Brenselssyklusen

Tilbake

Publisert 05.11.2013, oppdatert 01.02.2016 15:53

Stikkord: Atomsikkerhet og kjernekraft, Brenselsyklus

Brenselssyklusen – vegen frå uranmalm blir henta fram frå gruvene, via bruken av brenselet i reaktorane, reprosessering, til det brukte brenselet blir sluttlagra (deponert) i fjellet.

Brenselssyklusen: Illustrasjon: Mari Komperød, Statens strålevern

Brenselssyklusen: Illustrasjon: Mari Komperød, Statens strålevern

Uran - eit naturleg radioaktivt stoff

Naturlege radioaktive stoff finst i større eller mindre grad i alle naturlege miljø. I enkelte område er dei naturlege førekomstane, og då i første rekke av uran, så høge at det gir grunnlag for gruvedrift.

Uran blir ekstrahert ut frå uranmalm

Uran blir deretter ekstrahert ut frå uranmalmen i form av eit oksid, U3O8. Dette er ein prosess som etterlèt seg slaggstoff som inneheld naturlege radioaktive stoff. Uranoksidet blir deretter omdanna til uranheksafluorid, som er utgangspunktet for oppriking og produksjon av uranbrensel. Gjennom desse prosessane blir det danna avfall med noe høgare konsentrasjonar av naturlege radioaktive stoff.

Oppriking av uran

Ettersom naturleg uran berre inneheld 0,7 % av isotopen uran-235, må det opprikast. Gjennom opprikinga blir den relative delen av uran-235 auka til opp mot 5 %. Restmaterialet, der den relative delen av uran-235 er redusert, blir gjerne kalla utarma uran og blir mykje brukt som skjermingsmateriale for radioaktive kjelder eller til balansevekter i fly. Det kan også brukast som panserbrytande ammunisjon.

Radioaktivt brensel

Sidan alle dei naturleg eksisterande uranisotopane har lang halveringstid, er strålingsintensiteten i det ferske ”ubrukte” reaktorbrenselet relativt låg. Etter kvart som spaltbart uran blir forbrukt i ein reaktor, vil mengda av spaltingsprodukt auke og brenselet blir då sterkt radioaktivt. Utsleppa av radioaktivitet er under normal reaktordrift svært avgrensa, og vil i stor grad bestå av radioaktive edelgassar og nokre andre flyktige stoff. Utslepp som følgje av ulykker kan likevel vere store.

Brenselet i ein operativ reaktor vil innehalde ei svært samansett blanding av radioaktive spaltingsprodukt i tillegg til uran. Mange av desse har svært kort halveringstid og vil dermed raskt forsvinne etter at kjedereaksjonen har stoppa. På grunn av den høge varmeproduksjonen i brenselet som følgje av høgt innhald av radioaktive stoff med kort halveringstid blir brenselet den første tida etter det er tatt ut av reaktoren, lagra i kjølte vassbasseng. Lagringstida i vassbasseng varierer noko mellom ulike reaktoranlegg.

Fisjonsprosess. Illustrasjon: Wikipedia.

Fisjonsprosess. Illustrasjon: Wikipedia.

Reprossesering

Reprosessering er ein prosess der ein fjernar innhaldet av spaltingsprodukt før ein produserer nytt brensel av det uranet og plutoniumet som er att.

Utbrenninga av brenselet vil aldri vere fullstendig, det vil seie at alle brenselsmateriale (uran-235 og plutonium) ikkje er brukte opp. Brukt reaktorbrensel vil derfor framleis innehalde ein god del uran-235 i tillegg til plutonium som er produsert under bruken.

For å betre utnyttingsgraden for brenselet er det vanleg i enkelte land at brenselet blir resirkulert etter å ha vore brukt. Dette blir kalla reprosessering, og er ein prosess der innhaldet av spaltingsprodukt blir fjerna før ein produserer nytt brensel av det uranet og plutoniumet som er att.

Reprosessering blir gjennomført ved spesielle anlegg som blant anna finst i Majak (Russland), Sellafield (Storbritannia) og Cap de la Hague (Frankrike). Den kjemiske prosessen som blir brukt til dette, fører til visse utslepp til miljøet. Sjølv om for eksempel utsleppa frå Sellafield er betydeleg reduserte dei siste 30 åra, utgjer dei hovuddelen av den kunstig tilførte radioaktiviteten langs norskekysten.
Ein del av dei radioaktive stoffa som blir skilde ut, blir brukte som strålekjelder innan industri og medisin, resten blir smelta inn i ein glasmasse og lagra. Dette avfallet vil etter kvart bli deponert i djuptliggande fjellhallar.

Permanent lagring av brukt brensel

Etter at det brukte brenselet er tatt ut av reaktoren, blir det først overført til eit våtlager for kjøling for ein periode. Etter at brenselet er tilstrekkeleg nedkjølt, blir det overført til eit tørrlager dersom det ikkje skal reprosesserast.

Størsteparten av dei radioaktive fisjonsprodukta vil døy i løpet av nokre hundre år, noko som fører til at strålingsnivået blir kraftig redusert. Etter nokre hundre år vil radioaktiviteten i brenselet i hovudsak bestå av uran og transuran (grunnstoff med høgare atomnummer enn uran). Desse har ofte svært lang halveringstid, slik at brenselet framleis vil vere radioaktivt sjølv om strålingsintensiteten vil vere lågare.

Brukt brensel som ikkje skal reprosesserast, skal endeleg deponerast i djuptliggande fjellhallar, slik dei planlegg i Sverige og bygger i Finland.

Radioaktivt avfall

I tillegg til brenselet vil eit reaktoranlegg produsere avfall ved at delar av anlegget og forbruksartiklar er blitt radioaktivt forureina. Dette avfallet inneheld ofte langt mindre radioaktivitet enn det brukte brenselet, og blir ofte klassifisert som låg- og mellomaktivt avfall.

Etter at levetida for eit reaktoranlegg er over, er det vanleg at anlegget blir «demontert» og at dei radioaktivt forureina delane av anlegget blir sette til lagring, gjerne inne i ein fjellhall. Ei slik «demontering» av eit reaktoranlegg blir kalla dekommisjonering.

Anlegg for lagring av låg- og mellomaktivt avfall

I Noreg finst det eit anlegg for å deponere låg- og mellomaktivt avfall i Himdalen i Akershus. Hovudmengda av avfall i dette anlegget er radioaktive kjelder brukte i industri og medisin. Anlegget inneheld dessutan driftsavfallet frå atomanlegga på Kjeller og i Halden. Det er planar om å lagre radioaktivt forureina komponentar frå dei to anlegga i Himdalen etter at desse har blitt dekommisjonerte.

I tillegg til anlegget i Himdalen finst det eit anlegg for å lagre avleiringar frå oljeproduksjon som inneheld konsentrasjonar av naturleg eksisterande radioaktive stoff, såkalla «scale». Dette anlegget ligg på Stangeneset i Sogn og Fjordane.

Mengde av brukt brensel i Noreg

Samanlikna med kjernekraftnasjonar er mengda av brukt reaktorbrensel frå dei to forskingsreaktorane i Noreg svært avgrensa. I 2013 var mengda av brukt reaktorbrensel frå IFE si verksemd sidan starten i 1951 ca. 17 tonn. Det går før seg ein prosess for å bestemme korleis ein skal handtere dette avfallet, og saka har blitt drøfta av fleire statlege utval.

Retningslinjer frå IAEA

Behandling av radioaktivt avfall følgjer retningslinjer som er utarbeidde av Det internasjonale atomenergibyrået IAEA. I Sverige og Finland har ein kome ganske langt når det gjeld behandling av brukt reaktorbrensel (www.skb.se eller www.posiva.fi). Også andre er engasjerte i utvikling av behandlingsmåtar for radioaktivt avfall, for eksempel OECDs Nuclear Energy Agency.