Hoe gevaarlijk zijn exploderende kerncentrales?

Wat er precies gebeurd is in de kernreactoren van Fukushima, Tokai en Onagawa is nog onduidelijk. Wel is duidelijk dat alles draait om water.

De grootste problemen ontstonden dit weekeinde in de centrale van Fukushima I, 250 kilometer ten noorden van Tokio. De zes reactoren zijn zogeheten kokendwaterreactoren. Ze zijn te vergelijken met de waterkoker in de keuken: een ketel met een verwarmingselement erin. Alleen is dat verwarmingselement in dit geval nucleair: honderden brandstofelementen waarin uranium via een gecontroleerde kettingreactie splijt in andere elementen, waarbij warmte ontstaat.

Elektriciteit
Door die warmte wordt het water verhit dat langs de splijtstofelementen stroomt, waardoor stoom ontstaat. Die stoom drijft een turbine aan, die elektriciteit opwekt.

Door de aardbeving vrijdag schakelden de Japanse kerncentrales zichzelf uit. De kettingreactie met uranium werd gestopt. Wel zitten er dan nog radioactieve splijtingsproducten in de splijtstofstaven, die nog 'restwarmte' produceren. Dat is niet zo veel (na een dag minder dan 1 procent van de normale warmte) en op zich geen probleem, zegt Jan Leen Kloosterman, kernfysicus aan de Technische Universiteit Delft. Zolang die warmte door het water kan worden afgevoerd.

Pompen
En dat was niet het geval. Door de tsunami was de stroom uitgevallen. Die stroom is nodig om de pompen aan te drijven die het water laten circuleren. Een noodstroomvoorziening, met dieselaggregaten, deed het een uurtje - totdat ook deze uitvielen, waarschijnlijk doordat de tsunami de brandstoftoevoer had beschadigd.

Toen was er nog een nood-noodstroomvoorziening van batterijen. Die moesten het acht uur doen, en dat deden ze ook. In die tijd moest een oplossing worden gevonden voor het stroomprobleem. Daartoe werden mobiele dieselaggregaten naar de reactor gebracht. Helaas: de aansluiting paste niet.

Toen, dus acht uur na de tsunami, begonnen de problemen pas echt. Allereerst werd de druk in het reactorvat steeds hoger, door de stijgende temperatuur en het gebrek aan circulatie. Om de druk van de ketel te halen, zetten de operators een aantal ventielen in het stalen reactorvat open. Die stoom bevat altijd wat radioactief gemaakte stoffen (stikstof), maar die leven maar een paar seconden. Dus toen aanvankelijk melding werd gemaakt van een 'radioactief lek', was dat relatief onschuldig.

Explosie
Een tweede effect van de hoge temperatuur was dat het zirconium omhulsel van de splijtstofstaven begon te reageren met het (resterende) water. Daarbij ontstaat waterstof. Dit waterstof belandde met de stoom in de ruimte tussen het reactorvat en het betonnen reactorgebouw, dat daaromheen is gebouwd. Toen het waterstof met het aanwezig zuurstof in contact kwam, knalde het gebouw uit elkaar. De reactor zelf zou niet beschadigd zijn.

Intussen begon de reactor droog te koken. Daardoor begonnen de splijtstofstaven boven het wateroppervlak uit te komen. Het zirconium omhulsel van de staven, al aangetast door de oxidatiereactie met de stoom, is waarschijnlijk gaan smelten, bij een temperatuur hoger dan 2.200 graden celsius, waarna radioactieve splijtingsproducten, zoals cesium en jodium, ook in de stoom terechtgekomen zijn. Die zijn ook naar buiten gelekt. Hoeveel is onduidelijk.

Droogvallende splijtstofstaven kunnen nog verder verhitten, waardoor ook het uraniumoxide smelt en het geheel door het reactorvat heen kan branden. Als dat gebeurt, is dat niet per se een ramp: de meeste reactors hebben een dikke betonnen opvangbak, buiten het reactorvat, waarin het uranium in zo'n geval in principe kan afkoelen zonder dat de buitenwereld er last van heeft.

Paardenmiddel
Toch wil je dat liever voorkomen. De operators van de kerncentrale namen toen hun toevlucht tot een paardenmiddel: het binnenlaten van zeewater. De reactorkern werd ondergedompeld in meters water. Daarmee is er in theorie voldoende koelwater om de reactorkern verder te laten afkoelen.

Hetzelfde paardenmiddel is zondag toegepast in de reactoren 2 en 3 van dezelfde centrale. Deze reactoren kunnen worden afgeschreven. Het betekent dat Japan in elk geval zo'n 2.000 megawatt (vier keer Borssele) aan vermogen kwijt is. Dat stroomtekort zal de komende maanden wellicht nog de grootste problemen opleveren.