In de vroege jaren veertig werken de Amerikanen nauw samen met Engelse wetenschappers aan het kernwapenprogramma Manhattan Project. Na de tweede wereldoorlog en de kernaanvallen op Hiroshima en Nagasaki besluit de USA dat Britse hulp niet meer nodig is. Verontwaardigd starten de Engelsen hun eigen programma Tube Alloys, maar in de haast nemen ze onaanvaardbare risico’s, waardoor een groot deel van het Verenigd Koninkrijk op een haar na verandert in een nuclear wasteland.
In de eerste jaren na de tweede wereldoorlog kwam de relatie tussen bondgenoten Verenigde Staten en Groot Brittannië flink op de tocht te staan. Tijdens de oorlog werkten Britse atoomwetenschappers samen met hun Amerikaanse en Canadese collega’s aan het Manhattan Project, het programma dat van de USA de eerste kernmacht zou maken. Toen de oorlog voorbij was en de Amerikanen hun bom klaar hadden, besloot de VS dat samenwerking met de Engelsen niet langer nodig was en werden de Britse wetenschappers naar huis gestuurd. De Engelsen, die de atoombom als een gezamenlijke uitvinding beschouwden, voelen zich aan de kant geschoven, maar de Amerikanen, die het twee miljard dollar kosten project hadden gefinancierd, zagen het als hun eigendom, dat ze voor zichzelf wilden houden om hun dominantie veilig te stellen.
Een nieuw bondgenootschap, gesloten in november 1945, kon daar weinig aan veranderen, omdat het amper meer behelsde dan fundamenteel onderzoek, maar het samen bouwen van concrete kernwapens uitsloot. Engeland voelde zijn wereldwijde macht al jaren onder druk staan door onder meer het afbrokkelen van het koloniale imperium en het was bovendien geen groot geheim dat meer landen de ambitie hadden een kernmacht te worden. Als Engeland bij de grote naties wilde blijven horen, moest het binnen afzienbare tijd zijn eigen kernarsenaal hebben. De algemene consensus was dat de Sovjet-Unie in 1952 kernwapens zou hebben en premier Clement Attlee wilde dan ook dat de Engelse atoombom, koste wat het kost, tegen die tijd klaar was. Om mee te blijven tellen op de wereldkaart, maar ook om de Verenigde Staten ervan te overtuigen dat Groot-Brittannië weer een volwaardige nucleaire partner kon worden. Attlee nam William Penney, een briljante wetenschapper die aan het Manhattan Project had gewerkt, in de arm. Op de Zuid-Engelse luchtmachtbasis Harwell verrees het Atomic Energy Research Establishment AERE, waar onder leiding van John Cockcroft, een andere Manhattan-veteraan, de in Amerika achtergelaten atoomkennis moest worden ingehaald. Dertig kilometer zuidelijker, in Aldermaston, werd een laboratorium neergezet waar met de in Harwell opgedane kennis de bom zou worden gebouwd.
Atom men
Onder leiding van Cockcroft, tijdens de oorlog directeur van het Brits-Canadese Montreal Laboratory, moesten ze op basis van de kennis die ze in het Manhattan Project opdeden een eigen, Engelse atoombom ontwikkelen. Om de benodigde grondstoffen te produceren werden bij het Noord-Engelse Windscale onder supervisie van kernwetenschapper Christopher Hinton twee reactoren gebouwd, waar uit verrijkt uranium plutonium zou worden gewonnen. Ruim vijfduizend mensen, veelal jong en hoog opgeleid, die al gauw de naam Atom Men of Atomics kregen, vestigden zich tijdelijk en zorgden voor een ware opleving van het voorheen zo slaperige dorpje aan de kust.
Maar de Atomics en de Bold Bad Barons, zoals Hinton, Cockcroft en Penney in de wandelgangen heetten, brachten niet alleen welvaart en reuring naar Windscale. Slechts weinigen wisten dat het productieproces waarvoor de nieuwe fabriek was bestemd, bepaald niet zonder risico was. De kettingreactie die in U-235 ontstaat, levert enorme hitte op en als die niet wordt beteugeld, kan de boel in brand vliegen. Om dat te voorkomen werden twee kernen gebouwd van puur grafiet (4.000 ton samen), met daarin tientallen parallelle buizen waar het uranium, luchtdicht verpakt in aluminium cilinders, aan de voorkant in ging. Die zogenaamde cartridges waren voorzien van vinnen die de oppervlakte vergrootten, wat een betere koeling opleverde.
Na de reactie vielen de brandstofstaven aan de achterkant van de kern in een reservoir met koelwater, waarna het vrijgekomen plutonium er in een naburige fabriek middels een chemisch proces uit werd gehaald. Om tijdens de kernreactie de temperatuur beheersbaar te houden, werd vanaf de ingaande kant koude lucht langs de cartridges geblazen, dat er aan de andere kant heet weer uitging en via een hoge schoorsteen werd afgevoerd.
Doe niet zo raar, jongen
Veel aspecten van dat procédé waren destijds nog onontgonnen gebied, met alle risico’s van dien. Maar de werkdruk die de geopolitiek opgelegde strakke deadline met zich meebracht, kwam de mate waarin aan de veiligheid werd gewerkt niet ten goede. Windscale moest in 1951 af zijn, koste wat het kost. Gelukkig ging niet iedereen daar even lichtvoetig mee om. Een net in dienst gekomen jonge werknemer, Terence Price, liet op eigen initiatief een berekening los op het scenario waarin een cartridge uranium in de reactor in brand vloog en het vrijgekomen radioactieve materiaal via de schoorsteen de atmosfeer in zou worden geblazen. De uitkomst verontrustte hem en tijdens een bestuursvergadering van het ontwerpcomité stelde hij voor om de schoorstenen van filters te voorzien. “Doe niet zo raar, jongen”, hoonde de voorzitter het idee weg: “Daar gaat per seconde twee ton lucht doorheen. Dat kun je niet filteren.” Pas later kreeg Price later bijval van directeur Cockcroft, maar tegen die tijd waren de schoorstenen al grotendeels klaar. Daarom werden de filters erbovenop geplaatst, wat de bouwwerken hun bijzondere aanzicht gaf. Al gauw kregen ze de bijnaam Cockcroft Follies (een follie is een grappig bedoeld, maar zinloos bouwwerk).
Aanzienlijke risico’s
Ondanks deze toevoeging lukte het om Windscale in 1951 operationeel te hebben, maar al gauw bleek dat de geproduceerde hoeveelheid plutonium niet toereikend was. Daar kon wat aan worden gedaan door de hitte in de uraniumstaven hoger te laten oplopen en de adjunct-directeur van Windscale, Tom Tuohy, had een idee: verklein de koelvinnen van de aluminium cilinders. Dat bracht aanzienlijke risico’s met zich mee, maar de deadlines waren heilig en in de zomer van 1952 verliet het eerste plutoniumtransport Windscale met bestemming Aldermaston. Penney en zijn team konden aan de slag en op 3 oktober van datzelfde jaar werd op het West-Australische eiland Trimouille onder de naam Operation Hurricane de eerste Britse atoombom, met een kracht van 25 kiloton TNT, tot ontploffing gebracht. Het was een moment van victorie voor Groot-Brittannië en het brein achter de Britse bom werd bevorderd tot Sir William Penney. Winston Churchill, die zijn plek op Downing Steet 10 inmiddels weer had teruggepakt van Attlee, waande zich verzekerd van een hernieuwd bondgenootschap met de Amerikanen. Maar die euforie bleek van korte duur. Op 1 november 1952, nog geen maand na Engelands eerste proef met een atoombom, detoneerden de Amerikanen met succes Ivy Mike, de eerste waterstofbom, die met ruim 10 megaton TNT de Britse atoombom tot weinig meer dan een flink rotje reduceerde. “Een partnership aangaan met de Engelsen zou gelijkstaan aan een paard ruilen voor een konijn”, sneerde een Amerikaanse senator daarop. Het was een klap in het gezicht van Churchill, maar met opgeven had hij het VK niet door de oorlog geloodst en hij gaf Penney opdracht om ook een thermonucleaire bom te ontwikkelen. Dat betekende echter dat er behalve veel meer plutonium ook tritium nodig was, iets waar de twee reactors van Windscale zelfs na de riskante truc met de ingekorte koelvinnen niet aan konden voldoen.
Dekmantel
Er was een nieuwe reactor nodig en die kwam een kilometer ten zuidoosten van de Windscale reactoren. Om de toenemende publieke weerstand tegen kernwapens het hoofd te bieden, werd de nieuwe reactor verpakt als energiecentrale. ‘Electricity too cheap to meter’ (elektriciteit die zo goedkoop is dat je het amper kunt factureren) was de aanlokkelijke slogan waarmee kernenergie van Calder Hall, de eerste grote kerncentrale ter wereld, het publiek voor zich moest winnen. Niemand minder dan Queen Elizabeth opende op 17 oktober 1956 de centrale, die in werkelijkheid een waterstofbomfabriek was.
Inmiddels was er een nieuwe moeilijkheid bijgekomen. De Amerikanen en Sovjets hadden een wereldwijd verbod op kernproeven in de maak dat op 1 oktober 1958 moest ingaan: opnieuw een harde deadline voor de Bold Bad Barons. Je kunt immers wel zeggen dat je een waterstofbom hebt, maar als je hem niet aan de wereld hebt laten zien, zal dat weinig indruk maken. Op 15 mei 1957 detoneerden de Britten boven Malden Island in de Stille Oceaan hun eerste waterstofbom, maar dat bleek met 300 kiloton een mislukking. De tijd drong, dus deden ze een tweede poging, ditmaal met een gigantische atoombom waarvan de wereld moest geloven dat het een waterstofbom was. Pas op 8 november wisten Penney en zijn team met een echte waterstofbom een explosie van 1,8 megaton op de schaal te zetten. In totaal werden in anderhalf jaar tijd acht experimentele kernwapens tot ontploffing gebracht. Met name voor de ‘nepper’ waren gigantische hoeveelheden plutonium en tritium nodig, waardoor Calder Hall en Windscale op veel meer dan volle kracht moesten draaien. Adjunct-directeur Tom Tuohy had daarom opnieuw de koelvinnen ingekort, zodat de temperatuur in de reactoren nog verder zou oplopen, tot waarden waar de reactoren nooit op waren gebouwd.
Leerproces
Te hoog oplopende temperaturen waren ook zonder te korte koelvinnen eerder een probleem geweest in Windscale. De reactoren waren gevoelig voor Wigner-energie, een verschijnsel waarbij een deel van de tijdens kernfusie vrijgekomen energie zich in het grafiet van de kern ophoopt, om op een niet te voorspellen moment plotseling in de vorm van hitte vrij te komen. Dat werd voorkomen door de reactoren periodiek te verhitten, waardoor die Wigner-energie gecontroleerd werd afgevoerd, een proces dat Wigner release of annealing heette. Wat de mensen van Windscale destijds niet wisten, was dat de effectiviteit van dat proces afnam naarmate de grafietkern ouder werd. “We zaten allemaal nog in een leerproces,” zei een van de medewerkers later tegen de BBC, “maar we moesten wel produceren voor de H-bom.”
Zo kon het gebeuren dat op 7 oktober 1957 de temperatuur in een deel van reactor 1 zorgwekkende waarden aan begon te nemen. Het personeel besloot een tussentijdse annealing uit te voeren, maar die haalde niets uit. Sterker, in kanaal 2053, waar het probleem was begonnen, steeg de temperatuur alleen maar verder. Een dag later werd een tweede annealing geprobeerd. Die leek succes te hebben, tot op 10 oktober een van de sensoren in de kern 400 graden Celsius aangaf. Ditmaal werden de koelventilatoren hoger gezet. Kort daarna werd in de schoorsteen verhoogde radioactiviteit gemeten, wat duidde op een opengebarsten cartridge. Dat was eerder gebeurd, maar wat de technici op dat moment nog niet wisten, was dat de inhoud ditmaal vlam had gevat. Dat, niet Wigner-energie, was de oorzaak van de oplopende temperaturen in de reactorkern. Een gevaarlijke vergissing, want de zuurstoftoevoer van de opgevoerde koeling wakkerde het vuur alleen maar verder aan, waardoor het probleem zich uitbreidde naar de aangrenzende kanalen. Pas toen een toevallige medewerker op weg naar zijn werk vanuit de verte rook uit de schoorsteen zag komen, drong het besef door dat de reactorkern brandde. Een visuele inspectie aan de ingaande kant van de reactor onthulde een rode gloed in vier van de kanalen. Tom Tuohy klom naar het dak van het reactorhuis en zag tot zijn schrik dat de ruimte tussen de reactoruitgang en de buitenmuur oplichtte door het vuur, terwijl gloeiende cartridges uit de reactor staken. De betonnen wand van het reactorhuis was niet op dergelijke hitte gebouwd, waardoor de kans bestond dat het gebouw zou instorten.
Gesmolten uranium
Veel niet aangetaste cartridges rond het vuur waren inmiddels uitgeworpen, maar de vier brandende exemplaren zaten klem. Tuohy en zijn mensen probeerden vanaf de ingang met steigerpijpen de cartridges naar buiten te duwen, maar dat lukte niet. De stalen pijpen kwamen er weer roodgloeiend uit, een ervan zelfs druppelend van het gesmolten uranium. Tuohy besloot het koelsysteem weer in te zetten, maar ditmaal met CO2. Ook daarvan bleef het gewenste effect uit. Inmiddels was de temperatuur in de reactor opgelopen tot 1.300 graden Celsius en stond elf ton verrijkt uranium in brand. Radioactieve stoffen als cesium, plutonium, strontium en iodine ontsnapten in de atmosfeer. Geluk bij een ongeluk was dat de wind richting zee stond. Blussen met water was heel riskant, omdat het een explosieve reactie kon veroorzaken en bovendien zou de waterdamp via de schoorsteen nog meer radioactief afval mee de lucht in nemen. Toch probeerde Tuohy dat, door met afgesneden brandslangen en de steigerpijpen water zo dicht mogelijk op de vuurhaard te spuiten. Inmiddels had hij al zijn personeel naar huis gestuurd, alleen hijzelf en de brandweercommandant waren nog bij de reactor. Voor de tweede keer klom hij op het dak, vanwaar hij alleen maar kon concluderen dat al zijn pogingen niets hadden uitgericht. Een verkeerde interpretatie van een warmtesensor dreigde uit te lopen op een gigantische kernramp. Ten einde raad sloot Tuohy de ingangen van de reactor luchtdicht af en dat bleek wel te werken. Nadat de temperatuur wat was gedaald, pompte hij opnieuw water door de reactor. Ditmaal zag hij vanaf het dak van de reactorbehuizing dat het vuur zwakker werd. Een heel etmaal lang pompte hij water door de reactor, waarna het vuur volledig was gedoofd.
Onder het tapijt
Het onderzoeksrapport dat na de catastrofe werd opgesteld, the Penney Report, bleef tot 1988 geheim. De conclusie was dat de operators een inschattingsfout hadden gemaakt toen de temperatuur op 7 oktober te ver opliep en ze dat aan Wigner-energie weten. De Britse regering zat behalve met een reactor minder ook met een gênante kwestie en hield het incident dan ook stil. “He covered it up, plain and simple”, aldus kleinzoon en biograaf van toenmalig premier Harold Macmillan, Lord Stockton. De premier wilde voorkomen dat de bevolking in paniek zou raken, maar veel banger was hij dat deze blunder de bereidheid van de Amerikanen om weer met de Engelsen in zee te gaan op het gebied van nucleaire samenwerking, zou ondermijnen.
Toen het incident uit de hand dreigde te lopen, werden de omwonenden wel ingelicht, maar niet geëvacueerd. Veel later schatte de Britse overheid in dat er in de omgeving van Windscale zo’n dertig doden zijn gevallen door aan het incident gerelateerde schildklierkanker. Wetenschappers tellen daar nog eens 240 doden bij op door andere vormen van kanker die door het Windscale-ongeluk zijn veroorzaakt. Twee miljoen liter met iodine-131 besmette melk tot vijfhonderd kilometer rond Windscale werd een factor duizend verdund en in de Ierse Zee gedumpt. In totaal ontsnapte door de brand zo’n 20.000 Curie aan radioactief materiaal, veel minder dan Fukushima en Tsjernobyl. Dat is voornamelijk te danken aan de filters van Terence Price en John Cockcroft, die door de directie aanvankelijk werden weggehoond. Tot zover de bijnaam ‘follie’. Dankzij Terence Price en John Cockcroft, zonder wie de schoorstenen van Windscale geen filters hadden gekregen, bleef de schade van de brand nog redelijk beperkt en veranderde Engeland niet in een nuclear wasteland. Maar de grootste held was Tom Tuohy, die met ware doodsverachting tot driemaal toe op de brandende reactor klom en met de hand de staven verrijkt uranium uit de kern probeerde te duwen.
Het gevaarlijkste industriegebouw van West-Europa
En Windscale zelf? In 1981 werd de bezoedelde naam veranderd in Sellafield, maar dat bleek geen garantie dat het niet meer mis kan gaan. Zo lekte in 2005 zo’n 83.000 liter radioactieve vloeistof de Ierse Zee in, wat de visstand in de wijde omgeving bedreigde. Volgens de IAEA is Sellafield voor een aanzienlijk deel verantwoordelijk voor de radioactieve vervuiling van de Atlantische Oceaan. In 2002 concludeerde een Brits onderzoeksteam dat kinderen van Sellafieldpersoneel bijna dubbele kans hebben op leukemie en lymfeklierkanker. De elektriciteitscentrale werd in 2003 stilgelegd en vandaag de dag is het uitgestrekte industrieterrein vooral een opslagplaats en verwerkingsfabriek voor radioactief afval. Het centrale gebouw daarvan, B30, bijgenaamd Dirty Thirty, met een bassin waarin kernafval ligt te koelen, werd door een manager van het complex tegenover The Guardian ‘het gevaarlijkste industriepand van West-Europa’ genoemd. Volgens het Amerikaanse Institute for Resource and Security Studies is Sellafield een van ‘s werelds gevaarlijkste concentraties van lang levende radioactieve materialen, kwetsbaar voor onder meer natuurrampen, menselijk falen, terrorisme en cyberaanvallen.
Kernenergie in een notendop
Natuurlijk uranium bestaat voornamelijk uit U-238 en voor 0,72 procent uit de isotoop (een atoom met dezelfde bouw, maar een afwijkend aantal neutronen) U-235. Deze laatste is nodig voor een kernreactie, dus wordt uranium verrijkt. Wanneer twee stukken verrijkt uranium bijeen komen, komen neutronen met elkaar in botsing, wat weer meer neutronen vrijmaakt, zodat een kettingreactie ontstaat die enorme hitte veroorzaakt. In een kerncentrale wordt met deze hitte stoom gemaakt, waarmee in turbines elektriciteit wordt opgewekt. Een klein deel van het uranium verandert in plutonium, een element dat niet in de natuur voorkomt en nodig is om atoombommen te maken.
Het ging vaker mis
De IAEA (International Atomic Energy Agency) hanteert een schaal (International Nuclear Event Scale) om incidenten en ongevallen met kerncentrales te categoriseren. De INES kent zeven gradaties en vanaf schaal 4 wordt gesproken van een ongeval. Tot op heden waren er tien van dergelijke ongevallen.
29 september 1957: Kyshtym, Sovjet Unie (6).
10 oktober 1957, Windscale, Groot-Brittannië (5)
3 januari 1961: Idaho Falls, Verenigde Staten (4)
5 oktober 1966: Frenchtown Charter, MI, Verenigde Staten (4)
21 januari 1969: Lucens, Vaut, Zwitserland (4)
5 januari 1976: Jaslovské Buhonice, Tsjechoslowakije (4)
28 maart 1979: Three Mile Island PA, Verenigde Staten (5)
26 april 1986: Tsjernobyl, Sovjet-Unie (7)
30 september 1999: Tokaimura, Ibaraki, Japan (4)
11 maart 2011: Fukushima, Japan (7)1