Streven. Jaargang 15

[p. 750]

Wetenschappelijke kroniek
Het wetenschappelijk nut van ondergrondse kernproeven
H. Jans S.J.

OP 5 september 1961 kondigde President Kennedy de hervatting aan van kernproeven in de U.S.A. Rusland was toen reeds met zijn nieuwe indrukén ergerniswekkende reeks kernproeven begonnen. De Amerikanen verklaarden evenwel zich tot ondergrondse proefnemingen te willen beperken. Men zou kunnen menen dat deze beperking slechts ingegeven werd door de begrijpelijke zorg de wereldopinie niet voor het hoofd te stoten, door in hetzelfde euvel te vervallen dat men aan de tegenstander verweet: de radioactieve contaminatie van de atmosfeer. En toch is dit slechts de halve waarheid. Een aantal fysici en ingenieurs van de U.S.A. schenen opgelucht omdat de brutale hervatting van de Russen hen in staat stelden voort te gaan met interessante ondergrondse proefnemingen die ze in 1957 waren begonnen. Deze waren helemaal niet bedoeld als proeven die alleen om redenen van opportuniteit niet in de atmosfeer werden gehouden: men zocht veeleer belangrijke technische en industriële toepassingen, die met oorlogsvoering niets van doen hebben.

Bijzondere moeilijkheden bij het gebruik van kernenergie

De bijzondere moeilijkheden die het gebruik van kernenergie zo ingewikkeld maken, zijn van dubbele aard. Er is eerst en vooral de moeilijkheid, zo niet de onmogelijkheid, het proces geleidelijk te doen verlopen: dit betreft het explosieve karakter van de kernenergie. Vervolgens vraagt men zich af hoe men de mens kan beschermen tegen de radioactieve straling die een onvermijdelijk begeleidingsverschijnsel is van elke vorm van kernenergie: dit betreft dus het radioactieve karakter van de kernenergie. De ondergrondse proefnemingen bedoelen nu precies de controleerbare voorwaarden na te gaan, waarin het explosieve en radioactieve karakter geen onoverkomenlijke hinderpaal meer hoeft te zijn voor praktische toepassingen op min of meer grote schaal.

Men zal onmiddellijk de bedenking opperen, dat er op dit gebied toch reeds merkwaardige resultaten bereikt zijn. Denken we slechts aan de Nautilus, de duikboot die met kernenergie wordt aangedreven. En de atoomreactoren, die zo wat overal in Europa oprijzen, fungeren toch ook, op verschillende plaatsen, als centrales van elektrische energie. In beide gevallen is men erin geslaagd, het proces geleidelijk te doen verlopen en de radioactieve uitstraling tot een ongevaarlijk minimum te beperken. Hier gaat het echter slechts om één van de twee fundamentele processen, waardoor in princiep energie kan worden gewonnen uit kernreacties. Men kan inderdaad een zogenaamd fissie- en een fusieproces onderscheiden. In het fissie- of kernsplijtingsproces wordt een zware atoomkern gesplitst in meerdere lichtere atoomkernen: daar de bindingsenergie per kerndeeltje of per nucleon in de zeer zware kernen kleiner is dan in de lichtere, komt er bij de splitsing in lichtere kernen, energie vrij. De eerste atoombommen

[p. 751]

maakten van deze energiewinst gebruik, die aanvankelijk ook explosief verliep, hetgeen juist de bedoeling was. Maar opvallend vlug is men er ook in geslaagd, dit fissie-proces te beheersen. Het bleek namelijk dat de frequentie van kernsplijtingen wezenlijk afhankelijk is van de snelheid van de neutronen, die door hun binnendringen in de zware kern de splijting moeten veroorzaken. Daar het vrij eenvoudig is deze snelheid te regelen, kan men tegenwoordig het fissieproces min of meer geleidelijk doen verlopen. En wat de bescherming betreft tegen de radioactieve straling, voor apparaten die een vrij grote omvang mogen hebben zijn er geen onoverkomenlijke bezwaren: in een betonnen omhulsel worden ze van de buitenwereld afgesloten.

Anders is het echter gesteld met het zgn. fusie- of kernversmeltingsproces. Hier gaat het hoofdzakelijk om de omzetting van kernen van zware waterstof (deuterium, bestaande uit één proton en één neutron) in heliumkernen, opgebouwd uit twee protonen en twee neutronen. De energie die hierbij vrij komt, is veel groter dan in het kernsplijtingsproces. (De beruchte H-bom of waterstofbom werkt volgens dit princiep). Al bevat de natuurlijke waterstof slechts 0,015 procent deuterium, toch blijft dit nog een ontzaglijke hoeveelheid, aangezien men een vrij goedkope scheidingsmethode heeft kunnen verwezenlijken. Men is er echter nog niet in geslaagd, dit proces op dezelfde wijze te beheersen als het fissieproces, en de specialisten zijn van mening dat het nog wel jaren kan aanlopen voor men het zo ver brengt. Maar, zo vroegen verschillende geleerden zich af, waarom zou men niet proberen het explosieve fusieproces als zodanig voor vreedzame doeleinden te gebruiken? Het zijn deze mogelijkheden welke de ondergrondse kernproeven willen onderzoeken.

Eerste ervaringen

In september 1957 werd de eerste ondergrondse kernproef gerealiseerd: de uitwerking van de ontploffing werd in tijd en ruimte op de voet gevolgd. Men had de ‘bom’ aangebracht aan het uiteinde van een lange tunnel, die men in een heuvel van vulkanisch tuf had uitgegraven. De tunnel liep uit in een spiraal en werd bovendien nog gedeeltelijk met zandzakjes opgevuld. Aldus hoopte men dat een gedeeltelijke instorting van de tunnel de zeer radioactieve plaats van de ontploffing zelf van de buitenwereld af zou sluiten. Op dit punt slaagde het experiment volkomen. Er werd een ontploffing verwezenlijkt van 1,7 kiloton¹⁾. Gedurende de eerste minuten na de ontploffing smolten ongeveer 700 ton gesteente in de onmiddellijke omgeving: nadien stortte het ‘dak’ van de ontstane holte in over een afstand van ongeveer 120 m. Op deze wijze werden ongeveer 200.000 ton gesteente gebroken en verbrijzeld en waterdoorlatend gemaakt. De aardschok werd echter op een afstand van 4,5 km nog nauwelijks waargenomen, terwijl de radioactiviteit nagenoeg geheel beperkt bleef tot het aanvankelijk gesmolten gesteente, dat zo goed van de buitenwereld afgesloten bleef, dat het nooit enig gevaar opleverde. Deze resultaten waren zo bemoedigend, dat men mogelijke technische en industriële toepassingen overwoog,

1) Zoals bekend wordt de explosieve kracht uitgedrukt in functie van de ‘conventionele’ explosiestof, trinitrotolueen, meestal afgekort tot TNT, waarvan de formule luidt C₆ H₂. Ch₃. 3 NO₂. Een explosieve kracht van één kiloton komt dan overeen met die van duizend ton of één miljoen kg TNT; een megaton-bom maakt ongeveer evenveel energie vrij als een miljoen ton TNT.

[p. 752]

waarvan sommigen intussen reeds in het experimenteel stadium zijn getreden.

Ondergrondse ontploffingen als energiebron

De enige vorm van energie die praktisch bruikbaar is, is die waarbij de energie met een min of meer vast bedrag over langere tijdsperioden kan worden geproduceerd en verbruikt. Bij een ondergrondse kernontploffing komt de energie wel vrij op een paar seconden, maar ze zit ook in een vrij beperkte ruimte gevangen. Waarom zou het niet mogelijk zijn dit warmtereservoir te gebruiken om er water door heen te leiden, dat als stoom aan de oppervlakte zou verschijnen en daar de turbines van een elektrische centrale zou doen draaien? De Amerikaanse geleerden die een eerste proefneming op dit gebied voorbereiden in een geweldige zoutafzetting, vermoeden dat ongeveer 50% van de vrij gekomen kernenergie als warmte-energie gelokaliseerd blijft, en dat men tenslotte, na het transport van deze energie tot aan de oppervlakte, toch nog 30% van de aanvankelijk geproduceerde energie zou recupereren. Dit resultaat is lang niet kwaad wanneer het met andere procédé's van energiewinning wordt vergeleken. Het zou vooral het grote voordeel hebben, en dit is wellicht het voornaamste, dat men centrales kan oprichten in streken die volkomen verstoken zijn van natuurlijke energiebronnen. Wanneer men bedenkt dat de ontginbaarheid van vele ertsafzettingen rechtstreeks afhankelijk is van energiebronnen die niet te ver uit de buurt liggen, dan worden hier heel nieuwe perspectieven geopend voor streken die er tot nog toe in moesten berusten hun minerale rijkdom ongebruikt te laten, omdat ze niet over de nodige energie ter plaatse beschikten om die te ontginnen.

Graafwerk op grote schaal

De meest voor de hand liggende toepassing is wel het gebruik van de kernenergie voor het verplaatsen of verbrijzelen van geweldige massa's gesteenten. We leven in een tijd waarin dagelijks steeds grootser opgezette plannen het licht zien: het graven van totaal nieuwe waterwegen, het bouwen van steeds reusachtiger stuwdammen, het bevloeien en vruchtbaar maken van uitgestrekte woestijnen. Vele van deze plannen zijn onmogelijk te realiseren omdat de kosten veel te hoog liggen, indien het graafwerk volgens de gewone methodes moet gebeuren: het gesteente wordt in vrij kleine hoeveelheden ter plaatse verbrijzeld en moet dan nog weggevoerd worden. Wanneer echter een kernexplosie op geringe diepte wordt uitgevoerd, ontstaat een krater. Een reeks van zulke kraters zou zeer vlug een gleuf in de bodem doen ontstaan. Een dergelijk experiment wordt in een ver afgelegen hoek van Alaska voorbereid. Het is echter zonder meer duidelijk dat in deze gevallen het probleem van de radioactieve contaminatie van de omgeving en de oppervlakte de voornaamste moeilijkheid wordt. Maar ook op dit punt blijven de vooruitzichten optimistisch: bij verschillende experimenten is gebleken dat zeer goede ‘kratereffecten’ worden bereikt in voorwaarden, waarbij 95% van de radioactiviteit veilig in de bodem verzegeld blijft op de plaats zelf van de ontploffing. In Alaska zullen trouwens een hele groep biologen de mogelijke invloed van de ontploffingen op levende wezens onderzoeken. In ieder geval wint de overtuiging meer en meer veld dat de radioactieve uitstraling, ook bij een dergelijk gebruik van de kernenergie, tot een

[p. 753]

volkomen onschadelijk minimum kan worden herleid. De geleerden wijzen er daarbij trouwens terecht op dat er andere en meer dringende eisen van bescherming tegen ongezonde contaminaties van de atmosfeer bestaan: de stofdeeltjes en de verbrandingsgassen die in industriegebieden de lucht verpesten, hebben ongetwijfeld veel meer ziekten veroorzaakt dan de radioactiviteit.

De kratervorming van ondiepe ontploffingen zou ook nog kunnen gebruikt worden om ertsen te ontginnen, die alleen rendabel zijn indien ze bovengronds kunnen ontgonnen worden, maar die in feite voorkomen onder een dikke, waardeloze laag. Deze deklaag zou door de ontploffingen verwijderd worden; het erts zou in open lucht kunnen ontgonnen worden.

Valorisatie van ertsafzettingen

Er komen over de gehele wereld heel veel verlaten mijnen voor. Men heeft het erts ontgonnen zolang het gehalte in de gegeven economische omstandigheden rijk genoeg was. Geleidelijk aan blijkt de proportie tussen erts en nevengesteente steeds ongunstiger te worden, en de ontginning wordt stop gezet wanneer de onkosten om het kleine procent erts uit het nevengesteente af te zonderen te groot worden. Want sterke concentraties van nuttige elementen zijn in de aardkorst steeds een uitzondering. Veel frequenter zijn de gevallen waarin het gezochte element in fijn verspreide toestand in zeer grote volumes waardeloos nevengesteente voorkomt. De zeer grote massa steen die bij de eerste ondergrondse kernproef door één enkele ontploffing gebroken en verbrijzeld werd, wettigt de hoop dat een dergelijke methode op zulke afzettingen zou kunnen toegepast worden. Men zou hier kunstmatig een proces kunnen inzetten, dat ook in de natuur dikwijls heeft plaats gevonden, wanneer uit een verweerd en gebroken gesteente het nuttige metaal in waterige oplossing werd meegevoerd. Op deze wijze zou ook uit arme ertsen op rendabele wijze het metaal gewonnen kunnen worden.

Maar ook in verband met de brandstofvoorziening kunnen wellicht thans ongebruikte én onbruikbare reserves toch worden geëxploiteerd. Het is een feit dat in onze moderne wereld de petroleumafzettingen in steeds sneller tempo worden ontgonnen en verbruikt. Voorlopig zijn de reserves nog zeer aanzienlijk, maar de mens verbruikt nu eenmaal in enkele tientallen jaren hetgeen zich gedurende heel het geologisch verleden heeft gevormd. Men zoekt dan ook koortsachtig naar nieuwe petroleumbronnen. Bij dit onderzoek stoot men vaak op gesteenten, schiefers of zanden met een vrij hoog gehalte aan koolwaterstoffen. De aardoliereserves in deze afzettingen zijn naar schatting groter dan de thans bekende ‘gewone’ petroleumreserves. Het is nochtans onmogelijk gebleken deze olie uit dergelijke zanden in Canada en de Verenigde Staten op te pompen, omdat de vloeistof veel te dik en te viskeus is. Het zou echter volstaan de afzetting op een temperatuur van 90°C te brengen om de vloeistof te kunnen pompen: in die voorwaarden zou de petroleumwinning ook economisch rendabel zijn. Ook op dit gebied wordt een proefneming voorbereid: door een ontploffing in het gesteente onder de petroleumhoudende laag, hoopt men de temperatuur zo hoog op te drijven, dat de olie langs een boorgat rechtstreeks naar de oppervlakte kan gepompt worden.

In vele streken met woestijn- of halfwoestijnklimaat wordt het nijpend gebrek aan water dikwijls op gevoelige wijze beïnvloed door het feit dat de oppervlakte

[p. 754]

van het land bedekt is met een harde ondoordringbare laag: het regen- en rivierwater krijgt daardoor nauwelijks een kans om in de diepere lagen door te dringen en daar de hoogst nodige reserve aan grondwater op te bouwen of aan te vullen. Vele ingenieurs zijn van mening dat ondergrondse ontploffingen doorbraakzones kunnen vormen waardoor het water, in plaats van ongebruikt naar zee te vloeien, in de ondergrond kan worden afgeleid.

Het is natuurlijk nog veel te vroeg om uit te maken welke van de hier vermelde methodes bruikbaar zullen blijken. En reeds werden door Amerikaanse chemici weer andere voorstellen gedaan: zouden de hoge druk en temperatuur die in het fusieproces optreden, niet gebruikt kunnen worden voor de synthese van sommige materialen, die nu met veel meer kosten en moeite in gespecialiseerde laboratoria moeten vervaardigd worden? Op deze wijze zouden de ‘bijprodukten’ van een ondergrondse ontploffing het gebruik zelf van de kernenergie economisch nog waardevoller maken. Rest nog de vraag, wat er van deze plannen terechtkomt indien de huidige atoommachten toch tot een akkoord zouden geraken over het verbod van alle, ook ondergrondse, proeven. Dan zou de ontwikkeling die hier werd geschetst, zeker voor geruime tijd worden geremd. Maar het is onwaarschijnlijk dat methodes waarvan men gaandeweg het mogelijk nut gaat inzien, ten slotte toch niet opnieuw burgerrecht zouden verkrijgen. Het is wel typisch voor onze tijd, dat de discussie aangaande de nieuwe energievormen evenzeer een militair, een medisch en een politiek probleem vormt, als een kwestie van louter wetenschappelijke of technische aard.