Kleiner proliferatiegevaar
Op het internet kunt u ellenlange discussies vinden over de vraag of thorium-MSR’s een extra proliferatierisico vormen: het risico van het verspreiden van wapentechnologie- en materiaal.
Hoewel dit een belangrijk onderwerp is, zijn discussies over afzonderlijke technische eigenschappen van materialen en/of processen weinig zinvol. In de praktijk zal elk nucleair apparaat, inclusief gesmolten zoutreactoren, zeer specifieke ontwerpeigenschappen vereisen en onderworpen zijn aan specifieke eisen van de toezichthoudende instanties, waaronder adequate veiligheids- en beveiligingsprocedures. Proliferatiebestendigheid moet worden gewaarborgd. In het geval van gesmoltenzoutreactoren zullen ontwerpers een nieuwe reeks uitdagingen hebben, én een nieuwe reeks mogelijkheden om aan de terecht zeer strikte veiligheidseisen te voldoen.
De ‘bottom line’ van dit argument is dat gesmoltenzoutreactoren als zodanig het niet gemakkelijker zullen maken om de kennis, materialen of apparaten te verkrijgen om een nucleair wapen te maken. Elke autonome natie die zou besluiten om kernwapens te produceren, en het geld heeft om dit doel na te streven, beschikt nu al over gemakkelijker manieren om dit te bereiken dan door gesmoltenzoutreactoren.
Zoals gezegd bieden gesmoltenzoutreactoren verschillende mechanismen die relevant zijn voor ontwerpers van gesmoltenzoutreactoren die de proliferatierisico’s willen minimaliseren.
Een belangrijk mechanisme betreft de samenstelling van de splijtstof. In geval van thoriumreactoren start de brandstofcyclus op het moment dat een thoriumkern een neutron vangt. Thorium zelf is niet splijtbaar, maar na de vangst van het neutron vervalt het thorium via een aantal tussenstappen tot 233U, een isotoop van uranium die wel splijtbaar is. In zeer zuivere vorm is 233U geschikt als wapenmateriaal. Het is echter zo dat, tenzij in de ontwerpfase van de reactor al zeer specifieke voorzieningen zijn inbegrepen en geïmplementeerd, het 233U dat wordt geproduceerd altijd wordt vergezeld door 232U. De aanwezigheid van dit 232U fungeert als bescherming tegen proliferatie: het is chemisch identiek en chemisch niet te scheiden van 233U. De isotoop 232U produceert echter een sterke en penetrerende gammastraling. Deze straling is gemakkelijk detecteerbaar, wat het vrijwel onmogelijk maakt het onopgemerkt te ontvreemden. Bovendien is deze isotoop door zijn harde straling destructief voor elektronica en degene die zou proberen het te hanteren. Bij normaal gebruik in de reactor is dit geen enkel probleem omdat het ontwerp hiermee rekening houdt. Maar de aanwezigheid van 232U – in gehaltes die door het ontwerp worden bepaald – maakt deze isotoop van uranium, tenzij men beschikt over zeer speciale vaardigheden en uitrusting, moeilijk en zeer gevaarlijk om te verwerken.
Een ander beschermingsmechanisme heeft te maken met het aantal vrije neutronen dat wordt geproduceerd in de thorium-MSR-kern. Wanneer 233U een neutron absorbeert, treedt splijting op en gemiddeld komen daarbij iets meer dan twee nieuwe neutronen vrij. Eén wordt gebruikt voor de splijting van het volgende 233U-atoom zodat de kettingreactie in stand blijft. Het andere neutron wordt gebruikt om 232Th om te zetten naar 233U. Een goed ontworpen thorium-MSR creëert dus precies voldoende neutronen om net genoeg brandstof te genereren, maar niet meer. Zou nu een relevante hoeveelheid 233U uit de kern worden gesmokkeld, dan zou dat zich direct vertalen in een afnamen van de energieproductie – een gebeurtenis die vrijwel niet te verbergen is .
Aan de andere kant kunnen thorium-MSR’s helpen de proliferatierisico’s te verminderen, omdat ze kunnen worden gebruikt om plutonium van ontmantelde kernwapens te verwerken, waarbij een proliferatierisico wordt omgezet in bruikbare elektriciteit. Plutonium kan in een gesmoltenzoutreactor worden gebruikt als opstartbrandstof voor thorium-MSR’s. Ook kan het worden toegevoegd aan het zoutmengsel waar het wordt verspleten tot restproducten die niet meer te gebruiken zijn voor gebruik in kernwapens.
Referenties: (Juhasz, et al., 2009, p. 4), (Hargraves & Moir, 2010, p. 312), (Hart, 2011, pp. 9,10).
De protactinium route
Er zijn tegenstrijdige berichten verschenen op het internet over de zogenaamde “protactinium route”. Op deze weg wordt protactinium, gemaakt uit thorium door het invangen van een neutron, chemisch afgescheiden voordat het vervalt naar het splijtbare 233U. De productie van heel zuiver protactinium maakt dan de productie mogelijk van heel zuiver 233U en dat vormt een proliferatierisico.
Het moge duidelijk zijn dat de toezichthoudende instanties pas tevreden zijn als deze mogelijkheid wordt uitgesloten. Daarom moet het voorkomen van deze mogelijkheid worden meegenomen bij het ontwerp. Dit betekent dat proliferatierisico’s alleen kunnen worden ingeschat na de beoordeling van het uiteindelijke ontwerp van een MSR. Ontwerpers hebben een scala aan mogelijkheden tot hun beschikking om ervoor te zorgen dat het uiteindelijke ontwerp proliferatie bestendig is. De protactinium weg trok de aandacht omdat het een mogelijkheid leek te bieden om zuiver 233U te maken. Normaal gesproken is 233U vervuild met 232U dat een hele harde gammastraling uitzendt. Dit bemoeilijkt het werken met het uranium voor het maken van wapens. Er zijn echter vele andere mogelijkheden om oneigenlijk gebruik van de splijtstof te garanderen zoals het automatisch controleren van voorraden, het meten van de reactiviteit en het streng controleren van de opwerkingsfabriek en nog vele andere. De protactinium weg zou bijvoorbeeld vereisen dat reactor voor langere tijd alleen voor dit proces zou worden gebruikt. Landen die dit zouden kunnen organiseren hebben ook andere , eenvoudiger manieren om splijtbaar materiaal voor wapens te produceren. En in elk geval zal iedere toekomstige reactor onderworpen worden aan strenge veiligheidseisen inclusief de verplichte controles door de mensen van de IAEA.
Referenties: (Hargraves & Moir, 2010), (Ashley, 2012).