Kärnavfall

Det snabbaste, säkraste och mest pålitliga sättet att få bort fossila bränslen är kärnkraft. Men kvar finns problemet med det radioaktiva avfallet.

⇑ Nytt kärnbränsle vart 3 till 8 år

Publ 2023-08-09

Klyvningsprocesserna som genererar energin i kärnkraftverket skapar nya atomkärnor varav många är radioaktiva. Med tiden minskar antalet atomkärnor i de få stavar som fortfarande kan delas och kraftgenereringen blir mindre och mindre effektiv. Så småningom måste stavarna bytas ut-

Hur ofta detta måste göras beror på reaktorn, men vanligtvis är det vart tredje till åttonde år. Energigenerering i ett kärnkraftverk skapar radioaktivt avfall som måste kasseras på ett säkert sätt.

⇑ Tre procent högaktivt avfall

Publ 2023-08-09

Avfallet kan grovt indelas i tre kategorier lätt förorenat avfall mellannivå och högaktivt avfall. Även om det inte finns någon Internationell överenskommelse om den exakta klassificeringen i volym.

Det mesta av avfallet är lätt förorenad och strålar inte ut länge, t.ex. verktyg, utrustning, byggmaterial, kläder och så vidare. Detta utgör cirka 90 procent av allt kärnavfall. Sju procent är mellanliggande och cirka tre procent är högaktivt avfall.

De mest giftiga huvudkomponenterna i det högaktiva avfallet är strontium-90 och cesium-137 som har halveringstider på cirka 30 år. Sedan finns det plutonium-239 som har en halveringstid på 24 000 år.

Det är plutoniumet med sin långa halveringstid som är det stora problemet eftersom det är skadligt i ungefär hundra tusen år.

⇑ Farlighet

Publ 2023-08-09

Hur dödlig avfallet är beror på hur mycket av det man utsätts för och på vilket sätt. Uranet är inte så radioaktiva. Om man rör vid det, andas in det eller äter det. Om man råkar äta ett gram av en oanvänd kärnbränslestav som ger cirka 1,3 millisievert, vilket är ungefär den maximala rekommenderade årliga dosen.

Det färska kärnavfallet från de använda stavarna är 10 000 gånger mer radioaktiv varför att äta ett gram av det skulle förmodligen vara dödligt inom ett par veckor.

⇑ 400 000 ton kärnavfall

Publ 2023-08-09

Det finns globalt omkring 400 000 ton använt kärnavfall. Det är den totala mängden kärnavfall som någonsin producerats sedan det första kärnkraftverket. Mängden ökar varje år med cirka 12 000 ton.

De flesta kärnavfallsproducenter finns för närvarande i Europa och Amerika 12 000 ton per år låter mycket men kan jämföras den totala mängden farligt avfall som skapas globalt varje år av industriproduktion är några hundra miljoner ton. Vilket är ungefär 20 000 gånger så mycket som kärnavfall.

⇑ Avfall från kol

Publ 2023-08-09

En annan jämförelse anläggningen med en gigawatts effekt kan leverera el till cirka en miljon människor. I den utvecklade världen producerar kärnkraften cirka tre kubikmeter högaktivt avfall per år.

Om man i stället använder kol produceras cirka 300 000 ton aska och mer än 6 miljoner ton koldioxid varje år. Bara askan från ett kolverk på ett år är mer än allt högaktivt kärnavfall som någonsin producerats globalt och askan från kolkraftverk är dessutom också radioaktivt. Inte så radioaktivt som begagnade bränslestavar och inte lika långlivade, men man bör inte äta det heller.

Varför produceras det så lite avfall från kärnkraftverk? Det beror på att energitätheten för uran är dramatiskt högre än för fossila bränslen.

⇑ Lagring av kärnavfallet

Publ 2023-08-09

När uranet använts tas stavar ut från reaktorkärnan för att först lagras i en vattenbehållare på reaktorplatsen. Där förvaras de i några år för att kylas ner och låta några av nukleotiderna med kort halveringstid sönderfalla.

Efter några år flyttas bränslet till en torr fatlagringsbehållare vid kraftverksplatsen. Det är tillfällig lagring i kapslar gjorda av betong och stål fyllda med gas som helium eller kväve. En kapsel kan väga mer än 100 ton. De inneslutna stavar släpper fortfarande ut ungefär 100:e millisivert per timme. Om man sitter vid en kapsel i 100 timmar får man sin årliga dos.Torr förvaring är tillräckligt säker om man kan hålla ett öga på dem i hundra tusen år.

Av de nära 400 000 ton befintligt använt bränsle finns 47 procent för närvarande i kylbassängerna som kallas våtlagring. 20 procent finns i kapslarna som kallas torrlagring och de återstående 33 procent har upparbetats. Mer på att senare.

⇑ Transporter

Publ 2023-08-09

Detta högradioaktiva avfall måste transporteras ibland som det finns speciella containrar och tågvagnar för. I ett test 1984 kraschade ett tåg in i en av dessa containrar fyllda med icke-radioaktiva grejer med över 100 miles per timme.

Efter kraschen var containerns innehåll nästan oförändrat från före kollisionen. Om testcontainrarna faktiskt hade innehållit kärnavfall skulle ingenting ha hänt.

⇑ Avfall från SMR

Publ 2023-08-09

Små kärnreaktorer (SMR) skapar mer avfall per energi enligt en nyligen genomförd studie från forskare vid Stanford University.[1] De för närvarande planerade små modulära reaktorer kommer att öka den totala volymen kärnavfall med en faktor på 2 till 30 beroende på design, Det mesta av detta är lägre mellanliggande avfall som kommer från behovet av mer konstruktionsmaterial per bränsle. De fann också att det större avfallet som dessa små reaktorer skapar är mer radiogiftigt än konventionella kärnkraftverk eftersom den mindre storleken leder till något annorlunda fissionsreaktioner.

Okej så vi döljer det i betong och flyttar runt det men vad ska vi göra med det så småningom.

⇑ Geologiskt förvar

Publ 2023-08-10

Svensk Kärnbränslehantering

Den bästa lagringslösningen för kärnavfall är geologiska förvar inuti geologiska formationer som förväntas förbli stabila i åtminstone några miljoner år. Under 1980-talet försökte USA skapa den första sådana anläggningen vid Yucca Mountain i Nevada. Den var tänkt att öppnas 1998, men det fungerade inte som planerat. Till denna dag har inget lagrats där som delvis beror på regeringens krav på säkra strålningsnivåer, men mest för att det visade sig att folk inte gillar att ha kärnavfall i sin närhet.

⇑ Finska förvaret

Publ 2023-08-10

Finland bygger för närvarande världens första djupa geologiska förvar. Det är planerat att öppnas nästa år. Ancolos förvaret för använt kärnbränsle ligger nära kärnkraftverket på Finlands västkust. Det är i princip en massa tunnlar cirka 400 meter under marken. I dem kommer tusentals korrosionsbeständiga kopparkapslar att grävas ner och hålen kommer att pluggas igen med bentonit som är en vattenabsorberande lera. Varje tunnel kommer sedan att fyllas med mer bentonit och tätas med betong. En datormodell av hela tunneln har skapats för att förutsäga hur grundvatten kommer att röra sig genom sprickor och vilka effekter detta kan ha på människor som lever på ytan.

⇑ Information till framtiden

Publ 2023-08-10

Hur ska vi hålla avfallet inlåst på ett säkert sätt i hundra tusen år? Det är en ganska stor utmaning. Skriftspråket har bara funnits i cirka 5 500 år. Vilket språk kommer människor att läsa om hundra tusen år om det fortfarande finns människor.

Denna fråga studerades 1981 av arbetsgruppen för mänsklig inblandning som var på uppdrag av US Department of Energy. Deras uppgift var att hitta ett sätt att varna människor för framtiden för det kärnavfall som var planerat att deponeras vid Yuka Mountain. Det var ett team av ingenjörer, antropologer, kärnfysiker, beteendevetare, filosofer och semiotiker. Det är folk som studerar vetenskap. De kom på några allmänna regler, inklusive att oavsett varningsmeddelande så borde det läsas uppifrån och ned och att det skulle upprepas på flera olika sätt, så i princip som en sagobok för barn.

Till slut drog de mest slutsatsen att det bästa kan vara att bara se till att lagringen endast är tillgänglig med avancerad teknisk utrustning. Tanken är att civilisation som har den teknik som krävs för att borra i kärnavfallet också borde veta vad radioaktivitet är.

⇑ Återvinning

Publ 2023-08-10

Nästan allt använt kärnbränsle kan faktiskt återanvändas. Denna återvinning kräver att man extraherar plutonium och uran från de använda bränslestavarna och blandar det med färskt uran. Detta görs för närvarande till exempel i La Hague i Frankrike och några andra platser som Storbritannien och i Indien.

I La Hague har de återvunnit få stavar sedan 1976 med en kapacitet på cirka 1 700 ton per år. De utvinner plutonium som sedan används för att skapa ett blandat oxidbränsle, MOX för kort. Denna typ av bränsle kan användas i den vanligaste typen av reaktorer, lättvattenreaktorer, likt uranbränslestavarna.

Fransmännen använder en del av detta MOX-bränsle själva och säljer en del av det till andra länder. Det som återanvändningen gör är i huvudsak att få ut mer energi från det ursprungliga uranet. Det undviker inte avfall, men det minskar mängden avfall per producerad energi. Dock är det för närvarande ekonomiskt olönsamt att återanvända detta bränsle en andra gång.

⇑ Kostsamt

Publ 2023-08-10

Varför sker inte återvinning på fler platser? Eftersom det är dyrt. År 1996 uppskattade det amerikanska National Research Council att återvinning av allt befintligt använt kärnbränsle i USA skulle kosta mer än hundra miljarder dollar. År 2007 deklarerade rådet att forskning och utveckling av en sådan teknologi borde avbrytas eftersom pengarna kunde användas bättre på nästa generations reaktorer.

Eftersom det från första början inte finns så mycket av detta avfall och det som finns kan lagras under jorden, gör detta beslut ekonomiskt mening. Frågan om det är ekonomiskt försvarbart beror dock på hur mycket energi du fortfarande kan få ut från de använda bränslestavarna. Det har gjorts ganska mycket forskning kring detta under de senaste årtiondena. Till exempel testar Ryssland för närvarande ett annat sätt att återvinna använt bränsle som kallas "remix". Det är fortfarande i testfasen.

⇑ Tungvattenreaktor

Publ 2023-08-10

Ett annat sätt att minska kärnavfall är att använda en trycksatt tungvattenreaktor. Men vattnet är "tungt" vilket innebär att väte i vattnet ersätts med deuterium. Så det är väte med en extra neutron i kärnan.

Trycksatta tungvattenreaktorer är för närvarande de näst vanligaste reaktortyperna som används och de har redan potential att återanvända sitt eget kärnavfall. De kan använda naturligt, oberikat(?) uran eller en blandning av uran- och plutoniumoxid. Det inkluderar plutonium från avvecklade kärnvapen samt torium och plutonium. Bränslet kan återvinnas och återanvändas på flera sätt.

⇑ Tungvattenreaktor

Publ 2023-08-10

Sedan har vi de s.k. snabba reaktorerna, snabba eftersom de använder snabba neutroner. Om de producerar mer plutonium än de förbrukar kallas de för snabba kärnbränsle­ökningsreaktorer. Det positiva med snabba reaktorer är att de förstör det kärnavfall med längst halveringstid.

Större delen av det kvarvarande avfallet sönderfaller till ofarligt tillstånd på några århundraden istället för hundratals årtusenden. Man kan mata använt bränsle från andra reaktorer till dessa snabba reaktorer. Detta är ingen ny teknik, men den har inte använts i den utsträckning som den skulle kunna ha använts. Kanada håller för närvarande på att bygga två av dessa snabba reaktorer.

Det finns många sätt att återanvända, reproducera och cirkulera radioaktivt material från en kraftanläggning till en annan. Hela ämnet blir väldigt förvirrande väldigt snabbt.

⇑ Lättvattenreaktorer i Sverige

Publ 2023-08-09

Sverige har haft 12 reaktorer exklusivt för elproduktion, men 2021 är 6 stängda och 6 i kommersiell drift. De är samtliga lättvattenreaktorer och använder anrikat uran som bränsle. [2]

Lättvattenreaktorer (LWRs): De använder vanligt vatten som både kyl- och moderatorvätska. De dominerande reaktortyperna för LWR är Boiling Water Reactors (BWR) och Pressurized Water Reactors (PWR). De svenska kärnkraftverken använder PWR.

Tungvattenreaktor (CANDU): Sverige har även haft en anläggning med CANDU-teknik (CANada Deuterium Uranium), som är en typ av trycksatt tungvattenreaktor. Forsmark-1 var en CANDU-reaktor och var den första kommersiella kärnkraftsreaktorn i Sverige. Den togs ur drift 2005.

⇑ Källor

Publ 2023-08-09

• Nuclear waste is not the problem you've been made to believe it is, Sabine Hossenfelder, Youtube
• Radioaktivt avfall, Wikipedia
• Strålsäkerhetsmyndigheten
• Slutförvaret för kortlivat radioaktivt avfall (SFR)