Geslaagde operatie voor het grootste cyclotron dat ooit in België is ontmanteld

Sinds 2012 is NIRAS verantwoordelijk voor de sanering en ontmanteling van de buiten gebruik gestelde installaties van het failliete bedrijf Best Medical Belgium in Fleurus. Daartoe behoort het grootste cyclotron dat ooit in België is ontmanteld: het CGR met een totaal gewicht van 300 ton. Dit cyclotron diende voor de productie van jodium-123, een radio-isotoop dat wordt gebruikt bij de diagnose van schildklierkanker.

Maar wat is een cyclotron?

Hughes: "Schematisch gezien bestaat een cyclotron, ook wel cirkelvormige deeltjesversneller genoemd, uit verschillende onderdelen: 

• een roestvrijstalen vacuümdoos waarin geladen deeltjes ronddraaien 
• elektroden die zich in deze doos bevinden en die gevoed worden door een hoogspanningswisselstroom
• elektromagneten rondom deze doos die, samen met de cilinderkop, de deeltjes in hun baan geleiden. Deze deeltjes leggen verschillende rondes af voordat ze uit het cyclotron worden geleid en vervolgens met zeer hoge snelheid op een trefplaat worden geprojecteerd die bijvoorbeeld xenon bevat om, door middel van een kernreactie, radioactief jodium-123 te doen ontstaan. 

Als gevolg van de exploitatie ervan is het geheel nu geactiveerd, dat wil zeggen radioactief, niet alleen aan de oppervlakte, maar ook diep in de materialen en op verschillende niveaus. We voltooien momenteel de delicate en complexe fase van het versnijden van de cilinderkop en het manipuleren van deze blokken. De andere delen van het cyclotron waren al in een vorige fase gedemonteerd.”

Een complexe onderneming

Hughes: "De ontmanteling van nucleaire installaties is altijd een complexe, langdurige en grootschalige onderneming. Ze vereist de tussenkomst van deskundigen in verschillende domeinen. Daartoe behoren Tractebel Engie, dat belast is met het ontwerp, de studie en de opvolging van het project, en Interboring, dat verantwoordelijk is voor het versnijden en manipuleren van de cilinderkopblokken van het cyclotron.”

De afmetingen van de cilinderkop

Marine: "De cilinderkop van het CGR weegt 195 ton. Het is 2,6 meter hoog, 5,2 meter lang en 2,3 meter breed. Het was onmogelijk het in één stuk uit zijn afgeschermde lokaal te halen en het ofwel naar een gieterij te sturen voor recyclage, ofwel als radioactief afval af te voeren naar Belgoprocess, de industriële dochteronderneming van NIRAS. Er was dan ook een bijzondere techniek nodig om het te versnijden: de diamantkabelzaagmachine. ”

Welk soort diamantkabel?

Bart: "In de industrie wordt diamant vooral gebruikt voor zijn hardheid. Bijna geen enkel materiaal is bestand tegen diamantkabelzaagmachines. Het snijden van zulke massieve blokken is een primeur in de nucleaire industrie, die een aantal technische uitdagingen met zich meebracht. Eerst en vooral is het belangrijk dat de juiste machines worden ingezet voor een bepaald project. Machines die specifiek zijn gebouwd voor de nucleaire sector zijn dun gezaaid en niet altijd inzetbaar voor elke job.

Ook bij dit project werden er verschillende aanpassingen aangebracht aan bestaande machines om ze toch te laten voldoen aan de hoge eisen omtrent veiligheid en milieu. Ook het kiezen van de juiste diamantkabel is niet zo vanzelfsprekend. Er zijn wel honderden verschillende diamantkabels op de markt maar een bepaalde diamantkabel die geschikt is voor de ene job kan totaal niet snijden onder andere omstandigheden. Zo heb je verschillende manieren waarmee de diamant op de kabel vast zit, de korrelgrootte van diamant kan variëren van kabel tot kabel, het aantal diamantparels per lopende meter kan verschillen en zo kan je nog even door gaan. Je kan je inbeelden dat er een enorme investering aan research vooraf gaat aan de keuze van de juiste diamantkabel. " 

Een cyclotron dat nog altijd radioactief is

Hughes: "Het cyclotron dat wij ontmantelen is al in 1992 stilgelegd, maar de hele cilinderkop is nog altijd wisselend geactiveerd, afhankelijk van de locatie en de diepte in het materiaal. Voordat de werkzaamheden van start gingen, voerden onze teams radiologische metingen uit en namen ze vijlstofmonsters die werden geanalyseerd om het radioactiviteitsniveau van het metaal op verschillende diepten en plaatsen te bepalen.  

Op basis van deze analyse brachten we de cilinderkop letterlijk in kaart en stelden we een snijplan op om de belangrijkste uitdaging van elk ontmantelingsproject aan te gaan: het volume radioactief afval beperken en de fractie materiaal die kan worden gerecycleerd maximaliseren, dit om de kosten zoveel mogelijk te drukken”

Versnijding in twee fasen

Marine: "Ons studiebureau ontwikkelde een oplossing op maat om aan de specifieke eisen van dit project te voldoen: een snijplan in twee afzonderlijke fasen.
De eerste fase werd ontworpen om de cilinderkop rechtstreeks ter plaatse te versnijden en tegelijkertijd de risico’s gedurende de hele operatie te beheersen. Daarbij werden een twintigtal blokken van 8 tot 12 ton verkregen, die met de loopkraan in het lokaal konden worden verplaatst.

In de tweede fase werden deze blokken overgebracht naar een nabijgelegen snijstation om ze verder te versnijden. Het doel? Het verkrijgen van blokken waarvan de massa het vervoer naar gieterijen mogelijk maakt, terwijl de onderdelen van de cilinderkop naargelang het radioactiviteitsniveau worden gescheiden om het beheer ervan te optimaliseren. 
Al deze operaties werden uitgevoerd volgens een plan dat speciaal ontwikkeld is om het versnijden tot een minimum te beperken en zo de blootstelling van de werknemers aan de risico's te beperken en de projectkosten tot een minimum te herleiden"

Flexibel snijgereedschap

Bart: "Er wordt gezaagd op twee verschillende manieren. De grote cilinderkop wordt eerst ter plaatse in kleinere blokken verzaagd en daarna worden deze blokken verder verzaagd. Dit zijn twee totaal verschillende machineopstellingen waardoor er normaal gezien twee op maat gemaakte machines gebouwd moeten worden om deze werken te kunnen uitvoeren. Wij kwamen echter met een oplossing waardoor we éénzelfde machine kunnen gebruiken voor zowel de eerste als de tweede fase waardoor we de investeringskosten drastisch konden verlagen. De flexibiliteit van onze machines was dus een grote troef in dit project. Tijdens de eerste fase werd de zaagmachine op de cilinderkop zelf gemonteerd terwijl er voor fase 2 een snijatelier werd ingericht met dezelfde machine."  

Hoe wordt de stabiliteit verzekerd?

Hughes: "Cyclotrons worden nooit op de vloer zelf geplaatst. Onder een cyclotron bevindt zich altijd een put of ruimte met uitrustingen die nodig zijn voor de werking ervan: pompen, leidingen .... Daarom moet rekening worden gehouden met instabiliteitsrisico’s bij het versnijden van de cilinderkop.”

Marine: “Wanneer een blok wordt versneden, moet de stabiliteit van het versneden blok en van de overblijvende delen worden verzekerd. Dit is noodzakelijk vóór, tijdens en na het snijden. Daarom werden onder de cilinderkopstukken steunconstructies aangebracht, hetzij op een lager gedeelte van de cilinderkop, hetzij op de vloer van het lokaal. De sterkte en de stabiliteit van dit profielstaal werden vooraf nauwgezet gecontroleerd door middel van berekeningen.”  

Het koelsysteem

Bart: “Naast de keuze van machine en diamantkabel is er nog een bijkomende moeilijkheid in de nucleaire sector, namelijk het koelproces van de diamantkabel optimaliseren. In andere industrieën wordt er gebruik gemaakt van water als koelmiddel. Binnen deze industrie wordt er steeds gezocht naar methodes om gecreëerde restproducten tot een minimum te beperken. Om aan deze vraag te kunnen voldoen werd een koelmethode ontwikkeld door Interboring waardoor er gezaagd kan worden zonder gebruik te maken van koelwater. Aan het vinden van de meest optimale combinatie machine-diamantkabel-koelmethode ging één jaar aan RD&D vooraf.“

De opvolging van het project

Marine: "Gezien het unieke karakter van een dergelijk project moesten we innoveren met het oog op de technische uitdagingen. Bij de ontwikkeling van het ontmantelingsscenario werd rekening gehouden met de specificaties van het cyclotron en het lokaal waarin het zich bevond, maar ook met die van het volledige gebouw. We moesten zorgen voor optimale veiligheid tijdens alle stappen van het procedé. Bovendien werden onze deskundigheid op het gebied en de dagelijks opgedane ervaring gebruikt om onze middelen en procedures voortdurend te verbeteren. ”

Opslag vóór definitieve verwijdering

De gesneden stalen blokken worden vervolgens in containers buiten het gebouw overgebracht, waar ze worden opgeslagen totdat ze naar gieterijen worden afgevoerd.

Hughes: "Afhankelijk van de resterende radioactiviteit zullen de metaalblokken naar een van deze drie gieterijen in het buitenland worden verstuurd: Energy Solutions in de VS, Cyclife in Zweden en Siempelkamp in Duitsland. Elk van deze gieterijen gebruikt specifieke smeltprocedés die slechts een bepaald niveau van radioactiviteit toelaten. 
De radioactieve residu’s van deze smelting worden teruggestuurd naar Belgoprocess voor verwerking en opslag op de site in Dessel. De restfractie kan daarentegen in andere industriële procedés worden gebruikt.
Aan het eind van dit project zal 14 ton worden opgeslagen als radioactief afval en 181 ton worden hergebruikt."