Kortare livslängd för kärnavfall?

av Ragnhild Artimo Forum 1991-02, sida 16-17, 07.02.1991

Taggar: Teman: kärnavfall

Kortare livsläng för kärnavfall ”” 9 Lä ATW görs a kärnor snälla! |+:<:0ssm ee fall ”bränns bort”, Ny chans för

Text: Ragnhild Artimo

Dyr men lockande är en ny metod att tvätta kärnavfall. Med ATW kan radiaknedbrytningen förkortas frå tiotusentals år Hill bara trettio år. Metoden går ut på att man ”bränner” bort radioaktiviteten med en ny typ a lineär accelerator.

et är forskare vid Los Alamos Dun Laboratory i New Mexico som tagit fram konceptet att ofarliggöra högaktivt kärnavfall på en tusendedel av den tid naturen behöver för jobbet. Att metoden skall ge en massa gratisenergi som ”biprodukt” gör inte ATW mindre intressant. ATW står för Accelerator Transmutation of Nuclear Waste.

Knockovut på kärnor

Det centrala verktyget för ATW-processen är en ny supereffektiv lineär protonaccelerator. Den har konstruerats med stöd av medel från amerikanska strategiska försvarsinitiativet SDI, Stjärnornas krig, och är faktiskt en spin-off av den hjärnsatsningen. I den två kilometer långa acceleratorn exciteras positivt laddade protoner till en energi av 1,6 GeV (gigaelektronvolt) eller 1,6 miljarder elektronvolt. Protonströmmen blir mellan 50 och 250 mA (milliampere), vilket är hundra gånger mer än med en konventionell lineär accelerator.

Protonerna behövs för att producera neutroner. Protonstrålen riktas mot ett strålmål av bly och vismut — också andra tunga ämnen kan komma ifråga. Strålmålet är inneslutet i en saltsmälta som innehåller litium- och berylliumfluorider. Denna utgör samtidigt en ”brännugn” med rum för t ex utbrända radioaktiva brännstavar från kärnkraftverk. Då protonstrålen kolliderar med strålmålet producerar varje proton 45…55 neutroner — alltså neutrala partiklar. I den omgivande moderatorn (se teckningen) av tungt vatten (D-O) bromsas neutronerna upp till ett hastighetsområde som gör dem termiska, och gör att de kan tackla atomkärnorna i kärnavfallet och “bränna” sönder dem genom att åstadkomma fissionsprocesser. Då de tunga kärnorna härvid transmutera till lättare kärnor förvandlas grundämnet ett annat. med andra egenskaper.

Kärnavfallet omvandlas alltså till å ena sidan (värme)energi, å andra sidan stabila grundämnen.

Kalkyler och datorsimuleringar som gjorts av forskarna vid Los Alamos visar att ATW kan omvandla de högaktiva ämnena i kärnavfall så att radioaktiviteten nästan elimineras på ca 30 år. I naturen kräver radioaktivitetens avklingning tiotusentals år.

" Avfallskraftverk”?

ATW-processen producerar som biprodukt värmeenergi, som dels uppstår genom neutronernas uppbromsning i moderatorn av tungt vatten, dels genom fissionen av de högaktiva kärnorna i kärnavfallet. Denna energi

Copyright: Swedish Features

En kraftig protonstråle bombarderar bly och vismut. Snabba neutroner slås ut och dämpas i tungt vatten. Neutronerna omvandlar atomkärnorna. Högaktiva ämnen görs mindre radioaktiva. Samtidigt produceras mängder av värmeenergi, som kan omvandlas till eli en turbin. Restprodukterna separeras kemiskt i en särskild anläggning.

El (900 MW)

El (1 700 MW)

Turbin

Mera om ämne € Dyring, E. (1990). Kärnavfall kan oskadliggöras. Dagens Nvheter, oktober 14, 1990.

& Lawrence, G. (1990). New Applications of High-Power Proton Linaes (LA-UR-90-3309). Paper presented at the 1990 Linear Actelerator Conference. Albuyquerque, NM, USA, September 10—14, 1990 kärnkratten? Upsala Nya Tidning, septemher 13, 1990.

kan återanvändas: cirka en tredjedel av den beräknas räcka för att driva acceleratorn.

ATW-metoden kunde få en tillämpning också som mer än en atomsopbrännare. Den kan ställa i utsikt framställning av kärnreaktorbränsle av ”naturligt” torium och uran vilka inte utan anrikning duger för kedjereaktion utan en tungvattenmoderator. Detta skulle bredda energireserverna dramatiskt, samtidigt som det skulle underlätta kärnavfallsproblemet. Enligt de mest optimistiska beräkningarna skulle jordens energiförsörjning vara tryggad tiotusentals år framåt — i stället för nuvarande pessimistiska 50 år.

Kölappar för årtionden

En ATW-anläggning enligt det planerade konceptet kräver ungefär lika mycket extern energi som de två kärnkraftsenheterna i Lovisa producerar, och skall på ett år kunna omvandla

Ny teknik oskadliggör kärnkraftens avfall

Mål av bly och vismut

Moderator av tungt vatten

Kärnavfall

Fisslo som skall

Te 100 Ru 100

Linjär accelerator (2 km lång)

Protonstråle (1,6 GeV, 250 mA)

Kemisk separering

Radloaktiva rester bearbetas ige n = neutron Np = neptunium Te = teknetium Ru = ruteniu 2/1991 FORUN,

Nlustration; FRANK LERJEGÅR cirka ett halvt ton högaktivt material. Det låter inte mycket, men betyder i praktiken att anläggningen skulle hålla jämna steg med avfallet från 15 reaktorer på 1 000 MW var. Det räcker emellertid inte så långt, om man kastar en blick på kärnavfallslagren idag, inte minst på den militära sidan. För en ATW-anläggning skulle det ta upp till 50 år att hantera det radioaktiva avfallet lagrat vid USA:s plutoniumfabriker i Hanford och Savannah. Det betyder en för industriella förhållanden extremt långsiktig planering och koordinering — för en period där anläggningens ledning, expertis och personal hinner bytas ut helt och hållet tiotals gånger. För Hanford har Los Alamos-teamet planerat den första applikationen av den nya framtidstekniken, Huvudkomponenterna från Hanford HLW (High Level Waste) inkluderar 1 500…2 000 kg långlivade fissionsprodukter, främst teknetium och flera hundra kg högre aktinider — neptuni um och americium. Hantering av dessa kvantiteter under en operationsperiod på tex 30 år betyder en årlig transmutationstakt på 50 kg fissionsprodukter och 10 kg aktinider. ”Fabriken” kräver en accelerator som fungerar på 50 mA och kräver 200 MW.

När kommer ATW?

Kärnavfallsugnen ATW finns tills vidare endast på pappret — eller datorskärmen. I detta skede består projektet endast av lovande teoretiska beräkningar och simuleringsresultat. Los Alamos-forskarnas ansträngningar antas ha initierats av militärens behov att få fram metoder att hantera allt vapenplutonium som friställs vid en nedrustning — projektet satte igång långt före ockupationen av Kuwait. Konceptet presenterades av Los Alamos-forskaren Stan Schriber på en vetenskaplig konferens på Sicilien senaste sommar och vid ett kollokvium vid Kungl Tekniska Högskolan i

ATW-konceptet är en social beställning

Text: Ragnhild Artim Önskedröm eller illusion? ATW ligger ännu långt i framtiden, men den sociala beställningen på en kärnavfallslösning av denna typ fokuserar förhoppningar på metoden. Hur realistiska är dessa förhoppningar? Forum frågade tekn lic Björn Cronhjort vid Kungl Tekniska Högskolan.

ollokviet om ATW-metoden K:; Kungl Tekniska Högskola i december koordinerades av tekn lic Björn Cronhjort, docent vid högskolans Institution för Reglerteknik. Han ser den nya metoden — som tills vidare befinner sig på teori- och simuleringsstadiet — som en möjlighet att ta hand om kärnavfallet industriellt. Att metoden är dyr måste i sammanhanget förvisas till en sekundär fråga. Kärnavfallsproblemet måste lösas — så fort det tekniskt kan lösas.

Hur väl håller ATW-processen vatten, vetenskapligt sett? BC: –Transmutation, eller omvandling av ett grundämne till ett annat med hjälp av en serie kärnreaktioner, är i sig inget nytt. Två nya upptäckter vid Los Alamos har emellertid öppnat möjligheten att nu utveckla en säker och effektiv industriell anläggning.

— Med hjälp av datorsimuleringar har man kunnat visa att ATW-proces FORUN, 2/199 sens stora flödestäthet av termiska neutroner, ca 5 x 10!$ n/cm?/s, synes dels kunna ge en högre än väntad omvandlingshastighet av radionuklider, dels kunna möjliggöra en kontinuerlig transmutationsprocess med oväntat låga koncentrationer och mängder av aktinider.

— Det bör emellertid poängteras, att det visst råder avsevärd osäkerhet vad gäller såväl data som vissa av de modeller som använts vid Los Alamos-forskarnas datorsimuleringar. Simuleringarnas bärkraft kan därför utrönas endast genom ytterligare teoretiskt och praktiskt arbete.

— Vad slutligen gäller ATW-konceptet som helhet, ingår det flera redan prövade delsystem, som t ex det mesta av acceleratorn samt delar av processerna med anknytning till den cirkulerande saltsmältan har under åren 1965—1969 prövats i anslutning till det så kallade ORNL Molten Salt Breeder Reactor Program i Oak Rid Los Alamos Transmutation

Concepi

Los Alamos-konceptets första tillämpning har planerats för Hanford.

Stockholm i december av Staffan Carius som varit partikelforskare vid Los Alamos.

Los Alamos-teamet har givetvis presenterat projektet och de förhandenvarande beräkningarna för DOE, Department of Energy, amerikanska energiministeriet, och senaste höst anhållit om 5 miljarder USD för att komma vidare med praktiska experiment. En kommitté har tillsatts att utreda de praktiska förutsättningarn fortsättning på sid 28

Björn Cronhjort ÅS ge. I samband med s k upparbetning har man skaffat sig avsevärda erfarenheter av att på kemisk väg skilja olika ämnen från varandra.

Hur länge kan man anta att det dröjer innan processen är kommersiellt tillämpbar?

BC: — I sitt ansökningsmaterial till DOE har forskarna vid Los Alamos angivit en projekttidtabell som omfattar totalt 13 år. Enligt projektplanen skulle sålunda i bästa fall en fullskalig anläggning kunna köras i gång runt år 2005. Man måste emellertid hålla i minnet att detta är den mest optimistiska bedömningen.

— Man kan vidare notera att en fungerande ATW-anläggning torde förutsätta betydande teknikutveckling på en rad områden, exempelvis acceleratorteknik, strålmål, mantel, kemisk processteknik och säkerhet. I brist på sakunderlag rörande Los Alamos-teknikernas faktiska kunskapslä vän 17