view

Annonsplats







Faradbloggen

Ny övervakning på lösa boliner

22/11 2012

Bokhyllan

Bokomslag

Kul om kvantfysik

8/11 2012

Diagram: Låg andel högskoleingenjörer tar ut examen

Strålning värre för koppar än väntat

Nya försök på Kungliga tekniska högskolan visar att strålning kan skada koppar – något som kan vara ett problem i slutförvaret av radioaktivt avfall från de svenska kärnkraftverken.

Hittills har det bolag som ska ta hand om kärnavfallet, SKB, avfärdat risken. Detta trots att SKB redan tidigare haft underlag som tyder på en dramatiskt snabbare nedbrytning än vad bolaget räknar med, visar Farads granskning.

Ett examensarbete på Kungliga tekniska högskolan visar att koppar som bestrålas i vatten tar betydligt mer skada än väntat.
– Ett examensarbete är alldeles för kort för att man ska kunna få fram några definitiva svar, säger Mats Jonsson, professor i kärnkemi vid KTH. Vi kan säga att strålning kan inducera korrosion av koppar, men i dagsläget kan vi inte säga hur allvarligt det är.

Enligt planerna för det svenska slutförvaret av kärnavfall ska det högaktiva avfallet slutas in i fem centimeter tjocka kopparrör, som i sin tur ska bakas in i en speciell sorts lera, bentonit, 500 meter ner i det svenska urberget. Förvaret måste skydda mot radioaktiv strålning i hundratusentals år – även om en hel del av strålningen kommer att ha klingat av redan efter cirka 1000 år.

En av de saker som skiljer experimenten på KTH från det verkliga slutförvaret av kärnavfall är stråldosen, som varit 1000 gånger högre än det man räknar med ska finnas runt kopparkapslarna när de väl är på plats.
– Om vi ska gå ned i den verkliga intensiteten kan det krävas flera tusen dagar för att se någon effekt, säger Mats Jonsson, då pratar vi om flera år innan vi ser resultat.

Exakt vad som händer med kopparn är ännu okänt.
– Det är ett korrosionsmönster som vi inte har sett tidigare.

Nu drar ett nytt projekt igång för att få mer kunskap om vad som händer, ett samarbete mellan korrosionsforskare och kärnkemister på KTH. Finansiär är Svensk kärnbränslehantering, SKB, det bolag som ansvarar för slutförvaret av det svenska kärnavfallet.
– Det krävdes inte mycket argumentation när vi visade vad vi hade sett, säger Mats Jonsson.

Enligt Peter Wikberg, forskningschef på SKB, kommer projektet att löpa under minst ett och troligen två år.
– De ser effekter av strålning på koppar. Det är klart att det är intressant för oss, säger han.

Avtalet blev klart bara två veckor innan SKB väntas lämna in ansökan om att få börja bygga ett slutförvar i uppländska Forsmark. Hittills har SKB hävdat att strålningen knappt ska ge några skador alls på de kopparrör där det radioaktiva avfallet från kärnkraftverken ska förvaras.

Men problemet är inte okänt. I sitt remissvar på SKBs forskningsprogram lyfte KTH-forskare bland annat fram forskning från Los Alamos National Laboratories, som för över tio år sedan avrådde från att använda koppar i vattensystem där det finns strålning. Kopparn bröts ned, korroderade, med en hastighet som forskarna betraktade som oacceptabel: efter drygt två månader var korrosionshastigheten uppe i en storleksordning på tiotals millimeter per år.

Dessutom ökade korrosionshastigheten för koppar, till skillnad från många andra material. Korrosionen beror på så kallad radiolys: strålningen slår sönder vattenmolekylerna, så att det bildas fria radikaler och ämnen som lätt reagerar med exempelvis koppar.

Los Alamosforskarnas syfte var att hitta material som går att använda i en så kallad spallator, en neutronforskningsanläggning. Energinivåerna på strålningen är därmed betydligt högre än i det svenska slutförvaret.

– Det är en helt annan värld, säger Kastriot Spahiu på SKB. Det går inte att jämföra med vad våra gammastrålar gör.

Men om de kopparrör som är tänkta till det svenska slutförvaret av kärnbränsle skulle placeras under de förhållanden som Los Alamosforskarna hade, då skulle de fem centimeter tjocka rören kunna vara förstörda på mindre än 50 år.

– Man kan inte hävda att det kommer att vara så här illa i slutförvaret, konstaterar Peter Szakalos, forskare i korrosionslära på KTH, och en av dem som ligger bakom KTHs remissvar.
– Men man ser mekanismen: kopparn löser upp sig. Det behövs mer studier på vad som händer i slutförvarsmiljön.

Enligt SKBs beräkningar hittills ska alla olika typer av korrosion inte ha frätt bort mer än några enstaka millimeter av kopparrören, sammanlagt, i värsta scenariot, på 100 000 år. 14 tusendels millimeter beror enligt SKBs beräkningar på radiolys. Den har antagits vara som störst under de första 300 åren – tio halveringstider för de mest strålande ämnena.

– Kunskapsläget har bedömts som bra, det finns 50 års forskning kring radiolys, säger Kastriot Spahiu. Man bedömer vilken faktor som är viktigast för korrosionen, och så man har satt krut på värre saker, som sulfidkorrosion och salthalt.

På Farads fråga om hur man kommit fram till de 14 mikrometrarna säger Kastriot Spahiu:
– Jag har inte gjort beräkningarna; jag vågar inte sätta min hand i elden på att det är rätt. Det här ska granskas nu när ansökningen lämnas in till myndigheterna.

Den som gjort beräkningarna har inte varit tillgänglig för intervjuer. Från SKBs sida har forskningschefen Peter Wikberg och Kastriot Spahiu ställt upp för att svara på Farads frågor. Kastriot Spahius specialområde är den radiolys som sker inne i kopparrören, med det radioaktiva bränslet.

De rapporter som SKB hänvisar till talar alla om osäkerheter, och att resultaten behöver verifieras.
COLLAGE Farad

Vid Farads tidigare kontakt med SKB har bolaget hänvisat till tre forskningsrapporter. Två av dem har studerat radiolys genom experiment. Den som ligger till direkt grund för SKBs kalkyler är en teoretisk studie, där rapportförfattarna upprepade gånger skriver att experiment behövs för att verifiera resultaten. Men Peter Wikberg menar att det inte behövs. Istället för de data som saknas har man antagit att effekten motsvarar hydroxid-radikaler, som är bland de mest reaktiva radikalerna.
– Där vi saknar kunskap gör vi konservativa antaganden, säger Peter Wikberg.
Och Kastriot Spahiu fyller i:
– Det är kostsamma försök och de är inte så enkla att genomföra.

En av de rapporter som beskriver faktiska försök slår fast att koppar är ett lämpligt material för kärnbränsleförvaring. Stråldoserna i försöken hade ingen ”väsentlig inverkan” på korrosionen. Men försöken gjordes i 20-gradigt vatten och pågick som längst under 110 timmar, alltså mindre än fem dygn. I slutförvaret räknar man med att temperaturen kan bli 90 grader, och tidsperspektivet är betydligt längre. Man talar om uppemot 1000 år innan den värsta strålningen avklingat, och 100 000 år innan man är nere på samma nivå som naturligt uran.

Den andra experimentella studie som SKB hänvisat till är gjord med högre temperaturer och under något längre tid – 150 grader i tre veckor. Stråldosen har varit högre än i slutförvaret, men inte alls i nivå med Los Alamos-försöken. I alla experiment har korrosionshastigheterna varit högre än i SKBs teoretiska beräkningar.

I samband med strålning korroderade så mycket koppar bort att det skulle motsvara en hastighet på mellan 60 och 200 tusendels millimeter per år. Det innebär att på ett enda år förstörs uppemot 13 gånger mer koppar än i SKBs beräkningar – sammanlagt.

Forskarna bakom denna studie kallar den för preliminär, och konstaterar att det inte är lämpligt att extrapolera resultat över tidsperioder som är betydligt längre än i försöken om man inte förstår korrosionsprocesserna väldigt väl. Något de uttryckligen skriver att de inte gör, när det gäller strålningen.

Men på SKB ser man rapporten som ett belägg för att strålningen inte är ett problem. Vid strålning verkar korrosionshastigheten nämligen vara lägre än om det inte är strålning. Rapportförfattarna tror att det kan bero på att strålningen bidrar till att det bildas ett skyddande skikt på kopparn. Att hastigheten är så mycket högre än vad SKB räknar med beror på att förutsättningarna inte är lika, säger Kastriot Spahiu.
– Strålning och salthalt är högre än i det svenska slutförvaret.

En som är mycket tveksam till att korrosionen skulle minska är Peter Szakalos, som forskar i korrosionslära vid KTH.
– Los Alamosstudien visar en enorm upplösning av koppar när den utsatts för radiolys. Och korrosionen accelererar, så de utesluter koppar från system som är utsatta för radiolys.

Även Jan Linder, utredare på Strålsäkerhetsmyndigheten, vill se fler studier kring radiolys.
– Det här kan vara ett problem, man behöver göra ytterligare undersökningar innan man kan säga om det är farligt eller inte.

Även Strålsäkerhetsmyndigheten är på väg att initiera en studie om hur radiolys påverkar koppar.
– Det blir en teoretisk betraktelse, som vi hoppas ska vara klar under året.

Samtidigt tycker han att det är viktigt att sätta frågan i perspektiv.
– Det här är ett sätt som koppar kan rosta på, och det gör den under en relativt kort period, sett ur det totala tidsperspektivet på en miljon år. Frågan är om det är farligt för hela slutförvaret; hur detta behandlas i säkerhetsanalysen för hela slutförvaret. I säkerhetsanalysen bedöms hur snabbt radioaktiva ämnen transporteras först genom den omgivande leran därefter genom berget och hur dessa ämnen ackumuleras i biosfären.?

Peter Wikberg har återkommit till Farad med tillägget att "vi gör de undersökningar vi bedömer nödvändiga oavsett kostnader"

SKBs ansökan om att få börja bygga ett slutförvar väntas den 16 mars.



Sus Andersson

9/3 2011