Veel mensen zijn huiverig voor kernenergie. Gelukkig wordt er gewerkt aan reactoren die stukken veiliger zijn dan de huidige exemplaren. Maar hoe werkt een kernreactor eigenlijk?

De brandstof van een kerncentrale is meestal uranium. In het reactorvat zitten uraniumatomen en rondvliegende vrije neutronen die de atomen maar wat graag opnemen. Heeft een uraniumatoom zo’n neutron te pakken, dan splijt het zich in twee nieuwe kernen, een paar vrije neutronen én bakken energie. Deze energie – waar het allemaal om te doen is – wordt als warmte opgenomen door het koelmiddel dat om de splijtstofstaven stroomt. Met de warmte wordt stoom gemaakt die een turbine aandrijft en die uiteindelijk elektriciteit opwekt.

Splijtstof

Bij de splijtingsreactie in de reactorkern komen nieuwe losse neutronen vrij, die gebruikt kunnen worden bij een volgende uraniumsplijting; een kettingreactie, waar de kernreactor handig gebruikt van maakt. Wat van de splijtstof overblijft, is een mix van kortlevend (tot zo’n driehonderd jaar) en langlevend (tot wel langer dan 200.000 jaar) radioactief afval, waaronder plutonium.

De meeste hedendaagse centrales hebben thermische reactoren en gebruiken uranium-235 als splijtstof. Maar in het splijtstofmengsel zit veel uranium-238; dat komt in natuurlijk uranium nu eenmaal meer voor. Een neutronenmoderator, vaak gewoon water, moet voorkomen dat dit uranium-238 de losse neutronen opneemt die eigenlijk bestemd zijn voor het uranium-235. Dat doet de moderator door losse neutronen af te remmen. Uranium-235 pakt namelijk liever trage neutronen, en uranium-238 liever snelle.

Kweekreactor

Snelle reactoren maken gebruik van die voorkeur van uranium-238. Zo’n uraniumatoom verandert na opname van een vrij neutron in plutonium-239. Vangt zo’n atoom nóg een neutron, dan valt het net als uranium-235 uiteen en levert het energie. Doordat uranium-238 iedere keer weer nieuw plutonium kan aanmaken, kweekt dit reactortype eigenlijk zijn eigen brandstof; vandaar de bijnaam ‘kweekreactor’.

Bij dit proces blijft er veel minder langlevend radioactief afval over. Ook is het energierendement veel hoger omdat er veel meer uranium-238 wordt verbruikt dan uranium-235. Maar deze snelle reactoren zijn over het algemeen een stuk complexer dan thermische reactoren en stellen nieuwe eisen aan het ontwerp en de materialen.

Dit is een kader uit het artikel ‘Update kernreactors’ te vinden in KIJK 3/2019. Deze editie ligt in de winkel vanaf 21 februari tot en met 20 maart.

Meer informatie:

• Een tweede Nederlandse kerncentrale? De argumenten voor en tegen op een rij
• YouTube: Generation IV Nuclear Reactors
• TEDx Talks: Why I changed my mind about nuclear power | Michael Shellenberger

Tekst: José Stoop

Openingsbeeld: iStock/Getty Images

Nu in de winkel: KIJK Hoogvliegers! Een special boordevol spannende verhalen uit de luchtvaart. Bestel hem hier voor maar €6,99.