Vätgas skyddar kärnbränsle vid slutförvar

När vårt använda kärnbränsle ska slutförvaras kommer det att skyddas av tre olika barriärer. Även om alla tre barriärerna blir skadade kommer inte kärnbränslet att lösa sig i grundvattnet, enligt en ny doktorsavhandling från Chalmers.

Till midsommar kommer beskedet om var det svenska använda kärnbränslet ska slutförvaras - i Forsmark eller Oskarhamn. Inför beslutet pågår en debatt om hur säker den svenska metoden för slutförvar är, främst när det gäller de tre barriärerna som ska förhindra att radioaktivt material lakas ut i det omgivande grundvattnet.

Men enligt den nya doktorsavhandlingen skulle uran inte lösas i vattnet även om alla tre barriärerna gick sönder.
- Det beror på något som vi kallar för vätgaseffekten, säger Patrik Fors, som på fredag, 24 april, försvarar sin avhandling i kärnkemi på Chalmers. Vätgaseffekten upptäcktes år 2000. Det är en kraftfull effekt som man alltså inte räknade med när man började planera för slutförvaret, och nu har jag visat att den är ännu mer kraftfull än vad man har känt till tidigare.

Vätgaseffekten förutsätter att det finns stora mängder järn i anslutning till kärnbränslet. I den svenska metoden för slutförvar består den första barriären av en kopparkapsel som är förstärkt med järn. Den andra barriären är en buffert av bentonitlera, och den tredje är 500 meter av granitisk berggrund. Vissa andra länder har valt att göra den första barriären helt i järn.

Det är känt att mikroorganismer och sprickmineraler i berget kommer att konsumera allt syre i grundvattnet. Om alla tre barriärerna skulle skadas skulle därför järnet i kapseln korroderas anaerobt av vattnet, under bildandet av stora mängder vätgas. I ett slutförvar på 500 meters djup skulle ett tryck på minst 5 megapascal vätgas byggas upp.

Patrik Fors har skapat dessa betingelser i laboratoriet, och undersökt tre olika typer av använt kärnbränsle. Alla försöken visade att vätgasen skyddar bränslet från att lösa sig i vattnet, trots att de kraftigt radioaktiva bränslena skapar en korrosiv miljö i vattnet på grund av sin strålning. Orsaken till den skyddande effekten är att vätgasen hindrar uranet från att oxideras och därmed gå över i en löslig form.

Vätgasen gör dessutom att oxiderat uran som redan finns löst i vattnet går över i fast fas. Resultatet blev att mängden uran som hittades upplöst i vattnet, efter de flera år långa försöken, var lägre än den naturliga halten i svenska grundvatten.
- Vätgaseffekten kommer att förhindra upplösning av kärnbränslet tills bränslets radioaktivitet är så låg att det kan betraktas som ofarligt, säger Patrik Fors. Mängden järn i kapslarna är så pass stor att det skulle bildas tillräckligt mycket vätgas för skydda bränslet under tiotusentals år.

Patrik Fors har genomfört sina försök vid Transuraninstitutet i Karlsruhe i Tyskland, i ett gemensamt projekt med Chalmers. Institutet drivs av Europeiska Kommissionen. Forskningen har också finansierats av SKB, Svensk Kärnbränslehantering AB.

Avhandlingen"The effect of dissolved hydrogen on spent nuclear fuel corrosion" försvaras den 24 april kl 10.00.
Plats: Sal KE, Kemihuset, Kemigården 4, Chalmers tekniska högskola

För mer information, kontakta:
Patrik Fors, Avdelningen för kärnkemi, Institutionen för kemi- och bioteknik, Chalmers tekniska högskola.
Tel: 0707-696 334
patrik.fors@chalmers.se

Handledare: Kastriot Spahiu, adjungerad professor på Avdelningen för kärnkemi, Institutionen för kemi- och bioteknik, Chalmers tekniska högskola.
Tel: 08-459 8561
Kastriot.spahiu@skb.se