Visa fråga/svar

 

Energi, Materiens innersta-Atomer-Kärnor [1351]

Fråga:
Berätta om transmutation av kärnavfall!
/Veckans fråga

Ursprunglig fråga:
Jag läser om kärnkraft, och jag tycker att transmutation av radioaktivt avfall verkar vara något bra. Vad är problemen? Varför kan man inte omvandla det instabila uranet till tex. bly och få ut energi? Var kan jag läsa mer om forskning på transmutationer? /Nanna
/Nanna T, Umeå

Svar:
Detta är ett ganska tekniskt ämne, men vi skall försöka förklara det så enkelt som möjligt.

För att förstå bakgrunden till transmutation är det nyttigt att titta på de problem som finns med kärnenergin som vi utnyttjar den nu:

  • Den ger upphov till långlivat radioaktivt avfall som är besvärligt att bli av med på ett säkert sätt.

  • Kärnkraftreaktorer kan haverera och ge upphov till allvarliga skadeverkningar. Orsaken till detta är att man måste samla mycket (många ton) klyvbart uran i en liten volym för att kedjereaktionen skall kunna underhållas. Detta ger upphov till två problem:
    1. Reaktorn kan om man förlorar kontrollen bli "överkritisk" (varje generation neutroner från fissionsprocessen producerar fler neutroner som ger upphov till fission) och rusa iväg. I de flesta reaktorer som finns i dag så upphör denna "rusning" dock av sig själv, men reaktorn kan förstöras.
    2. Även om fissionsprocessen upphör (vilket den gör om en reaktor havererar), så måste man fortsätta att kyla bränslet under flera timmar. Om man inte gör det får man vad man kallar en härdsmälta. Har man otur så kan det radioaktiva materialet i härden komma ut i omgivningen. Olyckan i Three-Mile-Island var en härdsmälta, men den kraftiga inneslutningen, som finns i de flesta moderna reaktorer, höll, och ingen radioaktivitet kom ut i omgivningen.
Det grundläggande säkerhetsproblemet med våra nuvarande reaktorer är allså att de måste innehålla mycket uran. Om man försökte göra en mindre reaktor, så skulle alltför många neutroner läcka ut ur reaktorn, och vi kan inte vidmakthålla kedjereaktionen.

Idén med transmutation är att man tillför extra neutroner utifrån. Dessa produceras genom att man låter en stråle med protoner från en partikelaccelerator träffa ett strålmål och producera neutroner genom s.k. spallation (sönderdelning - man slår alltså i princip sönder atomkärnorna i sina beståndsdelar neutroner och protoner, se Spallation#Nuclear_spallation ). Reaktorn placeras nära strålmålet, och de extra neutronerna medför att vi kan underhålla en kedjereaktion med mindre mängd uran i reaktorn - reaktorn är "underkritisk", vilket innebär att så snart vi stänger av acceleratorn (det kan vi alltid göra - det är bara att dra ur "sladden"), så har vi ett snällt hanterbart system, som inte kan ge upphov till en härdsmälta.

En annan fördel är att vi kan "förbränna" (transmutera) allt radioaktivt material, och vi kan på så sätt bli av med avfallet.

En tredje fördel är att vi kan använda thorium som bränsle. Det finns mycket mer thorium än uran (speciellt eftersom vanliga reaktorer bara använder mindre är 1% av uranet - isotopen U-235), varför vi har en i praktiken outtömlig energikälla som dessutom är säker och inte ger upphov till radioaktivt avfall.

Figuren nedan visar principen för ett system för transmutation som även producerar elektricitet.

Detta låter nästan för bra för att vara sant! Vi löser alla problem med den nuvarande kärnkraften och får en outtömlig energikälla! Det finns emellertid olösta (med antagligen inte olösliga) problem:

  • Idén är ganska ny, och det krävs ett långt och dyrt utvecklingsarbete för att realisera den.
  • Man måste kunna utföra en kemisk separation av olika grundämnen i bränslet: de stabila och kortlivade ämnena kan slutförvaras, medan långlivade radioaktiva ämnen måste föras tillbaka till transmutationsreaktorn.
  • Bara ett till synes enkelt problem som att göra ett strålmål som tål en mycket intensiv bestrålning med protoner är inget trivialt. Man arbetar nu med ganska komplicerade system med en blandning av bly/vismut i flytande form.
  • I Sverige har vi ytterligare ett problem: utveckling av ett transmutationssystem är olagligt enligt den beryktade "tankeförbudsparagrafen":
    Paragraf sex i lagen om kärnteknisk verksamhet lyder: Ingen får utarbeta konstruktionsritningar, beräkna kostnader, beställa utrustning eller vidta andra sådana förberedande åtgärder i syfte att inom landet uppföra en kärnreaktor. Gemenligen kallad "Lex Birgitta Dahl" - oåterkallerlig.
    Riksdagen måste ändra denna lag innan verkligt utvecklingsarbete kan komma igång i Sverige. (Tillägg: Lagen är numera avskaffad)
Numera bedrivs forskning om transmutation i ganska stora projekt i flera länder. Än så länge får man nog betrakta dessa som "förstudier".

Ämnet är relativt nytt och det mesta som finns skrivet är på engelska och ganska tekniskt. Länken, som uppdateras kontinuerligt, ger en lista på de websites vi hittat.
/Peter Ekström

Nyckelord: kärnenergi [18]; kärnkraftsavfall [11]; transmutation av kärnavfall [2]; fission [15];

1 http://www.pixe.lth.se/links/search.asp?class2=%267%3B&sForm=true

*

 

 

Frågelådan innehåller 7203 frågor med svar.
Senaste ändringen i databasen gjordes 2017-11-19 11:33:22.


sök | söktips | Veckans fråga | alla 'Veckans fråga' | ämnen | dokumentation | ställ en fråga
till diskussionsfora

 

Creative Commons License

Denna sida från NRCF är licensierad under Creative Commons:
Erkännande-Ickekommersiell-Inga bearbetningar
.