Kernenergie van eigen Kweek

Jan Leen Kloosterman, 1 april (2016)

Mijnheer de Rector Magnificus, leden van het College van Bestuur, collegae hoogleraren en andere leden van de universitaire gemeenschap, zeer gewaardeerde toehoorders.

Dames en heren,

Kan kernenergie veiliger en duurzamer? Dát is de hamvraag waar ik afgelopen 25 jaar onderzoek naar heb gedaan en waar ik u in 25 minuten antwoord op wil geven.

Mijn rede is opgebouwd uit drie onderdelen. Allereerst ga ik u vertellen over mijn onderzoek gericht op de drie aspecten die kernenergie zo'n lastige keus maakt: veiligheid, afval en duurzaamheid. Ik ga u bovendien vertellen over straling en radionucliden voor medische toepassingen. En ik ga u vertellen over mijn onderwijs. Maar eerst de grondslagen van kernenergie.

Nuclide Chart
Opbouw van het atoom (bron: Wikimedia commons).

Alles om ons heen is opgebouwd uit atomen. Het zijn de kleinste eenheden die bepalen met welke element we te maken hebben: koolstof, zuurstof, ijzer, etc. Een atoom bestaat uit een atoomkern en elektronen die in een simpele weergave om de kern cirkelen als de aarde om de zon. Met één belangrijk verschil, een elektron staat zover van de kern af dat deze in de analogie overeen komt met de planeet Pluto, de buitenste planeet in ons zonnestelsel. Een atoom is dus vooral leeg.

De atoomkern is op haar beurt opgebouwd uit positief geladen protonen en ongeladen neutronen. De protonen zouden elkaar afstoten ware het niet dat er ook een sterke kernkracht tussen deze kerndeeltjes heerst die aantrekkend werkt.

Nuclide Chart
De nuclide kaart met de actiniden.

Als we nauwkeuriger naar de elementen kijken, dan blijken er van de meeste meerdere soorten te bestaan die zich chemisch identiek gedragen, maar een verschillend aantal neutronen bevatten. Wij noemen dat isotopen. Fysici rangschikken de elementen daarom naar het massagetal, met langs de verticale as het aantal protonen in de kern en horizontaal het aantal neutronen. Bovenstaande figuur toont een klein deel van de nuclidenkaart. Iedere rij bevat de isotopen van één element. Natuurlijk uranium bijvoorbeeld bestaat uit drie isotopen: uranium-234, -235 en -238, aangegeven met de zwarte blokjes in de rij van uranium. Uranium is uniek. Van alle isotopen van alle elementen die op aarde vóórkomen, is alleen uranium-235 splijtbaar. En dat vormt afgerond maar één procent van alle uranium op aarde. Zonder uranium dus geen kernsplijting en geen kernenergie. Voor sommige mensen een droomwereld.

Nuclide Chart
Schematische voorstelling van het splijtingsproces (bron: Chemwiki, CCPL).

Als een uranium-235 kern een neutron invangt, zal het in negen van de tien gevallen splitsen in twee kernen die in veel gevallen radioactief zijn, de zogenoemde splijtingsproducten, en meerdere neutronen. De splijtingsproducten vormen een belangrijke component van het kernfval, maar er zitten ook nuttige producten tussen die we kunnen gebruiken in medische toepassingen. Daar kom ik later nog op terug. De "nieuwe" neutronen die vrijkomen kunnen op hun beurt ook weer kernsplijting veroorzaken en zo een kettingreactie in stand houden.

Als echter uranium-238 een neutron invangt, zal het vervallen naar plutonium. Dat is een kunstmatig element dat niet meer op aarde voorkomt, maar waarvan de oneven isotopen óók splijtbaar zijn. In een volgende generatie van splijtingen kan vervolgens ook dit plutonium meedoen aan de kettingreactie.

Nadat de Engelse Natuurkundige James Chadwick in 1932 het neutron ontdekte nam de wetenschap een hoge vlucht. In 1938 werd door Otto Hahn en Fritz Strassman kernsplijting ontdekt, maar nog niet begrepen. Dat kwam enkele maanden later met de verklaring van Lisa Meitner en Otto Frisch. In 1942 lukte het de Italiaanse wetenschapper Enrico Fermi al om een kunstmatige en gecontroleerde kettingreactie tot stand te brengen in een eenvoudige stapeling van uranium en grafiet, hetgeen gecodeerd aan de regering werd doorgegeven met de boodschap, "The Italian navigator has landed in the New World. How were the Natives? Very Friendly." Het leek mij dus ook wel gepast om in aanloop naar deze rede de New World symfonie van Dvorak te draaien.

In 1951 werd in de Experimental Breeder Reactor, de EBR-1, op kleine schaal de eerste nucleaire elektriciteit opgewekt en enkele jaren later werd de eerste commerciële kerncentrale gestart. In Rusland.

Maar als kernenergie al zolang bestaat, waarom moeten wij dan nog onderzoek doen op dit gebied? In essentie is het antwoord op deze vraag dezelfde als waarom wij nog onderzoek doen naar transport, verlichting, voedsel en andere producten: namelijk om deze veiliger en duurzamer te maken. Toen ik naar de middelbare school ging, waren we met vier miljard mensen op aarde, nu met zeven. Dit aantal zal naar verwachting toenemen tot wel 11 miljard aan het eind van deze eeuw. Willen wij deze mensen schoon drinkwater, voldoende voeding en een goede gezondheidszorg bieden, dan zullen we zuiniger moeten omgaan met onze grondstoffen en nieuwe wegen moeten vinden om op grote schaal duurzame energie op te wekken. Essentieel hierbij is dat we onze CO2 uitstoot reduceren omdat anders de gevolgen van klimaatverandering niet te overzien zijn.

EPR
De European Pressurized-water Reactor (EPR) in aanbouw in Olkiluoto, Finland (bron: TVO, Finland).

En juist kernenergie kan hieraan bijdragen. Er zijn wereldwijd ruim 400 kerncentrales in bedrijf en enige tientallen in Japan die langzamerhand weer in bedrijf komen en bijna 70 in aanbouw. De meeste van het type zoals u hierboven ziet, namelijk een lichtwaterreactor. Uranium voorziet daarmee in de elektriciteitsbehoefte van één miljard mensen. Dit aantal zal verder toenemen, willen wij serieus werk maken van onze ambitie om de energievoorziening in 2050 CO2 vrij te maken.

De World Energy Council for sustainable energy heeft scenariostudies uitgevoerd naar de transitie van ons huidig energiesysteem naar een CO2 arme energievoorziening in 2050 en heeft daarbij twee opties in beschouwing genomen: regie door de overheid of regie door de markt. De eerste leidt tot een iets hogere energieverbruik en een lagere CO2 uitstoot dan nu. Kernenergie dekt in dit geval 11% van de wereldenergiebehoefte. Dat is wel drie keer zoveel als nu. Laten wij de regie over aan de markt, dan zal dat leiden tot meer zon en wind, wat natuurlijk goed is, maar helaas ook tot meer CO2 uitstoot. Dat laatste komt vooral door de sterke toename van het energieverbruik. Kernenergie draagt in dit scenario bij voor circa 4%, ongeveer dezelfde fractie als nu. In beide gevallen zal het kernenergievermogen sterk toenemen in vergelijking met nu. Natuurlijk zijn er veel meer scenariostudies beschikbaar, maar de meeste komen voor kernenergie uit tussen deze twee waarden. Mijn voorzichtige inschatting is dan ook dat kernenergie wereldwijd zal meegroeien met de energievraag, maar misschien wel sterker toeneemt.

LWR fuel
De splijtstof van een LWR is opgebouwd uit tabletten die zijn gestapeld tot staven die op hun beurt zijn gebundeld tot een element. De reactorkern bestaat uit een paar honderd splijtstofelementen.

Hoe werkt een lichtwaterreactor eigenlijk? De reactorkern is opgebouwd uit splijtstoftabletten gemaakt van uraniumdioxide die zijn gestapeld tot splijtstofstaven die op hun beurt zijn gebundeld tot splijtstofelementen. De staven worden gekoeld door langsstromend water, dat uiteindelijk wordt omgezet in stoom waarmee elektriciteit wordt geproduceerd.

Nuclide Concentrations
De concentraties van het uranium-235, de splijtingsproducten en het plutonium als functie van de bestralingstijd in de reactorkern.

In een splijtstofelement, zal door het splijtingsproces het gehalte aan uranium-235 afnemen van circa vier procent naar iets minder dan één procent. Tegelijkertijd zal de concentratie van de splijtingsproducten toenemen.

Het geeft meteen de twee belangrijkste verbeterpunten aan met betrekking tot reactorveiligheid, want aan het begin bevat het element eigenlijk teveel splijtstof en moeten wij de kettingreactie onderdrukken, terwijl aan het eind de splijtstofstof teveel splijtingsproducten bevat die voor een deel nog radioactief zijn en gevaar kunnen opleveren. Beide situaties levert een risico op. De eerste indien we de controle over de kettingreactie verliezen, de tweede indien we de vervalwarmte van de splijtingsproducten niet kunnen wegvoeren. Bovendien bevat de splijtstof vluchtige producten als jodium en cesium die gemakkelijk naar de omgeving kunnen weglekken zou zich een extreem ongeval voordoen.

Daarnaast wordt er in de loop van de tijd plutonium gevormd. Wij kunnen plutonium eenmaal recycleren in bestaande reactoren, maar hebben daarna een zogenoemde snelle reactor van de vierde generatie nodig. Als wij plutonium recycleren, versplijten wij een groot deel ervan, maar produceren wij ook meer langlevend kernafval in de vorm van americium. Recycling leidt dus wel tot een afname van de hoeveelheid actiniden, maar niet van het radiologisch risico. Dat laatste is een maat voor de mogelijk nadelige gezondheidseffecten van radionucliden. Als wij ook americium zouden recycleren, aannemende dat wij dat zouden kunnen, vormen wij meer van het element dáárboven, namelijk curium. Etc, etc.

Radiotoxicity
De concentraties van het uranium-235, de splijtingsproducten en het plutonium als functie van de bestralingstijd in de reactorkern.

In deze figuur ziet u de radiotoxiciteit van de gebruikte splijtstof als functie van de opslagtijd. De horizontale zwarte lijn is die van het uraniumerts dat gedolven is voor de productie van de splijtstof. De radiotoxiciteit van de splijtingsproducten, de rode lijn, is beperkt tot slechts 300 jaar, terwijl de bijdragen van het plutonium en het americium zich uitstrekken tot wel driehonderdduizend jaar.

Ik heb een groot deel van mijn carrière besteed aan de studie naar recycling van americium met als doel de radiotoxiciteit ervan te reduceren en de benodigde opslagtijd van kernafval te verkorten. Het is mij niet gelukt. De splijtstofcyclus wordt zó gecompliceerd en de resultaten zijn zó mager, dat in mijn optiek de recycling van hogere actiniden een heilloze weg is, waarmee we niet de gewenste duurzaamheidsdoelen kunnen bereiken en ook niet kunnen rekenen op publieke acceptatie. Bovendien zullen maar een beperkt aantal landen deze splijtstofcyclus kunnen toepassen. Als wij op de ingeslagen weg doorgaan, vrees ik dat wij later zullen concluderen dat recycling van plutonium en americium niet het fundament vormde van duurzame kernenergie, maar de tralies en muren van haar gevangenis.

Maar wat dan wel? Betekent dit het einde van kernenergie? Allerminst. De vraag naar duurzame energie biedt ook nieuwe kansen voor kernenergie. Maar dan moeten we wel kiezen voor een andere aanpak. Eén die niet eerst afval produceert dat vervolgens moet worden opgeruimd, maar één die in de basis veel minder langlevend afval produceert, zodat we aan radiotoxiciteit uiteindelijk alleen de rode lijn overhouden. Is zo'n reactor mogelijk?

De oplossing ligt mijns inziens besloten in de toepassing van een technologie die al in de jaren zestig van de vorige eeuw is gedemonstreerd, maar onder politieke druk op een zijspoor is gezet. Dit alternatief is de gesmolten zout reactor (in het Engels de "Molten Salt Reactor" of MSR) werkend met thorium.

MSR
Een schematisch overzicht van de gesmolten zout reactor (MSR).

De MSR bestaat uit een blok grafiet met kanalen waardoorheen een fluoridezout stroomt bestaande uit een dragerzout en thorium- en uraniumfluoride. Dat is aangegeven met het rode circuit. Het uranium bestaat in dit geval uit de kunstmatige isotoop uranium-233. Alleen als het zout door het grafietblok stroomt zullen er splijtingen optreden. De warmte ervan wordt via een intermediair circuit, aangegeven met blauw getransporteerd naar het energieconversiesysteem waar deze wordt omgezet in elektriciteit.

Continu wordt een kleine fractie van het zout afgetapt en gezuiverd. In een speciaal chemisch laboratorium wordt via een aantal stappen het zout van zijn splijtingsproducten ontdaan en na toevoeging van thorium en uranium weer teruggevoerd naar de reactor. Dat circuit is in de figuur aangegeven in paars.

Doordat de splijtstof zit opgelost in het koelmiddel, is de achterliggende veiligheidsfilosofie van een MSR compleet verschillend van die van een reactor met vaste splijtstof. In de laatstgenoemde is alles erop gericht om de splijtstof tijdens incidenten in tact te houden en te zorgen dat de splijtstof altijd wordt gekoeld. In een MSR is het juist zaak het zout vrij te laten expanderen en stromen. Expansie leidt tot reductie van de hoeveelheid splijtstof in de reactorkern en dus tot een afname van de kettingreactie, terwijl de mogelijkheid om het zout vrij te laten stromen, kan worden benut om in extreme situaties het zout veilig op te slaan onderin het reactorgebouw. Dat is aangegeven in groen.

MSR
De maximum temperatuur van het zout (links) en het reactorvermogen (rechts) als 4 van 5 pompen uitvallen (blauwe lijnen) (bron: Nagy, TU Delft).

Deze effecten zijn duidelijk te zien als we de pompen in een MSR zouden uitschakelen. Dan zien we de temperatuur van het zout met enige tientallen graden stijgt waardoor het zout expandeert en het reactorvermogen vervolgens sterk afneemt. Hoe meer pompen we uitschakelen hoe sterker het vermogen afneemt. Dat is te zien in de rechterfiguur. De blauwe lijnen geven in beide figuren de situatie weer als we vier van de vijf pompen zouden uitschakelen. Natuurlijk zal het zout langzaam opwarmen als we alle pompen zouden uitschakelen en de vervalwarmte niet afvoeren. Maar als het zout te warm wordt stroomt het vanzelf in de opslagtanks onderin het reactorgebouw.

MSR
Het reactorvermogen als functie van de tijd na het opstarten van de pompen (blauwe lijn). (bron: Nagy, TU Delft).

Nu denkt u natuurlijk dat het omgekeerde plaatsvindt als we de reactor kritisch maken zonder pompen en deze vervolgens aanzetten. Dat is echter niet het geval. Ook dan neemt het reactorvermogen af, al vergt het wat meer colleges om dit effect te kunnen begrijpen. Wellicht dat ik dit onderwerp tot mijn uittreerede voor over 20 jaar bewaar. Wellicht hebben wij dan ook een demonstratiereactor in Delft zodat we dit effect kunnen demonstreren.

Doordat wij de MSR bij voorkeur met thorium bedrijven in plaats van uranium, heeft deze reactor de potentie om uitermate schoon en duurzaam elektriciteit te produceren. Thorium is zelf geen splijtstof, maar een kweekstof die na neutronvangst vervalt naar uranium-233 dat wel heel goed splijtbaar is.

Het uranium blijft circuleren in het zout, en omdat er wel vier extra neutronvangstreacties nodig zijn voordat hogere elementen als plutonium worden geproduceerd, is de productie van deze elementen zeer gering. Bovendien blijven deze actiniden circuleren in het zout totdat ze zijn verspleten. Dat betekent dus dat wij in een MSR alleen kernafval produceren met een levensduur van ongeveer 300 jaar.

In een MSR kunnen wij thorium volledig benutten. Dat leidt ertoe dat wij voor de productie van alle elektriciteit wereldwijd maar 2500 ton thorium per jaar nodig hebben, terwijl we jaarlijks uit de restanten van bestaande mijnbouw wel 50 keer zoveel thorium kunnen winnen. Om de potentie van thorium te demonstreren, heb ik hier een piepklein monster van het mineraal Aeschyunite dat ongeveer één gram thorium bevat. Zou u dit kleine steentje als benzine kunnen tanken in uw auto dan kunt u zeker éénmaal om de aarde rijden, althans als uw auto even zuinig rijdt als de fabrikant u heeft beloofd. En anders moet u maar een Tesla kopen, dan haalt u het zeker.

Is dit allemaal Science Fiction? Geenszins. Veel van bovengenoemde principes zijn eigenlijk al gedemonstreerd. De geestelijk vader van de MSR is Alvin Weinberg die al in de jaren vijftig van de vorige eeuw als toenmalig directeur van het Oak Ridge National Laboratory experimenteerde met reactoren met vloeibare splijtstof. De eerste werd wel "Alvin's 3P" reactor genoemd, omdat deze uit niet meer bestond dan "a Pot, a Pipe and a Pump". Ook in Nederland hebben wij zo"n "3P" reactor gehad, maar daar kom ik later nog op terug.

MSR
De Molten Salt Reactor Experiment (MSRE) die gedurende een periode van vijf jaar vanaf 1965 in Oak Ridge heeft gedraaid (ORNL).

Na deze homogene vloeistof reactor werd het Molten Salt Reactor Experiment (MSRE) gebouwd. Dit was een uiterst succesvolle reactor met meer dan 6000 bedrijfsuren, waarin uranium-233, uranium-235 en plutonium als splijtstof in een fluoridezout werd gebruikt. Het zout werd echter nog niet gezuiverd en ook werd er nog geen thorium als kweekstof gebruikt. De volgende stap zou een grotere versie zijn geweest, de Molten Salt Breeder Reactor, ware het niet dat het onderzoeksprogramma werd gestopt ten faveure van de snelle metaalgekoelde reactor.

Nederland en vooral ook TU Delft spelen een bijzondere rol op dit vakgebied. De voordelen van een vloeibare homogene reactor werden al onderkend door mijn allereerste voorganger Prof. Went die 60 jaar geleden de leerstoel "constructie en toepassing van kernreactoren" bekleedde. Went was de geestelijk vader van de KEMA Suspensie Test Reactor die qua opbouw, werking en vermogen erg leek op "Alvins's 3P" reactor, maar in plaats van een homogene vloeistof een suspensie van kleine splijtstofkorreltjes in water gebruikte. Helaas gingen de korreltjes stuk en leidde de restanten tot slijtage aan pompen en pijpen, waardoor deze reactorlijn nooit tot wasdom is gekomen. Door de splijtstof òp te lossen in een fluoridezout, kunnen wij deze problemen voorkómen. Overigens werd in de jaren 1970 door Prof. Latzko die ook werkzaam was aan deze universiteit onderzoek gedaan naar de toepassing van gesmolten zouten voor warmtetransport.

Wij hebben in Delft ongeveer tien jaar geleden de gesmolten zout reactor weer omarmd, omdat wij zagen dat een echt duurzame splijtstofcyclus met volledige recycling van alle actiniden alleen mogelijk is in een reactor met een vloeibare splijtstof. Wij hebben de "Molten Salt Breeder Reactor" als uitgangspunt genomen en kwamen al snel tot verbeteringen. Ons ontwerp is nog veiliger en schoner dan de eerste Amerikaanse versie.

MSR
Een opengewerkt schema van de Molten Salt Fast Reactor (MSFR) (bron: CNRS, Grenoble).

Toch kan het nog beter. Wij werken nu in Europees verband aan een reactorontwerp zonder grafiet in de reactorkern en dus met een snel neutronspectrum, waarmee we ook kernafval van bestaande reactoren kunnen vernietigen. Deze reactor heeft een sterke terugkoppelcoëfficiënt waardoor deze excelleert in lastvolgbedrijf met vermogensvariaties van wel 50% in slechts enkele minuten. Zo kunnen we dus de variërende productie van zon en wind compenseren en tot een echt robuuste duurzame elektriciteitsvoorziening komen.

Wat zijn nou de onderzoekthema's waar wij in Nederland en vooral in Delft aan werken?
  1. De gesmolten zout reactor vereist speciale materialen die gedurende 50 jaar de barre omstandigheden in de reactorkern, zoals een corrosief medium, een intens stralingsveld en een hoge temperatuur kunnen weerstaan. Voor onderzoek aan metalen vertrouwen wij op de expertise van de afdeling Materials Science and Engineering van de faculteit 3ME en het NRG in Petten, waar binnenkort de eerste bestralingsexperimenten sinds 50 jaar zullen starten van splijtstofzouten in contact met grafiet en metalen.
  2. In de gesmolten zout reactor bepaalt de chemische thermodynamica de drijvende kracht achter de chemische evenwichten en reacties in het zout, die op hun beurt weer van invloed zijn op de eigenschappen van het zout. Zo moet de redoxpotentiaal van het zout tijdens bedrijf continue worden gemeten en bijgesteld om de reacties tussen het zout en de vatwand te controleren. Ook het gedrag van splijtingsproducten in het zout wordt door de thermodynamica bepaalt. Dat zijn belangrijke thema's binnen onze leerstoel 'Chemie van de splijtstofcyclus' in samenwerking met het Instituut voor Transuranen in Karlsruhe.
  3. De processen voor de zuivering van het zout moeten op laboratoriumschaal worden gedemonstreerd en daarna worden opgeschaald. Wij ontwikkelen samen met NRG in Petten een proces voor de afscheiding van de gasvormige splijtingsproducten en edelmetalen in het zout.
  4. Veiligheidsstudies vereisen goede kennis van materiaaleigenschappen van de zouten zoals de viscositeit en warmtegeleiding. Hiertoe ontwikkelen wij nieuwe meetmethoden die wij in Delft zullen toepassen op schone zouten en bij het Instituut voor Transuranen in Karlsruhe op splijtstofzouten.
  5. De veiligheid van de MSR berust op andere principes dan die van bestaande reactoren. Wij willen de responsie van de reactor bepalen in alle denkbare omstandigheden met een gevalideerd codepakket dat de fysica van vloeistofstroming, neutronica, splijtstofopbrand en thermodynamica omvat inclusief onzekerheidspropagatie. Voor dat laatste hebben wij al een methode ontwikkeld, maar zien wij nog volop ruimte voor verbetering.

Dit onderzoeksveld is te breed voor één groep. Waar wij bijvoorbeeld niet aan werken is de proceschemie voor de zuivering van het zout. Gelukkig hebben wij zeer goede nationale en internationale contacten en samenwerkingsverbanden. Zo leiden wij een Europees onderzoeksproject met elf partners in Europa en Mexico en zoeken wij als onderdeel van dit SAMOFAR project de samenwerking met partners in Rusland, de Verenigde Staten en China.

Medische toepassingen

Radionucliden kunnen worden gebruikt voor diagnostiek van tumoren en andere ziektes. Het werkpaard onder de radionucliden is technetium-99m, dat ontstaat uit verval van molybdeen en wereldwijd bijna één miljoen keer per week wordt toegepast. Molybdeen is een splijtingsproduct dat in 6% van de kernsplijtingen wordt geproduceerd.

MSR
Een schematisch overzicht van de productie en het verval van Molybdeen-99 en Technetium-99m.

Momenteel wordt molybdeen voor medische toepassingen geproduceerd door plaatjes uranium te bestralen in een onderzoeksreactor en ze daarna op te lossen in loog of zuur. Na extractie en zuivering van het molybdeen wordt dit nuclide zo snel mogelijk naar de behandelcentra gebracht voordat het is vervallen naar technetium. De Hoge Flux Reactor (HFR) in Petten produceert zo'n dertig procent van alle molybdeen wereldwijd, maar dat vergt nogal wat productiestappen. Zou het niet mooi zijn als we dat proces zouden kunnen verbeteren?

MSR
De contouren van de bundelbuis bij de HOR reactorkern die mogelijk kan worden gebruikt voor de productie van Molybdeen-99.

Deze figuur toont de reactorkern van de Hoger Onderwijs Reactor in Delft met de contouren van een bestralingsbundel waarin we een U-buis kunnen schuiven waardoorheen we een oplossing van een uraniumzout kunnen pompen. In de vloeistof wordt dan uit splijting het molybdeen geproduceerd. Op deze wijze zouden wij twee procent van de wereldmarkt kunnen produceren. Dat lijkt weinig maar er zijn wereldwijd honderden reactoren in bedrijf en het systeem is eenvoudig op te schalen voor toepassing in een Hoge Flux Reactor zoals in Petten. We hoeven dan geen plaatjes uranium meer te bestralen, maar kunnen direct het molybdeen onttrekken aan de vloeistof. Dat laatste klinkt helaas eenvoudiger dan het is en vormt het èchte onderzoeksthema, waar wij samen met collega's binnen en buiten ons instituut aan werken.

Hier ziet u een 'artist impression' van het Reactor Instituut Delft en het nieuwe faculteitsgebouw. De glimmende koepel van onze reactor staat voor mij symbool voor het OYSTER project dat zal leiden tot nieuwe wetenschap die na de 'upgrade' van onze reactor en instrumenten kan worden ontgonnen. Aan de achterzijde van ons instituut wat met Drs P gesproken de voorkant wordt als we daar zijn aanbeland, verrijst het 'Holland Particle Therapy Center' waar in de nabije toekomst patiënten bestraald zullen worden met protonen.

Protonen hebben als bijzondere eigenschap dat ze hun energie geconcentreerd in een beperkt gebied afgeven en dat we dat proces kunnen sturen met de intensiteit, energie en de richting van de protonenbundel. We kunnen dus met een protonenbundel heel nauwkeurig tumoren bestralen en het gezonde weefsel sparen. Het blijkt dat de rekenmethoden voor onzekerheidspropagatie die we voor ons onderzoek aan nieuwe kernreactoren hebben ontwikkeld, ook zeer geschikt zijn voor deze toepassing. De optimalisatie van protontherapie, de toepassing ervan op bewegende organen en de bepaling van de onzekerheid in de geleverde dosis, is een onderzoeksgebied dat wij in de loop van dit jaar met een extra onderzoeker zullen versterken.

Onderwijs

De ouderen onder ons kennen vast nog Erwin Krol, de weerman die zijn boodschap zo enthousiast kon brengen dat je zin kreeg om na aankondiging van een herfststorm naar buiten te gaan, je kleren uit te trekken en de wind en regen op je lichaam te voelen! Van hem waren dan ook de gevleugelde woorden: "Doe mij maar een lekkere herfststorm". En dat is de sfeer die docenten ook moeten kweken tijdens hun college, zodat studenten enthousiast aan het werk gaan en zich door zelfstudie de stof eigen maken.

Soms lukt dat niet helemaal. Wat kun je doen om te inspireren en motiveren? Een paar tips:

  1. Je moet je vak èn je studenten belangrijk vinden. Als je als docent niet betrokken bent, hoef je dat van je studenten ook niet te verwachten. En bovendien: iets dat je zelf belangrijk vindt wil je vanzelf ook goed doen.
  2. Leg de lat hoog en daag studenten uit. De student moet klimmen, de docent niet afdalen. Het motiveert enorm als je iets begrijpt dat je voorheen nog niet begreep. Het is dus belangrijk dat studenten reflecteren op wat ze hebben geleerd of in ieder geval dat ze iets hebben geleerd. Dat kan op verschillende manieren, bijvoorbeeld door voorbeelden te geven die de theorie koppelen aan de praktijk.
  3. Het derde aspect is datgene wat voorbij de lesstof en onderwijsmethoden gaat, namelijk authenticiteit. Je moet onderwijs willen geven omdat het tot je kernwaarden behoort, niet omdat het de norm is aan de universiteit. Ontwikkel daarbij een eigen stijl. Ga dus eens experimenteren met je colleges en denk daarbij goed na over hoe mensen eigenlijk leren.

Deze foto is natuurlijk een karikatuur, maar illustreert wel het gebrek aan wederkerigheid dat zich soms manifesteert in de relatie tussen docent en student. Terwijl iedereen verwacht dat de docent goed voorbereid op college verschijnt, komen studenten nogal eens onvoorbereid of helemaal niet. Vooral op vrijdagochtend lijkt het soms dat ze liever in bed slapen dan in de collegezaal.

Maar, hoor ik u zeggen, dat behoort toch tot de academische vrijheid van de student? Daar ben ik het niet helemaal mee eens. Bij de inschrijving aan een universiteit krijgt de student recht op goed onderwijs, maar gaat hij/zij, doordat de samenleving een nog veel grotere bijdrage levert, ook de verplichting aan om alle inspanningen te verrichten die nodig zijn het vak bij de eerstvolgende tentamenkans te kunnen halen. Dus een student mag wegblijven van college, maar moet het vak wel bijhouden. Ons onderwijs is eigenlijk een leercontract tussen docent en student met wederzijdse verplichtingen. En ik vraag wel eens mij af wat voor effect het zal hebben op de kwaliteit van ons onderwijs als we dat wat meer benadrukken.

Per 1 januari van dit jaar mag ik als directeur onderwijs een rol spelen binnen de faculteit TNW. Dat is een grote eer, maar ook een grote verantwoordelijkheid. Wij staan binnen het onderwijs voor een grote uitdaging. Aan de ene kant leidt het toenemend aantal studenten tot een grote belasting bij de colleges, instructies en practica, terwijl aan de andere kant nieuwe technologie zoveel meer mogelijk maakt. Daar moeten we als faculteit op inspelen. Vandaar dat ik komende jaren vooral wil doorgaan met het stimuleren van vernieuwing binnen ons onderwijs. Ik zal dan ook iemand aannemen die nieuwe vormen van onderwijs gaat verkennen en docenten zal begeleiden in de toepassing ervan.

Zelf probeer ik elk jaar wat nieuws uit in mijn colleges reactorfysica. Ik heb power-point video's gemaakt en op Youtube gezet. Eerst voor studenten om ze achteraf nog eens te bekijken, maar nu ook als huiswerk vooráfgaand aan colleges. Tijdens college behandel ik dan alleen de vragen die studenten vòòraf moeten insturen. Op deze wijze probeer ik de studietijd van studenten te verschuiven van lezen achteraf, naar vragen stellen vooraf.

Een ander voordeel is dat ik de hele wereld kan bereiken. Sommige filmpjes zijn al duizenden keren bekeken, waardoor ik wellicht al meer studenten heb bereikt dan alle colleges reactorfysica in de zestig jaar hiervoor. Ik houd hierbij wel een slag om de arm, want ik weet natuurlijk drommels goed dat niet alle kijkers mijn filmpjes helemaal uitzien. Daarom ik wil nog verder. Dit jaar starten wij binnen het Europese GENTLE project, waarvan TU Delft ook coördinator is, met een MOOC, een Massive Open Online Course op het gebied van kernenergie, met als doel wereldwijd meer studenten naar het nucleaire veld te trekken.

Ik zei eerder al dat mijn voorganger Prof Went 60 jaar geleden deze leerstoel voor het eerst bekleedde. Maar wij zijn nog lang niet toe aan de VUT. De thema's waar wij aan werken: veilige en duurzame kernenergie en radionucliden en straling voor medische toepassingen waren nog nooit zo actueel en aansprekend. Onze groep was dan ook nooit zo groot en zo vitaal. Ik wil dan ook mijn collega's en ex-collega's van NERA danken voor hun vertrouwen in mij als sectieleider.

Rest mij nog het belangrijkste onderdeel van mijn rede, het bedanken van de mensen die mijn plek hier mogelijk hebben gemaakt. Dat is een enigszins riskante exercitie, want mensen expliciet bedanken betekent ook mensen overslaan. Daarom wil ik allereerst de grote groep mensen die ik niet expliciet zal benoemen heel hartelijk danken voor hun hulp en steun.

Er zijn een paar mensen die ik in het bijzonder wil bedanken:

Ik heb gezegd.