Jaaroverzicht Nucleair Onderzoek 2021
- Kennis is de onmisbare basis voor besluitvorming kernenergie
- Klimaatneutrale kernenergie
- levert waardevolle bijdrage aan de CO2-vrije energiemix van morgen
Jaaroverzicht Nucleair onderzoek 2021
De vraag naar nucleaire expertise is sterk toegenomen nu kernenergie volop in de belangstelling staat als technologie die een bijdrage kan leveren aan een betrouwbare, betaalbare en CO2-vrije energievoorziening. Als hét Nederlandse kennisinstituut op het gebied van nucleaire technologie met ruim 60 jaar aan kennis en expertise voor medische en energietoepassingen, voert NRG onderzoek uit in opdracht van het Ministerie van EZK. Met dit onderzoek wordt kennis ontwikkeld gericht op veilige operatie van nucleaire faciliteiten, behandeling en opslag van radioactief afval en bescherming van mens en milieu tegen de gevolgen van radioactieve straling. Daarnaast richt het onderzoek zich op de ontwikkeling van nieuwe, innovatieve vormen van kernenergie zoals Small Modular Reactors (SMR) en gesmolten zout reactoren.
Nucleaire kennisinfrastructuur
NRG heeft met haar nucleaire faciliteiten en experts een wereldwijd erkende kennispositie opgebouwd. NRG investeert in de verdere ontwikkeling en uitbreiding van haar onderzoeksfaciliteiten en de opleiding van nieuwe medewerkers en studenten in de vorm van traineeships en stages en afstudeerprojecten. Bij dit alles gaat veel aandacht uit naar de realisatie van de PALLAS-reactor als opvolger van de Hoge Flux Reactor, waarmee productie van Medische isotopen én energieonderzoek wordt gedaan.
Onze onderzoekers, jong en ouder met verschillende professionele achtergronden, vertellen je in dit verslag over hun bijdragen aan antwoorden op vragen en uitdagingen bij de verdere ontwikkeling van de nucleaire technologie.
Meer weten
Contact
Geert-Jan de Haas
Programma-manager Nucleair Onderzoek
Onze professionals zelf aan het woord
Hieronder onze onderzoekers, oud én jong, zelf aan het woord. Zij vertellen over hun onderzoek, waarom zij het belangrijk vinden en hoe zij door hun werk bijdragen aan de ontwikkeling van nieuwe kennis voor de
samenleving op het gebied van veilige toepassing van nucleaire technologie voor energie en gezondheid.
Volop aandacht voor ongevalsbestendige splijtstof
Fysisch-chemicus en onderzoekscoördinator Mark Huntelaar leidt bij NRG het onderzoek naar ongevalsbestendige splijtstofomhulling. In feite gaat het dus om een doorontwikkeling van de bestaande splijtstofomhullingen tot een nog beter product. “De buizen waar de splijtstof in zit moeten zich uiteraard onder normale bedrijfsomstandigheden goed en efficiënt gedragen. Maar ze moeten ook heel blijven als de temperatuur en de druk plotseling oplopen.”"
Betrouwbare simulatie van Small Modular Reactors
Christian Fedon is nucleair natuurkundige met Italiaanse roots. Zijn werk is uitdagend, want er bestaat in de
wereld nog nauwelijks praktijkervaring met SMR’s. “Bij simulaties van grote kerncentrales kunnen we teruggrijpen op de gegevens van vijftig jaar reactorervaring. Bij de SMR staan we nu aan het begin van de ontwikkeling.” Intussen krijgt de wereld wel haast met het ontwikkelen van SMR’s. “Ondanks het gebrek
aan praktijkgegevens beginnen we niet bij nul. NRG heeft immers wel lange ervaring met multi-physics modellering.” Al vele jaren slaagt NRG erin om meerdere losse simulaties rekenkundig aan elkaar te koppelen tot één multidisciplinaire tool.
Voorspellen én herstellen degradatie reactorvatstaal
Kerncentrales over de hele wereld blijven langer in bedrijf. Daarvoor is het noodzakelijk
om aan te tonen dat het reactorvat ook in de toekomst veilig blijft. Bekend is dat staal
onder invloed van neutronenstraling en hoge temperaturen degradeert. NRG bracht in
kaart wat het verloop van dit proces is. Materiaalwetenschapper Murthy Kolluri: “En wat belangrijker is: we hebben aangetoond dat gedegradeerd reactorvatstaal bijna volledig kan worden hersteld.”
Internationale stand van zaken rond het afbreken van nucleaire installaties
Jaap Hart heeft zijn sporen in de nucleaire sector ruimschoots verdiend. Eerst met onderzoek naar de veiligheid van kerncentrales en ongevalsanalyses. En later met het onderzoek naar de eindberging van radioactief afval. “Inmiddels zit ik volop in de materie van het afbreken van onder meer kerncentrales.”
Vanwege zijn expertise is Hart betrokken bij het IAEA-project Completion of Decommissioning, kortweg COMDEC. De informatie die binnen dat project wordt uitgewisseld, zal gaan dienen als basis voor een nieuwe IAEA Safety Guide over de laatste stadia van de ontmanteling van nucleaire faciliteiten tot aan de vrijgave van het gebruikte terrein. “De COMDEC-richtlijnen beginnen bij een leeg nucleair gebouw dat moet worden afgebroken en leiden stap voor stap naar een gewenste eindsituatie.”
Kerncentrales goedkoper, eerder en sneller bouwen door harmonisatie en standaardisatie
Nederland heeft plannen voor de bouw van nieuwe kerncentrales. Tegelijkertijd wordt aan alle kanten gewaarschuwd voor hoge kosten en een lange bouwtijd. Kan dat niet anders? “Jazeker, door harmonisatie van eisen en standaardisatie van ontwerpen door leveranciers.” Om die reden neemt NRG deel in de EUR- samenwerking. EUR staat voor European Utility Requirements, een samenwerkingsverband van Europese (nucleaire) elektriciteitsbedrijven.
Er is veel winst te behalen als zowel de vergunningverleners als de kerncentraleontwerpers binnen Europa dezelfde eisen en beoordelingsmethoden hanteren. “Als je de procedures kunt bespoedigen, bespaar je veel
geld.” En sneller bouwen, betekent ook sneller met kernenergie bijdragen aan een klimaatneutrale energiehuishouding.
Stabiliteit van radioactief afval
Onze samenleving produceert een zekere hoeveelheid radioactief afval, afkomstig uit ziekenhuizen, de (nucleaire) industrie en laboratoria. Het middel-actieve afval – dat langdurig moet worden opgeslagen – heeft
meestal geen homogene samenstelling. Het bevat allerlei stoffen zoals bijvoorbeeld polyvinylchloride
(PVC), teflon en polyethyleen (PE). In de loop van decennia veranderen deze stoffen onder invloed van straling. Ook beïnvloeden ze elkaar waarna er weer nieuwe producten en gassen ontstaan. Maar welke? En
hoeveel? “Als we de achterliggende processen beter snappen, kunnen we ook voorspellen hoe radioactief afval zich over een lange opslagperiode gedraagt. En welke maatregelen je kunt nemen om dit afval stabiel te houden.” Aan het woord is nucleair scheikundige Ronald Middendorp. Al vier jaar onderzoekt Ronald in teamverband de stabiliteitsissues rond het historisch radioactief afval dat bij NRG in een interim-opslag ligt.
Lesmodule Kernenergie middelbare scholen
Middelbare scholieren enthousiast maken voor nucleaire technologie, dat is de opdracht voor trainees van de Junior Academy van NRG. Een eerste lesmodule over medische beeldvorming - waar veel nucleaire techniek voor nodig is – bleek een succes. Een lesmodule kernenergie is in de maak. Grigori Giannakoudakis heeft een passie voor onderwijs. Al tijdens zijn studie Technische Natuurkunde stond hij voor de klas op zijn oude middelbare school om wis- en natuurkunde te doceren. Het team waar Giannakoudakis deel van uitmaakt bestaat uit twee natuurkundigen, een chemicus en een ‘natuurkundig econoom’. De lesmodule die het viertal ontwikkelt, wordt kant-en-klaar als download aan middelbare scholen beschikbaar gesteld. “Natuurkunde docenten gaan vervolgens zelf met het onderwerp in de klas aan de slag. De les wordt interactief en leuk, met
een belangrijke rol voor de leerlingen zelf.” Ze krijgen eerst wat theoretische kennis aangeboden, die ze al snel zelf in de praktijk kunnen brengen. “Ze gaan dan zelf ervaren dat er aan kernenergie niet alleen bezwaren kleven, maar dat je er ook maatschappelijke vraagstukken mee kunt oplossen.” Denk aan het ruimtegebruik, dat voor een kerncentrale veel kleiner is dan voor een windpark. Denk aan de elektrificatie van de samenleving die het stroomgebruik in de komende decennia laat groeien.
Mogelijke belasting omgeving na nucleaire lozing uitgerekend in PSA-3
De veiligheid van kernenergie moet worden aangetoond met een risicoanalyse. In Nederland gebeurt dat op drie niveaus: de kans op het smelten van de reactorkern (1), de kans dat dit leidt tot radioactieve emissies (2) en ten slotte de gevolgen voor de bevolking (3). Voor dit laatste niveau zijn de aanbevelingen gemoderniseerd. “PSA staat voor Probabilistic Safety Assessment, vast onderdeel van de verplichte veiligheidsstudie voor wie een kernenergiewetvergunning nodig heeft,” legt natuurkundige en PSA-specialist Jacques Grupa van NRG uit.
In ons omringende landen is PSA-3 niet verplicht, bij ons wel. Dus heeft de manier waarop PSA-3 berekeningen plaatsvinden een wat sterker nationaal karakter.” Mede om de internationale aandacht te
vestigen op PSA-3, onderzoekt NRG samen met de Nuclear Energy Agency (NEA) de mogelijkheid van een internationale PSA-3- benchmark. “Je wilt uiteraard weten of de uitkomsten van jouw methode overeenkomen
met die van collega’s. Je kunt immers niet met een risicometer naast een kerncentrale gaan staan om te controleren of wat je hebt uitgerekend overeenkomt met de werkelijkheid,” aldus Jacques Grupa.
Rekenen aan de levensduur van bouten in een reactorvat
Kerncentrales over de hele wereld blijven langer in bedrijf. Bij verlengde bedrijfsduur hoort
ook tijdige vervanging van versleten componenten. Inzicht in verouderingsprincipes en
voorspellen van het juiste moment van vervanging of onderhoud zijn daarbij essentieel.
Werktuigbouwkundige Peter Baas is expert in het ontwikkelen van thermo-mechanische modellen. “Daarmee kunnen we voorspellen wat de invloeden zijn van temperatuur, koelmiddel, andere materialen en neutronenstraling op de integriteit van die stalen bouten.” Met name de neutronenstraling maakt dit tot een ingewikkelde rekenklus.
Materiaalonderzoek Molten Salt Reactor
De wereld heeft hoge verwachtingen van de gesmolten zout reactor. De ontwikkeling ervan vordert gestaag. “Startups over de hele wereld houden zich er mee bezig.” Toch zal het nog een tijd duren voor de technologie gedemonstreerd kan worden. Ondertussen werkt NRG hard aan het onderzoek naar geschikte materialen voor het reactorvat.
De Nederlands-Cypriotische Kiki Naziris studeerde technische natuurkunde in Delft en werkt nu drie jaar bij NRG. Zij is verantwoordelijk voor het bestralings- en temperatuuronderzoek aan metaalmonsters die kandidaat zijn voor de Molten Salt Reactor. “Een gesmolten zout reactor is drukloos. Wel werken ze met tweemaal zo hoge temperaturen als licht water reactoren zoals de Borssele.” Bovendien is het zout een erg
corrosief koelmiddel, in tegenstelling tot water. “Deze aspecten stellen dus bijzondere eisen aan het materiaal.” Druk is geen issue, maar het materiaal moet wel tegen hoge temperaturen en straling kunnen in combinatie met de agressieve interactie met zout.
Wat zijn de risico's van lozing radioactief koelwater Fukushima?
Op de site van de Japanse kerncentrale in Fukushima is in tanks anderhalf miljoen kubieke meter radioactief vervuild noodkoelwater opgeslagen. Het is de erfenis van het reactorongeluk na de beruchte zeebeving en de tsunami in 2011. De Japanse overheid heeft besloten het koelwater gedoseerd te lozen op de oceaan. De wereld reageert bezorgd. Hoe risicovol is dit? En waar komt de radioactiviteit uiteindelijk terecht? NRG rekende het uit. Govert de With is als natuurkundige gespecialiseerd in stromingsmechanica. Om de impact
van de voorgenomen lozingen te voorspellen, maakte hij gebruik van computersimulaties.
Rekenkundig kan Govert de With heel precies bepalen wanneer en hoeveel Fukushimaradioactiviteit ergens terechtkomt. De With: “Op zich goed nieuws. Door de verdunning van het verontreinigde Fukushima-water in
de enorme oceaan, is de dosis voor mens en milieu zeer klein. Ze valt in het niet bij de van nature aanwezige radioactiviteit in zeewater.”
Benchmark Computercode voor Hoge Temperatuur Reactor
Kleine, modulair uitbreidbare kerncentrales (SMRs, Small Modular Reactors) staan volop in de belangstelling. Ze zullen waarschijnlijk een deel van de oplossing zijn voor een soepele omschakeling naar een klimaatneutrale stabiele energiehuishouding rond 2050. NRG maakt daarom haar computercode SPECTRA geschikt voor het nabootsen van thermo-hydraulische processen in verschillende types SMRs. Daaronder ook de gasgekoelde hoge temperatuur reactor. Aan het woord is Fajar Pangukir. De van oorsprong Indonesische reactor koeling expert kwam enkele jaren geleden na haar studie in Pisa bij NRG als trainee (weer) in aanraking met het vak van thermohydraulisch modelleren. SPECTRA werd oorspronkelijk ontwikkeld voor traditionele watergekoelde reactoren. Een aantal jaren geleden werd SPECTRA geschikt gemaakt voor de HTR en in Zuid-Afrika en in China gebruikt voor en door HTR ontwerpers. Weer wat later werd SPECTRA geschikt gemaakt voor gesmolten zout en metaalkoeling. De code wordt inmiddels ook door de industrie gebruikt.
“Validatie van numerieke codes is altijd belangrijk. En voor de HTR wilden we nog een aanvullende validatie doen voor het energieconversie-systeem. Daarmee wordt de warmte uit de reactorkern omgezet in bruikbare
energie: elektriciteit en/of proceswarmte. Ik mocht het model van de gasgekoelde Hoge Temperatuur Reactor benchmarken.”
Het onzichtbare zichtbaar
Veilige kernenergie draait om het afvoeren van de extreem hoge temperaturen van kernsplijting rond de splijtstofstaven. Dat gebeurt door koelmiddel langs bundels splijtstofstaven te sturen. Dat gaat gepaard met hevige turbulenties. Daardoor is de warmteoverdracht geen geleidelijk en homogeen proces. Het in detail simuleren van dit proces was tot voor kort onbegonnen werk. NRG heeft een oplossing: high-fidelity
Direct Numerical Simulations (DNS).
Als koelmiddel brengt water de primaire warmte over op het secundaire systeem waar stoom wordt geproduceerd voor de elektriciteitsopwekking. Natuurkundige Akshat Mathur is specialist op het gebied
van vloeistofdynamica (fluid dynamics).
Het ontwikkelen en veilig en betrouwbaar opereren van een kerncentrale en andere nucleaire faciliteiten vraagt steeds weer om nieuwe kennis en expertise.
Er is behoefte aan schoon en regelbaar vermogen om het energiessteem te laten functioneren.
Bijna 50 jaar na de ingebruikname van de kerncentrale in Borssele presenteerden de beoogde coalitiepartijen in december een regeerakkoord met daarin het voornemen tot de bouw van twee nieuwe kerncentrales. De nieuwbouw vormt onderdeel van het beleid van de overheid om in 2050 een CO2-vrije energievoorziening gerealiseerd te hebben. Daarnaast wordt ingezet op het langer openhouden van de kerncentrale van Borssele na 2033. Met deze plannen zal kernenergie vanaf het midden van de jaren ’30 een significante bijdrage leveren aan de productie van CO2-vrije energie in Nederland.
Het NRG onderzoeksprogramma is al decennia een belangrijk element van de Nederlandse nucleaire kennisbasis. Mede dankzij deze overheidsgefinancierde nucleaire kennis heeft Nederland een goede reputatie opgebouwd bij het bouwen en bedrijven van de kerncentrales. In dit verslag blikken wij terug op ons onderzoek in 2021.
Lees het onderzoeksjaarverslag 2021
Jaarverslag onderzoeksprogramma 2021Laatste nieuws
In een gezamenlijk project hebben TNO en NRG PALLAS de mogelijke rol van Small Modular Reactors (SMR’s) in het Nederlandse energiesysteem onderzocht.
De Hoge Flux Reactor is gisteren, 4 november, opnieuw opgestart. De reactor produceert medische isotopen, die gebruikt worden voor therapeutische en diagnostische toepassingen. Dagelijks worden hiermee 30.000 patiënten geholpen.