​Zirkonium och kolpulver i gelerad form innan de pressas till pellets

Från kärnavfall till nytt bränsle

Nästa generation kärnkraft, så kallad generation fyra, innebär att man kommer kunna återanvända det mesta av det avfall som dagens kärnkraft inte klarar av att ta tillvara på. Marcus Hedbergs doktorsavhandling tar teknologin närmare tillämpning genom kunskap om hur avfallet kan återvinnas till användbart bränsle.

Dagens kärnkraftverk klarar enbart av att göra energi av 235Uran vilket utgör cirka tre procent av det uran som används som bränsle. Resten består av 238Uran vilket blir avfall som sönderfaller till stor del till plutonium som, trots högt energivärde, inte återvinns i dagens kärnkraftverk av säkerhetsskäl.

Fjärde generationens kärnkraft innebär att detta plutonium, och även andra delar av avfallet återvinns i form av exempelvis plutoniumnitrid. Detta kan leda till att upp till 60 procent av energivärdet kan utvinnas. Samtidigt minskar halveringstiden på det slutliga avfallet från 100 000 år till cirka 1000 år.

Marcus Hedberg har som doktorand tillverkat nitrider och tagit fram kärnbränslepellets av plutoniumnitrid från återvunnet plutonium. Nyttan med att använda nitrider istället för oxider, som är det vanliga i dagens reaktorer är att de leder värme bättre och därmed ökar säkerheten då härdtemperaturen kan vara lägre än när oxidbaserade bränslen används. Ett viktigt steg i detta arbete är att visa på möjligheten att gå direkt från en lösning av återvunna aktinider, en serie grundämnen där bland annat uran, plutonium och americum ingår, till former lämpliga för pelletpressning utan att hantera pulver. Att tillverka en ren plutoniumnitrid på detta sätt, vilket aldrig tidigare gjorts, öppnar för att även andra, mer svårhanterliga aktinider såsom americium kan ingå i framtida bränslen. 

Materialet som sådant har producerats förr vid ett fåtal tillfällen, men att sätta samman pellets av det är ett mer outforskad område. Detta beror på att plutonium hittills inte betraktats som kärnbränsle, men i och med utvecklingen av fjärde generationens kärnkraft har ämnet blivit mer intressant att undersöka.

Marcus Hedberg har även undersökt tillverkning av zirkoniumnitrid. Detta ämne kan användas för att dryga ut bränslet och minska andelen klyvbart material så att bränslet räcker längre.

 

Text: Mats Tiborn


Publicerad: fr 28 okt 2016. Ändrad: fr 04 nov 2016