De bovenfase van de splijtstofcyclus
De bovenfase van de splijtstofcyclus omvat de handelingen vanaf de extractie van het mineraal in de mijnen tot aan de levering van het verrijkte uranium aan de fabrikant van splijtstofelementen.
Van de extractie tot het geconcentreerde uranium
Uranium is een metaal dat vrij verspreid is in de aardkorst. Het komt voor in mineralen die in open of ondergrondse mijnen uit ertslagen worden gewonnen. In de afgelopen jaren is een nieuwe technologie in zwang gekomen, de uitloging in situ. Dit is een procedé dat metalen, waaronder uranium, rechtstreeks in de ertslaag oplost. Vandaag wordt bijna de helft van de wereldproductie door uitloging in situ verkregen.
In 2014 waren de belangrijkste uraniumproducenten in dalende volgorde: Kazachstan, Canada, Australië, Niger, Namibië, Rusland, Oezbekistan, de Verenigde Staten, China en Oekraïne. De wereldproductie van de uraniummijnen bedroeg in 2014 56 217 ton. (Bron: Statistieken van de World Nuclear Association.
Het uranium wordt aan het mineraal onttrokken door een reeks procedés die een sterk geconcentreerd uranium opleveren. Dat is yellowcake, een geel poeder dat ongeveer 75% uranium bevat, dus 750 kg uraniumoxide per ton. De yellowcake wordt geraffineerd om vrijwel zuiver uranium te verkrijgen in de vorm van uraniumoctoxide (U3O8).
De bovenfase van de splijtstofcyclus en de Belgische actoren
Wist U dit?
Twee derde van de wereldproductie van uranium wordt verzekerd door Kazachstan (41%), Canada (16%) en Australië (9%). De mijn van Mc Arthur River in Canada (ondergrondse mijn) bracht in 2014 op eigen houtje 13% van de wereldproductie voort.
Yellow cake
Op de markt van dit product sluit SYNATOM bevoorradingscontracten af. Wanneer de 7 Belgische reactoren in bedrijf zijn, koopt het 800 tot 1300 ton per jaar, met een gemiddelde van 1000 ton per jaar.
SYNATOM werkt met een visie op lange termijn. Ze integreert de planning van de jaarlijkse stilstanden van de reactoren en de kenmerken van de gebruikscyclus van de splijtstof.
SYNATOM beschikt ook over strategische voorraden, zodat het zich kan aanpassen aan de schommelingen van de markt en aan mogelijke technische problemen van de kerncentrales. De strategische voorraad van SYNATOM volgt stipt de aanbevelingen van het Bevoorradingsagentschap van EURATOM.
De markt van natuurlijk uranium is zeer specifiek. De huidige relatief lage prijzen volstaan niet om de rentabiliteit van de mijnen te verzekeren. Sommige mijnen worden voorlopig niet geëxploiteerd in afwachting van betere economische omstandigheden.
Wist U dit?
Yellowcake is de vorm waarin het uranium wordt verhandeld. Wanneer men over de marktprijs van een ton uranium spreekt, bedoelt men in feite de prijs van een ton yellowcake. In 2015 varieerde die prijs tussen 30 en 40 USD per pond.
De conversie van yellowcake in uraniumhexafluoride
De conversiefase zet yellowcake om in zuiver uraniumhexafluoride (UF6). Dit gas wordt gecomprimeerd en gekoeld om het vloeibaar te maken. Het wordt getransporteerd in speciale containers waar het door koeling een vaste staat bereikt. Zo kan het naar een verrijkingsfabriek worden vervoerd.
De markt van de conversie wordt gekenmerkt door het kleine aantal operatoren. Canada, Frankrijk, het Verenigd Koninkrijk, de Verenigde Staten, Rusland en China beschikken over dit type van installaties.
SYNATOM geeft de voorkeur aan een bevoorrading uit diverse bronnen.
De verrijking
Voor het begin van de verrijking bestaat 1 kg natuurlijk uranium uit 990 gram uranium 238, 7 gram uranium 235 en ongeveer 3 gram uranium 234. Alleen uranium 235 is splijtbaar, maar de verhouding van 0,7% volstaat niet om te worden gebruikt in de Belgische kerncentrales met drukwaterreactoren (PWR = pressurized water reactor).
Voor deze kernreactoren met water onder druk heeft men splijtstof nodig die 3% tot 5% uranium 235 bevat. Alleen het isotoop 235 is immers geschikt voor de kernsplitsing die energie vrijmaakt.
De techniek van de verrijking door centrifugeren heeft vandaag de te energiegulzige techniek met gasdiffusie volledig vervangen.
• uranium 238
• uranium 235
• uranium 234
Hoe werkt het? Eenvoudig gesteld...
Uranium 235 en uranium 238 verschillen enigszins in massa. Daardoor verschillen ze ook in mobiliteit.
Het procedé bestaat erin dat men uraniumhexafluoride (tot op 56°C verwarmd, zodat het weer gasvormig is) tegen zeer hoge snelheid in een centrifuge laat draaien.
Door de middelpuntvliedende kracht verplaatsen de zwaardere moleculen zich naar de periferie van de centrifuge, terwijl de lichtere moleculen (U235) zich in het midden en de bovenkant van de cilinder verzamelen.
Deze behandeling moet een groot aantal keren worden herhaald om de gewenste verrijking te verkrijgen.
De markt van de verrijking wordt naar het voorbeeld van die van de conversie door 4 grote bedrijven gedomineerd:
- URENCO met fabrieken in Nederland, Duitsland en het Verenigd Koninkrijk
- AREVA (Frankrijk)
- CENTRUS in de Verenigde Staten
- TENEX in Rusland.
China en Japan hebben eveneens verrijkingsinstallaties.
SYNATOM sluit verrijkingscontracten af met verscheidene gespecialiseerde bedrijven. SYNATOM ziet toe op de door de kernexploitant verwachte specificaties. SYNATOM beheert vervolgens de transfer van het verrijkte uraniumhexafluoride naar een door de exploitant aangeduide fabriek voor de vervaardiging van splijtstofelementen.
Vanaf dat ogenblik is de splijtstof de verantwoordelijkheid van de exploitant van de reactoren, namelijk ELECTRABEL.
Wist U dit?
De meeteenheid voor de verrijkingsdiensten is de 'SWU' (Separative work unit of scheidingsarbeideenheid). Dit is de eenheid die in de contracten als referentie dient. Ze wordt gebruikt om de kosten te evalueren van de scheiding van een kilogram uranium in twee delen met verschillend isotoopgehalte in het kader van de verrijking van uranium. Ze wordt ook gebruikt om de productiecapaciteit van een fabriek te evalueren.