022 1 Uraanhexafluoride Na het vergaan van het Franse vrachtschip de Mont Louis op 25 augustus 1984 voor de Belgische kust bij Oostende is vooral aandacht besteed aan de berging van een deel van de lading, namelijk 30 vaten uraanhexafluoride (UF 6 ). Het was de eerste keer dat een radioactieve stof bij een dergelijk ongeval was betrokken. Op 4 oktober 1984 werd de laatste container veilig geborgen. Uraanhexafluoride in de splijtstofcyclus Uraanhexafluoride vormt een schakel in de splijtstofcyclus van uraan. Natuurlijk uraan is geen geschikte splijtstof, omdat het voornamelijk het isotoop uraan 238 bevat dat niet splijtbaar is en slechts 0,72% van het wel splijtbare uraan 235. Om in een kernreactor te kunnen worden ingezet, moet het gehalte uraan 235 in een verrijkingsfabriek worden verhoogd tot 1,5-3,5%. Daarvoor is nodig dat het uraanerts wordt omgezet in een gemakkelijk gasvormig te maken uraanverbinding. Dat is het uraanhexafluoride. Voor de verrijking zijn op industriële schaal twee processen beschikbaar, het gasdiffusieproces (gebruikt in de VS, Frankrijk en de USSR) en het ultracentrifugeproces (toegepast in Nederland en Groot-Brittannië). Beide processen maken gebruik van het feit dat uraan 235 lichter is dan uraan 238. Het verrijkte uraanhexafluoride wordt vervolgens omgezet in uraandioxide (UO 2 ), waarvan men de splijtstofelementen maakt die in de kernreactor als brandstof worden ingezet. De 30 containers met uraanhexafluoride waren met de Mont Louis op weg naar de Russische havenplaats Riga, waar deze stof zou worden verrijkt. Dit gebeurt al sinds 1973 op grond van een contract
022 2 Uraanhexafluoride dat de Fransen met de Russen sloten toen zij zelf nog niet over voldoende verrijkingsmogelijkheden beschikten. Fysische en chemische eigenschappen Bij kamertemperatuur is uraanhexafluoride een witte, vluchtige vaste stof met een dichtheid van 5,1 g/cm 3. Het tripelpunt (waarbij gas, vloeistof en vaste stof met elkaar in evenwicht zijn) ligt bij 64,1 C en 0,15 MPa (1,5 at). Bij een hogere temperatuur smelt uraanhexafluoride tot een kleurloze vloeistof met een dichtheid van 3,6 g/cm 3 ; bij lagere druk gaat uraanhexafluoride over in de gasfase. Onder atmosferische druk sublimeert de stof bij 56,6 C. In de transportcilinders bevindt uraanhexafluoride zich in de vaste fase, bij een onderdruk van minder dan 0,7 at. Om het UF 6 in en uit de containers te krijgen, verwarmt men de container met stoom tot circa 80 C tot het UF 6 gasvormig is en verpompt kan worden. Uraanhexafluoride reageert met de meeste organische stoffen en ook met vele metalen. Met koolwaterstoffen is bij hoge temperatuur de reactie heftig. Uraanhexafluoride reageert niet met zuurstof, stikstof of droge lucht. Het is ook niet agressief ten opzichte van koolstofstaal, aluminium, Monel, nikkel en koper. Deze materialen kunnen aan uraanhexafluoride worden blootgesteld zonder dat excessieve corrosie optreedt. Bij reactie met water, ethers en alcoholen worden oplosbare reactieprodukten zoals uranylfluoride (UO 2 F 2 ) en waterstoffluoride (HF) gevormd. De exotherme reactie met water verloopt als volgt: UF 6 + 2 H 2 O UO 2 F 2 + 4 HF + 600 J/g 0869-031 Radiologische eigenschappen Natuurlijk uraan is licht radioactief en bevat naast 99,276% uraan 238 0,0056% uraan 234 en 0,72% uraan 235. Het eruit bereide uraanhexafluoride heeft dezelfde activiteit (0,48 µci/g). Bij verrijking neemt de activiteit toe. Bij een gehalte van 2% uraan 235 is de activiteit 0,90 µci/g, bij een gehalte van 5% is de activiteit toegenomen tot 1,83 µci/g. De belangrijkste straling die uraan af-
022 3 geeft is alfastraling die een gering doordringend vermogen heeft. Voor het transport is daarom alleen de gammastraling van belang. De stralingsintensiteit aan het oppervlak van een UF 6 -cilinder is gewoonlijk 1-10 millirem per uur (dit kan men vergelijken met de totale jaarlijkse dosis aan achtergrondstraling die gemiddeld 125 millirem bedraagt; de maximaal toegestane dosis voor radiologische werkers bedraagt 5000 millirem per jaar en voor niet-radiologische werkers 500 millirem per jaar). Met toenemende afstand tot de cilinder neemt de intensiteit snel af. In water wordt de afgegeven straling sneller geabsorbeerd dan in lucht. Produktie en transport De omzetting van uraanerts-concentraat (de zgn. yellow-cake, U 3 0 8 ) in uraanhexafluoride is een betrekkelijk eenvoudig en goedkoop proces. De enige daartoe bestemde fabrieken staan in de USSR, de VS, Groot-Brittannië, Canada en Frankrijk. De yellow-cake wordt eerst gezuiverd en dan door waterstoffluoride omgezet in uraanfluoride (UF 4 ). Dit gaat met behulp van fluor over in UF 6 dat vervolgens naar een verrijkingsfabriek wordt getransporteerd. Het transport vindt plaats in speciale gestandaardiseerde cilinders die op hun beurt weer verpakt zijn in een afzonderlijke container (overpack). Het geheel vormt een zgn. type-b-container. Dit is een container die met het oog op mogelijke transportongelukken moet voldoen aan een groot aantal zware eisen die zijn opgesteld door het Internationale Agentschap voor Atoomenergie (IAEA) in Wenen. In Nederland vallen de containers onder de Stoomwet. De belangrijkste eisen zijn: lekdichtheid na een vrije val van 9 m hoogte op een betonnen blok met een stalen plaat er bovenop; lekdichtheid na een vrije val van 1 m hoogte op een massieve stalen pin met een diameter van 15 cm; lekdichtheid na verblijf gedurende een half uur in een vuur van 800 C; lekdichtheid na onderdompeling in water van 15 m diep gedurende 8 uur.
022 4 Uraanhexafluoride De containers worden periodiek gekeurd (in Nederland door het Stoomwezen) en alleen goedgekeurde containers mogen worden gebruikt. Voor ieder transport worden de containers getest op eventuele lekkage en uitwendige beschadigingen. Ook de vulprocedure is aan regels gebonden. Het transport zelf is geregeld door het Vervoersbesluit van de Kernenergiewet, waarin voor de technische eisen wordt doorverwezen naar de reglementen aangaande vervoer van gevaarlijke stoffen per spoor, over land en over binnenwateren (zie Chemische Feitelijkheden 1984 021). Veiligheid De variatie in dichtheid, dampdruk en fysische toestand bij wisselende temperatuur en druk, alsmede de chemische en radiologische eigenschappen van uraanhexafluoride maken speciale procedures bij de omgang met deze stof noodzakelijk. Er bestaat hiermee echter al ruim 40 jaar ervaring in vele landen en er is tot het vergaan van de Mont Louis nooit sprake geweest van ernstige ongevalsituaties. Het risico van UF 6 bij een verrijkingsgraad van minder dan 10% is eerder van corrosieve en toxische aard dan van radioactieve aard. Uraanhexafluoride veroorzaakt bij contact met de huid verbranding. Ook de longen kunnen worden aangetast. Doordat UF 6 snel reageert met water (zelfs met het in de lucht aanwezige water) moet men ook rekening houden met de eigenschappen van de gevormde reactieprodukten. Uranylfluoride en waterstoffluoride zijn beide giftig, terwijl waterstoffluoride bovendien uiterst corrosief is. In zee zal het risico door de sterke verdunning snel afnemen. Wanneer UF 6 zelf in overmaat reageert met water, b.v. bij een lekkage van een afsluiter, dan ontstaat een korst die het lek kan afsluiten en de reactie sterk belemmert of stopt. Literatuur OECD. Proceedings of the specialist s meeting on safety problems associated with handling and storage of UF 6, Boekelo, Nederland, 27-29 juni 1978.
022 5 A. J. Legeay, Handling of UF 6 in US gaseous diffusion plants. H. Bouziques, Fundamentals of UF 6 accidental release. oktober 1984 P. J. van der Hulst A. J. van Loon Th. A. M. Kaandorp