Dette er en menings-tekst. Meningene er skribentens egne.
Hva man skal gjøre med avfall fra kjernekraftverk, har vært et hett, politisk spørsmål i flere tiår og utgjør en av de viktigste snublesteinene mot en bred, folkelig aksept av teknologien. Man kan i prinsippet gjenvinne atomavfallet og få ut mye mer energi, men det er vanskelig. Dette er den første artikkelen i en serie om fremtidens atomteknologi.
For at gjenvinning av anvendt kjernebrensel skal fungere i industriell skala, kreves det tre ulike typer anlegg. Man må kunne produserer rene, spaltbare stoffer fra dagens anvendte kjernebrensel. Det trengs fabrikker for å lage nytt brensel av det resirkulerte materialet, og til slutt trengs det reaktorer som anvender dette nye drivstoffet. Konklusjonen er at forskningen er kommet langt når det gjelder reaktorene og et godt stykke på vei når det gjelder gjenvinning, mens det gjenstår en hel del for å kunne produsere det nye brenselet.
Det som det egentlig henvises til, er det brukte atombrenselet fra dagens atomkraft. Det er også et annet avfall som ikke er like vanskelig å håndtere, men som ikke kan gjenbrukes på en rimelig måte.
Drivstoffet i dagens atomkraftverk baseres på uran som er svakt radioaktivt før det brukes i et atomkraftverk, men ikke lager mer trøbbel enn at man kan håndtere det med vanlig, kjemisk laboratorieutstyr: hansker, vernebriller og munnbeskyttelse. Situasjonen endres radikalt når brenselet brukes i en reaktor. Da blir det sterkt radioaktivt.
Det er en viss forvirring hvis man bare snakker om atomavfall i sin alminnelighet. Det er en bedre forklaring å beskrive det som at det finnes to ganske forskjellige typer avfall som produseres samtidig i kjernefysiske brennstoffer. Det ene avfallet er svært farlig i forholdsvis begrenset tid, mens det andre ikke er særlig farlig i det hele tatt sammenlignet med annet industriavfall, men det eksisterer svært lenge.
Når man spalter uran, skapes stoffer som er nesten halvparten så tunge som uran. Disse stoffene i midten av det periodiske systemet, er nesten alle kraftig radioaktive og faller relativt raskt til stabile stoffer; de fleste i løpet av noen få timer. Disse stoffene kan være svært skadelige hvis man ikke har strålevernbeskyttelse tilsvarende cirka en meter vann. Av de som skapes i større menger, er det strontium-90 og cesium-137 som eksisterer lengst. Begge halveres på 30 år, noe som innebærer at etter 30 år er halvparten igjen, etter 60 år er halvparten av halvparten igjen, etter 90 år er halvparten av halvparten av halvparten tilbake og så videre. Dette gjør at etter 300 år er en tusendel igjen. Da er det ikke farligere enn at man kan håndtere det med normal laboratorie-beskyttelse som er briller, munnbeskyttelse og hansker.
Denne typen avfall er i praksis ubrukelige. Man kan i prinsippet bruke små mengder til kreftbehandlinger, men kvaliteten blir bedre om man i stedet produserer medisinsk anvendbare, radioaktive stoffer i spesielle reaktorer. Dette er for øvrig en egen industri, i det nærmeste ukjent for folk flest, til tross for at den redder millioner av liv i verden hvert år. Disse stoffene er det uansett ikke mulig å klemme mer energi utav.
For at dette skal bli forståelig, kreves det også at man først innser at det er to slags uran i naturen. Nesten all uran er av en tyngre form og som av fantasiløse atomfysikere kalles uran-238 fordi hver kjerne veier rundt 238 ganger mer enn den letteste atomkjernen, hydrogen. En liten prosentandel, nesten 0,7 prosent av naturlig uran, har en lettere atomkjerne med det like fantasiløse navnet uran-235.
Uran-235 er relativt lett å dele når det blir truffet av nøytroner, en av byggesteinene i atomkjernen. Når uran deles, kastes to eller tre nøytroner ut, og de kan i sin tur dele andre kjerner. Dette gjør at atomkraftverk går av seg selv. Når man vel har fått i gang de første fisjonene, går reaktoren av seg selv, takket være slike kjedereaksjoner.
Her er det en viktig forskjell, avhengig av hvilken type uran det er snakk om. Den lettere kjernen, uran-235, er det greit å spalte, uansett hvor raskt nøytronene beveger seg når den treffer kjernen, mens uran-238 går bare å spalte med riktig raske nøytroner. Dette gjør det vanskelig å holde i gang en kjedereaksjon som går av seg selv. Hvis et nøytron i reaktoren møter på hvilken som helst annen atomkjerne, vil den miste farten, og det fører til at nøytronene ganske raskt har så lav hastighet at de ikke greier å splitte uran-238.
Av den grunn er det vanskelig å bygge en reaktor som har rent uran-238 som brennstoff. Man må ha uran-235 med for å holde prosessen i gang.
Dette får også en annen teknisk konsekvens. Det er ikke mulig å ha vann inne i reaktoren. I dagens atomkraftverk der uran-235 er arbeidshesten, skader det ikke om nøytronene mister farten. Det er faktisk en fordel, fordi spaltingen av uran-235 blir mer effektiv med bremsede nøytroner. Hvis man vil dele uran-238 effektivt, er det en fordel å ikke bremse nøytronene, men da kan man ikke ha vann i reaktoren.
Dette gjør livet vanskeligere for de stakkars ingeniørene som skal få anleggene til å fungere effektivt. Vann er tross alt verdenshistoriens mest brukte kjølevæske. Å koke vann til damp som kan drive en turbin, er den ledende teknikken i å omvandle varme til elektrisk strøm. Når disse vel utprøvde standardløsningene ikke kan brukes, tvinges man til eksotiske og dermed dyre, tekniske systemer.
I praksis er det få teknikker som i det hele tatt fungerer. Den første reaktoren i verdenshistorien brukte kvikksølv til kjøling. Kvikksølv er det eneste metallet som er flytende i romtemperatur, og den leder varme aldeles utmerket. Der tok de positive egenskapene slutt. Kvikksølv er giftig, flyktig og sjeldent. Det finnes helt enkelt ikke nok til å kunne bygge mange store reaktorer.
Ulike gasser har blitt prøvd, med helium som reaktorfysikerens drømmemateriale fordi helium ikke absorberer nøytroner. Her er problemet i stedet teknisk pålitelighet. Det er svært lite materiale per liter i gasser (det er derfor de er gasser), og derfor må man ha høyt trykk og høy strømning gjennom reaktoren for å klare å kjøle den ned. Hvis viftene ved et uhell skulle slå seg av, tar det bare noen få sekunder før reaktoren er overopphetet. I en reaktor fylt med en pålitelig og langsom kjølevæske, som vann, tar det mye lengre tid, og man har tid til å sette inn mottiltak.
De mest lovende reaktorene uten vann bruker flytende metaller som kjølevæske. I praksis er det tre muligheter: Flytende natrium, flytende bly og en flytende blanding av bly og vismut. Alle tre har blitt brukt i teknisk fullt fungerende reaktorer, men i samtlige er det betydelige problemer som må håndteres.
Vi tar den siste først: Bly-vismutblanding. Vismut er det tyngste, stabile grunnstoffet i naturen. Sovjetunionen bygde ubåter som ble drevet med bly-vismutreaktorer. Likevel har vismut den uheldige egenskapen at det er så sjeldent at hele verdens reserver ikke rekker til bruk i stor skala. Den faller ut av listen av til dels samme grunn som kvikksølv.
Natrium har allerede blitt anvendt i full skala. Det er en håndfull natriumavkjølte reaktorer i drift i verden, og på slutten av 1980-tallet hadde Frankrike reaktoren Super-Phénix i drift utenfor Lyon. Den reaktoren produserte like mye strøm som nybygde reaktorer i dag. Super-Phénix hadde mange tekniske problemer med tilhørende kostnadsøkninger, noe som ikke er uvanlig når det største anlegget i verdenshistorien i sitt slag bygges. Over tid nådde man en tilgjengelighet på 95 prosent, som er fullt på høyde med dagens nybygde, kommersielle reaktorer. Likevel fikk man som oftest ikke drive den av politiske og tilhørende byråkratiske grunner. Super-Phénix ble lagt ned av politiske grunner i 1997 av den sosialistiske Jospin-regjeringen, blant annet for at de måtte holde seg inne med det franske Miljøpartiet de grønne.
Utviklingen har faktisk gått baklengs. Vi var nærmere gjenvinning av atombrensel for 30 år siden.
På dette tidspunktet kan man konstatere at utviklingen faktisk har gått baklengs. Vi var nærmere fungerende reaktorer for gjenvinning av anvendt atombrensel for 30 år siden enn i dag.
Super-Phénix tilhører for øvrig den svært eksklusive gruppen av atomkraftverk som har vært målskive for terrorisme; i dette tilfellet den grønne typen. I byggeperioden ble byggene truffet av fem rakettdrevne granater. Mange år senere erkjente Chaïm Nissim, en sveitsisk politiker fra Miljøpartiet de grønne, at han utførte angrepet. Granatene hadde han kjøpt av Carlos, også kalt Sjakalen, og kanskje verdens mest kjente terrorist.
Med dette gjenstår én teknikk å undersøke: Bly som varmebærer. For en reaktorfysiker er bly nærmest et ideelt stoff, mens det gir ingeniører mer hodebry. Det er gode grunner for at bly skal kunne kjøre stabilt, og hvis det frigjøres radioaktivitet ved en ulykke, er bly temmelig effektivt i å stanse både de radioaktive stoffene og strålingen de kan være opphav til.
Det planlegges et forsøksanlegg i Oskarshamn i Sverige med ambisjoner om å prøve å løse problemet med bly-kjølte reaktorer.
Problemet er av en annen karakter. Når en har varmt, flytende bly, kan det lett oppstå korrosjon. For å si det enkelt: alt ruster, og det raskt. Dessuten er det vanskelig å pumpe bly fordi det er ekstremt tungt. Det er så tungt at hvis en bit jern løsner, flyter den opp til overflaten.
Et forsøksanlegg planlegges i Oskarshamn i Sverige av forskningsselskapet Blykalla. De har ambisjoner om å prøve å løse begge disse problemene.
I løpet av noen år blir kanskje problemet med korrosjon løst. Det er nå en stållegering som ser ut til å tåle varmet bly uten å ruste. En liten test-bit har ligget flere år i et varmt bly-bad, uten å bli ødelagt. I en reaktor vil blyet likevel sirkulere, nesten som vann beveger seg i en kjele på komfyren, men betydelig tregere. I dag vet man ikke om den nye legeringen tåler den slitasjen som bly i bevegelse kan forårsake.
Fordi det er vanskelig å pumpe bly, sikter Blykalla på å bygge en reaktor i fremtiden som er utvidet i høyden slik at man får et slags selvtrekk, nesten som en skorstein. Da ville blyet kunne bevege seg uten pumper og transportere varmen bort fra ildstedet og ut til strømproduksjon gjennom naturlig selvsirkulasjon. Anlegget i Oskarshamn skal undersøke om det er mulig å skape et slikt selvtrekk. Dette gjør man gjennom å imitere en reaktor der man anvender elektrisk oppvarmede stenger som kan ligne brenselet i en fremtidig reaktor. Det er ikke bare billigere, men også mye enklere å teste prinsippene uten uran og plutonium i anlegget.
Det handler altså ikke om å bygge en reaktor for å løse dagens strømkrise. På noen års sikt handler det om å bygge et testanlegg for å utvikle teknikken slik at man litt lengre inn i fremtiden kan bygge en reaktor ladet med gjenvunnet atomavfall.
Utviklingen av reaktorer for å gjenvinne brukt atombrensel er kommet ganske langt. Utviklingen har ikke kommer like langt når det gjelder å produsere brenselet til disse reaktorene. Vi tar tak i dette i neste artikkel i serien.
Jan Blomgren. Professor i tillempet atomfysikk, forfatter og debattør
Kontakt skribenten: [email protected]
