligt naast plutonium vooral op americium. Omdat het duizend jaar radio-toxisch blijft, is het splijtingsproduct americium een lastig bestanddeel van radioactief afval. Door het in verse splijtstof te verwerken, gaat het voor een tweede keer de reactor in en kan het door her-bestraling onschadelijk worden gemaakt. In 2016 is een tweetal nabestralingsonderzoeken afgerond waarvan de gegevens waardevolle input leveren voor de veiligheidsevaluatie van americium-splijtstof. De gegevens zijn met name bruikbaar in zogenaamde fuel performance codes waarmee het gedrag van splijt stof kan worden berekend. De aandacht gaat vooral uit naar de effecten die het bij de transmutatie van americium gevormde gas helium heeft op de splijtstof. Als sluitstuk is in 2016 met succes de bestraling gestart van twee splijtstof pennen americium houdende splijtstof met de ene pen in de gebruikelijke pelletvorm en de tweede pen in de vorm van zogenaamde sphere-pac. De sphere-pac is het resultaat van een alternatief (sol-gel) productieproces voor splijtstoffabricage. Dit proces is stofvrij en kan geautomatiseerd worden uitgevoerd in afgeschermde ruimtes. Ten opzichte van de conventionele poederprocessen biedt dit een sterk voordeel bij sterk stralende (zoals bij americium) splijtstoffen. Tijdens de bestraling zal on-line de drukopbouw door helium gemonitord worden. Veiligheids en ontwerpstudies Een laatste peiler betreft veiligheidsen ontwerpstudies voor metaalgekoelde reactoren. Praktisch gesproken draagt NRG vooral bij met het modelleren van het warmte transport in de reactor. De uitdaging hierbij zit hem in de interactie van het koelmiddel met structuren in de reactor zoals splijtstofelementen. Vooral de daar opgewekte turbulentie maakt modelleren moeilijk. Speciale aandacht gaat uit naar ongevalsscenario s waarbij een koelkanaal van een metaalgekoelde reactor geblokkeerd raakt. NRG werkt aan CFD-modellen waarmee deze scenario s gesimuleerd kunnen worden. NRG verwacht dat de modellen in 2017 kunnen worden gevalideerd. NRG heeft hiermee op thermohydraulisch gebied een leidende positie in Europa (Horizon 2020 programma). Inhoudelijk werkt NRG aan een aantal onderwerpen die ook breder toepasbaar zijn. Met de opgedane expertise kunnen ook analyses uitgevoerd worden voor reactoren met andere koelmiddelen. Kernfusie NRG verricht al vele jaren materiaalonderzoek voor de ITER-kernfusiereactor die door de wereldgemeenschap in het Franse Cadarache wordt gebouwd. NRG richtte zich eerder al op het testen en kwalificeren van materialen en componenten voor de zogenaamde eerste wand. De eerste wand schermt de neutronenstraling en de grote hitte van het fusieplasma af van de rest van de installatie. Daarnaast werkt NRG steeds intensiever aan de ontwikkeling van materialen voor de kweekmodule van de fusiereactor waarin de voor het fusieproces benodigde reactorsplijtstof tritium wordt gemaakt. De financiering van het fusie-onderzoek van NRG door de Nederlandse overheid, vanuit het ministerie van Economische Zaken, wordt afgerond. Een eventuele voortzetting van experimenten in de Hoge Flux Reactor zullen volledig uit Europese middelen moeten worden betaald. Kleine reactoren Wereldwijd trekken kleine tot middelgrote kernreactoren (Small to Medium sized Reactors, SMRs) de aandacht. Deze SMRs zijn goedkoper te bouwen dan grote kerncentrales zodat het rond krijgen van de investering en het investeringsrisico veel minder grote obstakels zijn. Daarnaast leunen deze SMRs zwaar op passieve en inherente veiligheid, wat ze erg aantrekkelijk maakt. Daar komen hun efficiënte splijtstofgebruik en navenant lagere afvalproductie nog bij. Vanwege het kleine ontwerp, kan er ook modulair gebouwd worden, wat een grotere flexibiliteit betekent voor inpassing in bestaande infrastructuur. Intensieve kennis over het gedrag van deze kleine reactoren is dus erg waarde vol en vergroot de kans op succes. NRG heeft thermo-hydraulische modellen ontwikkeld waarmee het gedrag van deze reactoren onderzocht kan worden. Ook het gedrag in ongevals omstandigheden, zoals een black-out, kan worden onderzocht. In 2016 is gekeken wat er gebeurt als het SMR ontwerp van Westinghouse als gevolg van een black-out zijn koelmogelijkheden verliest. NRG toonde aan dat de eerste 72 uur geen kernschade ontstaat omdat de passieve en inherente veiligheden van het ontwerp voor voldoende koeling zorgen. Zwaartekracht en natuurlijke circulatie (water-verwarming-stoom-condensatiewater) zorgen er dan voor dat de er voldoende water naar de kern blijft stromen. Oftewel: de kern wordt gekoeld zonder dat daar pompen of andere hulpmiddelen voor nodig zijn. Vervolgens wordt de stoom op natuurlijke wijze gekoeld aan de buitenlucht waarna deze condenseert en terugstroomt naar de kern. NRG ONDERZOEKSJAARVERSLAG

15 PUBLIEKE TAAK EN PUBLIEKSVOORLICHTING NRG focust op nucleaire vraagstukken die relevant zijn voor de Nederlandse samenleving. Voor het educatieve aspect van het onderzoeksprogramma zijn er in 2016 door NRG op het publiek gerichte communicatieactiviteiten ontplooid zoals deelname aan publieke debatten, het begeleiden van studenten en scholieren. Er zijn gastlessen gegeven op middelbare scholen en bij de Technische Universiteiten. Daarnaast is er deelgenomen aan internationale kennisnetwerken of bijeenkomsten die bijdragen aan publiekscommunicatie en kennistransfer. De highlights van 2016: gastlessen op middelbare scholen in de regio Alkmaar; college over kernfusie bij de TU Eindhoven (maart 2016), college over de technologische aspecten van kernenergie aan de Landbouwuniversiteit van Wageningen (juni 2016); een KIVI-avondsymposium Managing Nuclear Power on a Dynamic Earth (mei 2016), een KIVI-symposium Long Term Operations of Nuclear Reactors (September 2016) en een KIVI-symposium over het OPERAprogramma voor eindberging van radioactief afval (november 2016). Op 7 juni hebben NRG en de TU Delft gezamenlijk een bijeenkomst georganiseerd over het belang van de ontwikkelingen op het gebied van de gesmolten zout reactortechnologie. Dit nieuwe reactortype (MSR) is als optie voor de lange termijn belangrijk voor een CO 2 -arme energievoorziening. Op verzoek van het ministerie van Economische Zaken hebben NRG en de TU Delft met Nucleair Nederland hun visie op de rol van kernenergie op de korte en lange termijn vastgelegd. Dit heeft geleid tot de roadmap Kernenergie voor onze toekomst. Het onderzoeksprogramma en de infrastructuur van Petten vormden eveneens onderdeel in het door de ministerie van EZ geïnitieerde onderzoek naar de nucleaire kennisinfrastructuur van Nederland. Hierin wordt een overzicht gegeven van de kennisorganisaties en hun voorzieningen op het gebied van medische en energietechnologie. Ook is gekeken naar de uiteenlopende belangen die zij voor de Nederlandse samenleving vertegenwoordigen. Als input voor dit onderzoek hebben de TU Delft en NRG met Nucleair Nederland het positioning paper Nucleaire kennisinfrastructuur in Nederland opgesteld. Deze en andere bevindingen worden door een hoog-ambtelijke werkgroep gebruikt om een aantal scenario s op te stellen die in 2017 worden ge presenteerd. De uiteindelijke beleidsvorming over de nucleaire kennisinfrastructuur in ons land zal naar verwachting onderwerp worden bij de kabinetsformatie. Zowel de roadmap als de positioning paper over de nucleaire infrastructuur kunnen gedownload worden van de site van Nucleair Nederland: nucleairnederland.nl/downloads Op het nationale vlak stond het onderzoeksprogramma en de infrastructuur van NRG meer dan ooit in de belangstelling. Het onderzoeksprogramma was belangrijke input in de Energiedialoog die als onderdeel van de energieagenda vanaf 2023 werd georganiseerd door het ministerie van Economische Zaken. Tijdens de bijeenkomsten heeft NRG de mogelijkheden benoemd van het potentieel van kernenergie als onderdeel van de energie mix en de reductie van de CO 2 -emissies. 15

16 NRG Petten Westerduinweg 3 P.O. Box ZG Petten t +31 (0) NRG Arnhem Utrechtseweg R42 P.O. Box ES Arnhem t +31 (0)