Onderhoud HFR-kernreactor met oog op nucleaire veiligheid

Iedere dag opnieuw worden vanuit Petten talloze pakketjes verscheept naar zowat overal ter wereld. Hun inhoud? Medische isotopen, radioactieve stoffen die dagelijks worden toegepast voor de diagnose en behandeling van verschillende soorten kanker. Ze komen tot stand in de Hoge Flux Reactor, een nucleaire reactor met ruim een halve eeuw op de teller. Dat het asset management van dergelijke installatie aan de hoogste standaarden moet voldoen en ervoor moet zorgen dat een ongeplande uitval uitblijft, mag duidelijk wezen.

DE KERNREACTOR IN PETTEN

GESCHIEDENIS

Een nucleaire reactor komt er niet zomaar. Toen de Nederlandse regering het in 1955 noodzakelijk achtte om de mogelijkheden van nucleaire technologie te verkennen, besloot men de Hoge Flux Reactor Petten te bouwen, om er vervolgens in 1961 ook de eerste kernsplijting te laten plaatsvinden. Sindsdien fungeert de Europese Commissie als eigenaar van de reactor, terwijl de NRG (Nuclear Research and consultancy Group) optreedt als gebruiker en vergunninghouder.

PRODUCTIE

Hoewel de HFR initieel gericht was op onderzoek naar kernenergie en de toepassingen ervan, evolueerde het zwaartepunt van de plant in Petten vanaf jaren 90 meer richting de productie van radioactieve stoffen voor medische toepassingen. Vandaag produceert de reactor in Petten ongeveer een derde van de medische isotopen ter wereld en levert men circa 65% van de Europese en bijna de helft van de Nederlandse behoefte (ter duiding: in Nederland worden jaarlijks ongeveer 400.000 diagnostische en 4.000 therapeutische verrichtingen uitgevoerd met radio-isotopen). Wereldwijd worden dagelijks ruwweg 30.000 patiënten geholpen met de medische isotopen uit Petten. Naast de medische isotopenproductie wordt er ook nog steeds nucleair technologisch onderzoek gevoerd naar materialen en brandstoffen voor bestaande en nieuw te bouwen vermogensreactoren zoals materiaalonderzoek voor Gesmolten Zout Reactoren (MSR of Molten Salt Reactor) en voor de levensduurverlenging van de Britse vermogensreactoren.

Vandaag produceert de reactor in Petten ongeveer 1/3 van de medische isotopen ter wereld

HOGE FLUX = STERKE NEUTRONENSTROOM

Bij uraniumsplijting ontstaan neutronen, radioactieve stoffen en warmte. De neutronenstroom is in het geval van HFR veel sterker dan in een normale kerncentrale, wat ineens ook de benaming van de HFR bepaalt. Immers, 'flux' is een maat voor de intensiteit van de neutronenstroom.

In de HFR worden plaatjes materiaal met uranium bestraald. Op deze targets ontstaan splijtingsproducten die in een laboratorium op hetzelfde terrein bewerkt worden voor de productie van radioactieve stoffen voor medische toepassingen (molybdeen en jodium). De ongebruikte radioactieve stoffen zijn radioactief afval. De HFR produceert dus de ruwe grondstof en niet de medische isotopen zelf. De geproduceerde isotopen hebben slechts een korte levensduur en moeten daarom zo snel mogelijk naar de plek waar ze worden toegepast worden vervoerd.

SPECIFICATIES

Met 45 MW heeft de HFR slechts een relatief klein vermogen. Ter vergelijking: de vermogensreactor in de Zeeuwse gemeente Borssele haalt vlotjes 2.000 MW. Hoewel de effecten van een mogelijk incident door de kleinere bron van de HFR beduidend minder zijn, lijdt het geen twijfel dat ook hier verschillende systemen noodzakelijk zijn om de veiligheid in de reactor te kunnen borgen. En die veiligheid begint bij het isoleren van straling én warmte. In tegenstelling tot energiereactoren is de HFR een tank-in-pool-type multipurpose onderzoeksreactor. Dit houdt in dat het reactorvat in een betonnen bassin is geplaatst. Het gedemineraliseerde bassinwater (dat ook de installatie weet te vrijwaren van corrosie) schermt niet alleen de radioactiviteit van de reactorkern voldoende af, het hoort ook de door diezelfde kern gegenereerde warmte voldoende af te voeren. Dat gebeurt door dit demiwater met talloze pompen in verschillende configuraties via een warmtewisselaar door een redundant tweede koelsysteem te loodsen. Voor deze secundaire koeling wordt water uit het Noordhollandsch Kanaal gebruikt. Dat externe koelwater wordt overigens wél voorbehandeld om vervuiling in de installatie te voorkomen.

Verder beschikt de reactor over een monitoringsysteem om alle nucleaire kanalen te controleren en de reactor automatisch tot stilstand te brengen in geval van een anomalie. Ook wanneer operatoren iets zien wat afwijkt van de standaard, kan de reactor binnen de seconde worden uitgeschakeld.

THE GOLDEN SIXTIES

Bij een bezoek aan het reactorgebouw (tijdens een KIVI-middag onder leiding van KIVI-afdelingsvoorzitter Bart Smit in 2019, red) blijkt de kern van het probleem echter relatief snel te ontwaren: datering. Zo heeft de controlekamer bijvoorbeeld nog steeds een hoge jaren 60-look, met vooral veel analoge meters en lampjes. Digitalisering is er - op een enkel scherm na - nauwelijks, wat ook impliceert dat de reactor nergens anders dan in de controlekamer in Petten kan worden aangestuurd. En dus ook niet te hacken valt vanop afstand. Of hoe ouderdom een voordeel kan zijn in digitale tijden ...

Hoewel de site in Petten in 1984 nog voorzien werd van een nieuw reactorvat, loopt de reactor nu stilaan tegen het einde van zijn economische levensduur aan (ter illustratie: ook vier van de vijf andere kernreactoren waar isotopen worden geproduceerd, zijn ouder dan 45 jaar). Het hoeft dan ook niet te verbazen dat er vergevorderde plannen bestaan om de HFR in Petten te vervangen door een moderne multifunctionele nucleaire reactor: PALLAS. De mogelijke oplevering van die nieuwe state-of- the-artreactor zou gebeuren in 2025, al wordt ook de periode 2026-2028 genoemd. En hoewel de eerste voorbereidingen voor de realisatie van PALLAS inmiddels van start zijn gegaan, is het tot die oplevering absoluut noodzakelijk dat de huidige HFR in Petten in bedrijf blijft. Hier gaan echter ook de nodige uitdagingen naar onderhoud mee gepaard.

PREVENTIEF EN CORRECTIEF ONDERHOUD 

Waar dat onderhoud in de beginjaren van de reactor toegespitst was op eenmalig gebruik van de bestralingsfaciliteiten - er werd immers veel uniek onderzoek naar energieopwerking door kernenergie verricht, vraagt de hedendaagse terugkerende productie van medische isotopen een andere, maar eveneens onontbeerlijke vorm van onderhoud.

“2013 was voor ons een dieptepunt", steekt Maintenance Manager Sander Anink van wal, refererend aan enkele incidenten en de daarmee gepaard gaande uitval. “Dat jaar waren we slechts enkele maanden in bedrijf. Sindsdien echter zorgt gestructureerde aandacht voor maintenance voor een veel grotere bedrijfszekerheid."

Onder een normaal stramien draait de reactor tegenwoordig in cycli van een maand, steevast opgevolgd door een weekje stilstand waarin kleine onderhoudswerken kunnen plaatsvinden. Ingrijpende onderhoudsprojecten en trainingen van operatoren worden ingepland bij een grotere onderhoudsonderbreking, iets wat 1 à 2 keer per jaar gebeurt. “De ambitie is om 265 dagen en 24/7 per jaar operationeel te zijn", vertelt Anink. “De overige 100 dagen gaan op aan preventief, maar helaas ook soms aan correctief onderhoud, zij het dan niet aan het reactorvat zelf, maar eerder aan de randapparatuur."

 

RELIABILITY CENTERED MAINTENANCE

FAILURE MODE AND EFFECT CRITICALITY ANALYSIS (FMECA)

“Je kan spreken over een industrieel proces met veelal dezelfde andere kenmerken als in om het even welk ander productiebedrijf", vindt Anink. “Met dien verschil dat wij ons geconfronteerd zien met een extra norm voor veiligheid: nucleaire veiligheid, waarbij mens en milieu centraal staan."

Maar ook de verandering van rol - van onderzoeks- tot productiereactor - kende haar consequenties. Zo worden er hogere eisen gesteld aan de continuïteit van de productie, want stilstand kost geld. “Daarom is het vergroten van de betrouwbaarheid van het productieapparaat het uitgangspunt van ons Reliability Center Maintenance-onderhoudsprogramma. Failure Mode and Effect Criticality Analysis (FMECA: het systematisch in kaart brengen van mogelijke storingen, hun bronnen en mogelijke gevolgen) speelt daarbij een centrale rol."

AFGAAN OP GESCHATTE LEVENSDUUR?

“Een andere optie zou zijn om alles op grond van de geplande levensduur te vervangen", meent Anink. “In dat geval krijg je echter relatief vaak geplande stilstand, wat druk legt op de beschikbaarheid van de installatie. Bovendien vervang je dan ook onnodig vaak onderdelen op basis van een door de fabrikant aangegeven geplande levensduur, waarbij omgevingsomstandigheden niet altijd worden meegenomen. Het kan dus zijn dat een onderdeel veel eerder of juist later vervangen moet worden dan gebruikelijk en met onze primaire aandacht voor nucleaire veiligheid kan je maar beter meer diepgaand analyseren en Just-in-Time vervangen.“

"FRACAS is een voortdurend proces, want het gaat niet alleen om preventief onderhoud maar ook om de training van de mensen die met de installatie werken”

FAILURE REPORTING, ANALYSIS AND CORRECTIVE ACTION SYSTEM (FRACAS)

“Om een goed inzicht te verkrijgen, maken we gebruik van beschikbare gegevens. Dat doen wij aan de hand van FRACAS: het opzetten en beheren van een Failure Reporting, Analysis and Corrective Action System-database. Daarachter gaat een systematiek schuil van rapporteren en analyseren van uitgevoerd correctief onderhoud. Hieruit volgt een beeld van verouderingsprocessen, waardoor je als actie uiteindelijk komt tot een sluitend preventief onderhoud. Ook dit is een voortdurend proces, want het gaat niet alleen om preventief onderhoud van de bestaande installatie, maar ook bij de modificatie daarvan, alsook in de training van de mensen die met die installatie werken."