sou · GSB367d3 · 2005-01-01 00:00:00 — Samma typ av acce- leratordrivet system, som ingick i Energiförstärkaren, kan också användas för transmutation av kärnavfall. Tre större projekt pågår i finansierade av och i samarbete med CEA, . Studierna omfattar fysik och teknologi för ett acceleratordrivet system för transmutation. Studien inleds med acceleratorn till systemet samt av storskalig test av bly/vismut som kylmedel. Man använder en underkritisk SOU 2004:67 Transmutation ett alternativ till slutförvaring. TRIGA reaktor driven av en cyklotronaccelerator för test av kopplingen mellan dessa delar i ett acceleratordrivet system. Ett större experiment (MYRRHA) med ett acceleratordrivet system planeras också i . Liksom i har man påbörjat konstruktionen av en experimentanläggning bestående av en kraftfull accelerator och en underkritisk reaktor med plutoniumbränsle och olika bestrålningszoner med snabba och termiska neutroner. Anläggningen offereras också som sam- arbetsprojekt inom EU. I planeras en kraftfull utbyggnad av kärnkraften till 2020. Planerna omfattar konstruktion av 11 nya reaktorer till 2010 med en total effekt av 10,8 GW och av ytterligare 26 reaktorer till 2020 med en total effekt av 26,2 GW. Som ett resultat av denna utbyggnad kommer kärnkraften i att leverera omkring . Vidare har snabba reaktorer med flytande bly som kylmedel studerats i (och ). Bränsle- cykeln till denna typ av reaktor () är sådan att risken för kärnvapenspridning reduceras, eftersom inget rent plutonium behöver extraheras från det utbrända bränslet innan det återförs till reaktorn. Forskning pågår också på användningen av torium- bränsle i saltsmältereaktorer i samarbete med och . Den omfattande forskningen och utvecklingen som bedrivs i inom kärnteknologiområdet har genererat ett kun- nande om flera typer av reaktorer som är intressanta för trans- mutationsforskningen. Detta har resulterat i ett nära samarbete rörande transmutationsforskningen mellan ryska och väster- ländska forskargrupper både via bilaterala eller multilaterala avtal Transmutation ett alternativ till slutförvaring. och genom en internationell organisation and (). ISTC bildades gemensamt av EU, och efter Sovjet- unionens sammanbrott. Syftet med ISTC är att finansiellt stödja övergången till civil forskning vid de många kärnvapenlabora- torierna i de olika före detta . Detta skedde för att motverka spridningen av kärnvapenkunnande via utflytt- ning av ryska experter från dessa laboratorier till stater med ambition att skaffa sig kärnvapen. Flera länder har givit sitt eko- nomiska stöd till ISTC-verksamheten. Innan gick med i EU beslöt den svenska om ett nationellt stöd till ISTC, ett stöd som kanaliseras via EU för svensk del. Ett flertal forskningsprojekt gällande separation och transmu- tation av använt kärnbränsle har finansierats av ISTC (SKI 03). Prof. W. Gudowski, Avdelningen för kärn- och reaktorfysik, KTH är ordförande i en till rådgivande grupp om ekonomiskt stöd från EU till projekt gällande forskning på transmutation. Dessa projekt omfattar grundläggande studier inom ett flertal områden väsentliga för utvecklingen av accele- ratordriven transmutation. Som exempel kan nämnas kärnfysika- liska data och program för beräkningar på acceleratordrivna system, utveckling och tillverkning av utrustning för att pro- ducera ett intensivt neutronflöde initierat av acceleratorns jon- , studier av egenskaperna hos saltsmältor för reaktordrift och separation samt byggande av en forskningsanläggning för att studera kopplingen mellan en accelerator och en underkritisk reaktor. De projekt som finansieras via anslag från EU till ISTC har knutits till motsvarande projekt ämnesmässigt sett som drivs inom EU:s ramprogram. Förutom kunskapsutbytet som detta lett till så har också de ryska forskningsgrupperna fått en större kontaktyta västerut, något som tidigare i hög grad saknades. Speciellt kan framhållas ett projekt vid (), Obninsk, som ursprungligen initierades och finansierades av svenska anslag till ISTC och därefter också fick finansiellt stöd från och EU. SOU 2004:67 Transmutation ett alternativ till slutförvaring. gällde konstruktion och tillverkning av en utrustning inne- hållande en bly/vismut-smälta för produktion av ett intensivt neutronflöde med hjälp av jonstrålen från en högenergiaccele- rator. Utrustningen utgör en prototyp till den neutronkälla, som skall driva en underkritisk reaktor i ett acceleratordrivet trans- mutationssystem. Utrustningen stod färdig 2001 och skulle enligt planerna bestrålas vid högenergiacceleratorn vid Los i . Av kostnadsskäl fick be- strålningen uppskjutas . Utrustningen befinner sig i ett nystartat laboratorium för bly/vismut smältor vid , där den användes för undervisning och forskning. Det nationella programmet finansieras av Departementet för atomenergi (Ministry for Atomic Energy, MINATOM) och omfattar studier av transmutation med såväl kritiska som acce- leratordrivna underkritiska blykylda snabba reaktorer. Studierna baseras på erfarenheter från blykylda ubåtsreaktorer. Sedan ett flertal år bedrivs ett forskningsprogram gällande transmutation i . Programmet som är relativt ambitiöst grundar sig bl.a. på att har svårigheter att inom landets gränser finna en lämplig plats för ett geologiskt slutförvar. En reducering av kärnavfallsmängderna skulle minska detta problem. Forskningsprogrammet inriktar sig på transmutation av an- vänt kärnbränsle med användning av en saltsmältereaktor, acce- leratordriven eller inte. Som tidigare nämnts löses, i denna typ av reaktor, bränslet (det använda kärnbränslet) upp i kylmedlet som är en saltsmälta. Bränslet avses pumpas kontinuerligt i en rörslinga genom ett separationssteg, där redan transmuterat material skiljs av och resten går tillbaks i reaktorn. Forskningen bedrivs i nära samarbete med flera ryska laboratorier. Transmutation ett alternativ till slutförvaring. , energiminister, informerade vid kärn- energitoppmötet i om planerna på en ny typ av amerikansk kärnreaktor som skall tas i drift 2010. Initiativet tas gemensamt av () och den privata elkraftsindustrin. Vidare startades ett program för forskning och utveck- ling av framtida reaktorer för kärnenergi (Initiative, ). Programmet har i huvudsak följande målsättningar och inriktningar: Reaktorerna och bränslecykeln skall utformas så att sprid- ning av kärnvapen motverkas Bilaterala avtal om samarbete har slutits med , , och . Förhandlingar om samarbete pågår med och . US leder också ett internationellt forum för utveckling av den fjärde generationens kärnreaktorer (, GEN-IV) där man lägger stor vikt vid att optimera icke-spridningsaspekter, driftsäkerhet, ekonomi, miljöaspekter m.m. Deltagande länder är förutom , Stor- , , , , , , , och . Arbetet går ut på att visa på 6 8 lovande reaktorteknologier och att presentera forsknings- och utvecklingsbehov i syfte att kunna bygga GEN-IV reak- torsystem . publicerade en rapport som visar behovet av teknologisk forskning och utveckling för att stödja den pågående studien av fjärde generationens reaktorer (03). SOU 2004:67 Transmutation ett alternativ till slutförvaring. Reaktorutvecklingen t.o.m. den planerade fjärde gene- rationen av reaktorer. tillkännagav också att Laboratory (INEEL) kommer att etableras som ledande centrum för kärn- energiforskning och -utveckling. har beslutat att det geologiska förvaret av kärnavfall i skall byggas. Förvaret ligger inom testområdet för kärnvapen i och beräknas tas i drift 2010. Det kommer att nätt och jämt rymma de avfallsmängder som då finns i . Ett sätt att slippa söka nya platser för fler förvar och därmed problemen med att få allmänhetens acceptans av dessa nya förvar kan vara att radikalt minska avfallsmängderna via separation och transmutation. Transmutation ett alternativ till slutförvaring. Härigenom skulle räcka som enda avfallsförvar . Mot denna bakgrund anmodade kongressen energi- ministerium (, ) 1999 att presentera en beskrivning av de teknologiska möjligheterna och kostnader- na för att använda ett acceleratordrivet transmutationssystem för att minska mängden civilt reaktoravfall. Rapporten presenterades för kongressen (02). Rapporten rekom- menderar följande faser på vägen mot utveckling och tillämpning av den acceleratordrivna transmutationstekniken: Faser med statligt stöd: FoU (2000 2008) Uppföljning av FoU (2008 2027) Demonstration (2000 2027) Privatisering av första anläggningen (2023 2097) Privatisering av ett flertal anläggningar (2027 2111) Som ett resultat av DOE:s rapport beviljade kongressen pengar till för ett program om grundläggande forskning på ett acceleratordrivet system för transmutation av civilt kärnavfall. Forskningen inom programmet har engagerat nationella labora- torier, universitet och privata industrier. Den omfattar bl.a. forskning på olika kärnbränslen, separationsteknik, kylmedel och material. Ett nytt program (Spent Fuel Pyroprocessing and Trans- mutation) startades av 2002 med en budget på M$ 77, som fokuserar på utveckling av teknik för separation med pyrokemi och transmutation av minoritetsaktiniderna. Forskningen inom detta program bedrivs huvudsakligen vid National Laboratory. För ansöker om M$ 63 till ett program Advanced Fuel Cycle Initiative som är en fortsättning på det tidigare programmet Spent Fuel Pyroprocessing and Transmu- tation. Programmet syftar till att utveckla teknologier för att SOU 2004:67 Transmutation ett alternativ till slutförvaring. reducera mängden och radiotoxiciteten hos utbränt reaktor- bränsle och att minska den långsiktiga risken för spridning av plutonium. Programmet är i samklang med pro- grammet för utveckling av fjärde generationens kärnreaktorer. Forskning på separation och transmutation startades vid Los bekostad av interna medel. Forskningen inriktades på acceleratordrivna sys- tem med saltsmältor (beryllium- och litiumfluorider) där saltsmältan fungerar som kylmedel i vilket avfallsbränslet är löst. En vidareutveckling av denna typ av system erbjuder upp- hovsmannen till detsamma, . Bowman, från sitt privata företag corp., sedan laboratoriet övergett konceptet som huvudalternativ för transmutation. Laboratoriet fick istället uppdrag av att utveckla en acceleratorbaserad anläggning för produktion av tritium. Inom detta projekt, som också är nedlagt, utvecklades en injektor till en mycket kraftfull accele- rator. Injektorn är den del av en sådan accelerator som bereder de största teknologiska problemen. Forskning kring denna injek- tor, på strålskador i material och på bly/vismut-smältor utgör laboratoriets bidrag till DOE:s program på transmutation. National Laboratory har inom DOE:s program ansvar för utveckling av pyrokemi för separation av transuraner och klyvningsprodukter. Vidare ingår ett program för utveckling av bränsle till ett acceleratorbaserat transmutationssystem vad beträffar såväl tillverkning som olika tester av bränslet. Transmutation ett alternativ till slutförvaring. En termisk, eller rättare sagt nära termisk, reaktor har före- slagits av en grupp vid General för förbränning i ett steg av den högaktiva delen av det använda kärnbränslet. Endast uran separeras från det använda kärnbränslet. Reaktorn är kyld med heliumgas och har en neutronenergimoderator av grafit (Modular Helium Reactor, MHR). Bränslet utgörs av små kulor (TRISO-kulor) där en mindre mängd av det använda bränslet omges av en kraftig sfär av ett keramiskt material som tål mycket höga stråldoser. bestrålning beräknas av det använda bränslet vara transmuterat. Kulorna lämpar sig väl för en därpå följande geologisk deponering. Det japanska parlamentet har tagit ett beslut att det använda kärnbränslet med eller utan föregående transmutation skall placeras i ett geologiskt förvar, som skall stå färdigt för användning mellan . pågår omfattande forskning på separation och transmutation av använt kärnbränsle för att kunna dra nytta av de energi- och material- mässigt intressanta innehållet i det använda bränslet (Jeju 02). I startades ett program för att utveckla teknik och metoder för optimal användning av använt kärnbränsle kärn- avfall (Options Making Extra Gains from Actinides and fission products, OMEGA). Första fasen av programmet, som syftade till att utvärdera olika koncept och bedriva forskning och utveckling på nyckelteknologier, är avslutad. Fas två av det långsiktiga forskningsprogrammet avser separation och transmutation och skall slutrapporteras . Arbetet inom denna fas av programmet omfattar teknisk forskning och demonstration av några nyckelteknologier för transmutation. Vidare har anslag beviljats (M$ 1800) för att bygga en kraftfull accelerator (Proton Accelerator SOU 2004:67 Transmutation ett alternativ till slutförvaring. Research Complex, J-PARC ) i samarbete med i . Acceleratorn skall användas för universitetsanknuten grundläggande kärnfysikalisk forskning och för forskning på transmutation. För den senare forskningen byggs två experi- mentutrustningar vid acceleratorn, den ena för strålskadestudier på material och den andra för studier av kopplingen mellan en accelerator och en underkritisk reaktor. Acceleratoranläggningen beräknas tas i drift . Under fas två av OMEGA satsas också på forskning och utveckling av separationsteknik både med vattenkemi och genom pyroprocesser. har 16 kärnkraftreaktorer i drift med en kapacitet på 12,9 GWe och fyra under uppförande. Fram till slutet av 2001 hade använt kärnbränsle ackumulerats. Tre olika sätt att ta hand om det använda bränslet studeras och tills vidare mellanlagras detta i anslutning till reaktoranlägg- ningarna. De tre metoderna som studeras är direkt deponering i ett geologiskt förvar, förbränning av avfallet i en tungvatten- reaktor av kanadensisk typ (CANDU-reaktor) samt separation och transmutation. Separationen görs med användning av pyroprocesser och följs av förbränning i en snabb reaktor eller i ett acceleratordrivet system. för atomenergi (, KAERI) bygger en storskalig testanläggning för acceleratordriven transmutation (Hybrid Extraction Reactor, HYPER) (Jeju 02). Den under- kritiska reaktorn kommer att få en effekt på 1000 MWth, och är den mest kraftfulla testanläggningen i världen för accelerator- driven transmutation. Fas två av HYPER projektet skall enligt planerna avslutas och omfattar test av nyckelteknologier, analys av acceleratorreaktor integrerade system och utveckling och test av beräkningsprogram. Fas tre av projektet, som skall leda fram till slutgiltiga konstruktionsritningar för HYPER Transmutation ett alternativ till slutförvaring. systemet, skall pågå 2007. Anläggningen skall enligt planerna producera både snabba neutroner för trans- mutation av transuraner och termiska neutroner för trans- mutation av fissionsprodukter. Parallellt med konstruktion och bygge av HYPER sker forskning och utveckling av pyropro- cesser för separation av de långlivade radioaktiva ämnena i det använda kärnbränslet. President deklarerade vid i att tillräckligt med elkraft måste produceras globalt för att erbjuda mänskligheten en uthållig utveckling. Kärnkraft har en roll i detta sammanhang framhöll han, men en lösning måste ges på problemet med kärnvapenspridning som är förknippad med denna kraftkälla. Som ett resultat av detta utspel initierade i (, ) ett program i syfte dels att utveckla kärnkraftsteknik som inte kräver eller producerar vapenmaterial och dels att studera teknologier för att förbränna (transmutera) långlivat använt kärnbränsle. Programmet (INPRO) startades och har 16 medlemmar från 14 olika länder och inter- nationella organisationer. deltar inte i detta program. För övrigt arrangerar ett flertal internationella forsk- ningsprogram (Programmes [CRP:s]), specialistmöten och en databas för forskning med anknytning till acceleratordriven transmutation. 8.4.6OECD (/) Två kommittéer inom /(Nuclear Development och Nuclear Science kommittéerna) har tillsammans med startat ett antal tekniska och strategiska studier gällande separation och transmutation. Bl.a. har en expertgrupp SOU 2004:67 Transmutation ett alternativ till slutförvaring. bestående av 37 experter från 15 medlemsländer publicerat en jämförande studie mellan acceleratordrivna system och snabba reaktorer för transmutation (02). /arrangerar i samarbete med och EU en serie möten om separation och transmutation av aktinider och klyvningsprodukter (Meetings on Actinide and Partitioning and Transmutation). Det sjunde mötet i serien hölls den 14 på Jeju i (Jeju 02). 8.4.7Svensk medverkan i den internationella forskningen Den svenska forskningsinsatsen på separation och transmutation grundar sig på det intresse som forskargrupper vid (), () och visat forskningsområdet (SKI 03). Forskargruppernas ämnesinriktningar kompletterar varandra så att en relativt god täckning erhållits av de teknik- områden som är aktuella för separation och transmutation. Inriktningen på forskningen vid CTH är kärnkemi, vid KTH reaktorfysik och vid grundläggande kärn- fysikaliska data. Forskningen på transmutation har också med- fört att ett ökat antal forskarstuderande har lockats till den kärntekniska utbildningen. En forskargrupp från Los (), presenterade vid ett symposium i ett koncept på acceleratordriven transmutation av kärnavfall, som kom att utgöra startskottet för den svenska forskningen på området. svarade sedan positivt på en förfrågan från samma forskargrupp vid LANL om kunde stå som värd för ett specialistmöte om transmutation (KAS 92). Till mötet, som anordnades i av dåvarande i samarbete med LANL, inbjöds speciellt forskare, förutom från och , också från . Man enades vid detta möte att stödja och vägleda ryska forskar- Transmutation ett alternativ till slutförvaring. grupper som har en unik kompetens inom flera forsknings- områden av relevans för transmutationsforskningen i deras ansökningar om ekonomiskt stöd för denna typ av forskning till det då nyuppsatta centrum International Science and Tech- nology Centre (ISTC) i (se avsnitt 8.4.2). Detta ledde till att nämnda forskargrupper från CTH, KTH och kom att engagera sig i flera ryska projekt om trans- mutation där några specificeras under beskrivningen nedan av pågående forskning vid respektive högskola. Ett finansiellt stöd, främst för resor, utgick till högskolegrupperna under åren 1996- 2002 från () för att sköta och rapportera om kontakten med de ryska grupperna (SKI 03). Forskargrupperna vid CTH, KTH och har samverkat informellt. Sålunda sökte grupperingen ekono- miskt stöd från för att bilda ett svenskt centrum för transmutationsforskning. Ansökan av- slogs efter en längre tids behandling. Grupperna arrangerade gemensamt den andra internationella konferensen om accelera- tordriven transmutationsforskning i med 217 del- tagare från 23 länder och fyra internationella organisationer (96). Tidigt engagerade sig grupperna från CTH, KTH och i separations- och transmutationsforskningen inom EU:s ramprogram. () och Svenskt Kärntekniskt Centrum, KTH stöder också transmuta- tionsforskning vid nämnda högskolegrupper med ett årligt belopp av (SKB 04). Dessa stödjande organ framhåller som motiv för det ekonomiska stödet till trans- mutationsforskningen dels kunskapsuppbyggnaden för att kunna bevaka utländsk forskning och dels sidoeffekten att utbilda kva- lificerade kärntekniker till svenska myndigheter och kärnkraft- industrin. SKB bevakar speciellt svensk medverkan i separations- och transmutationsprojekt inom EU:s ramprogram och också i ISTC-projekt med samma forskningsinriktning. SOU 2004:67 Transmutation ett alternativ till slutförvaring. Avdelningen för kärnkemi deltar i ett EU-projekt (PARTNEW) inom femte ramprogrammet. Bidraget från avdelningen är främst att utveckla vattenkemiska metoder att separera de tyngsta transuranerna, americium (Am) och curium (Cm) från det hög- aktiva avfallet. Separationen sker i steg där först Am/Cm sepa- reras tillsammans med en grundämnesgrupp kallad lantaniderna. I ett andra steg separeras Am/Cm från lantaniderna för vilken process CTH -gruppen har studerat olika extraktionskemikalier med målsättningen att också minimera avfallsströmmarna. Man har också med stöd från SKB studerat möjligheterna att separera transuranen neptunium och de långlivade klyvningsprodukterna teknetium och jod i anslutning till den process (PUREX) som används vid de kommersiella separationsanläggningarna i Frank- rike och för separation av plutonium från använt kärn- bränsle. () beslöt 2001 att sätta upp ett centrum (CEKERT) för utbildning och forskning på kärn- energiteknologi omfattande avdelningarna för kärn- och reaktor- fysik, reaktorteknologi, reaktorsäkerhet och kärnkemi. Inom avdelningen för kärn- och reaktorfysik tillsattes 2001 en pro- fessur i reaktorfysik med transmutation. Innehavare av profes- suren är W. Gudowski. Prof. Gudowski har och har haft ett stort antal förtroendeuppdrag knutna till den internationella transmu- tationsforskningen. Han har anlitats som rådgivare i forsknings- frågor av (), Commissariat à lÉnergie Atomique (CEA), , Russian (), , (), , European Commission (EU), , (), m.fl. Transmutation ett alternativ till slutförvaring. En uppmärksammad fråga SOU 2004:67 Vid avdelningen för kärn- och reaktorfysik bedrivs flera forsk- ningsprojekt inom EU:s femte ramprogram och med ekono- miskt stöd från SKB och Svenskt Kärntekniskt Centrum. Avdelningen leder ett EU-projekt (CONFIRM) att utveckla och bestråla bränsle för transmutation av transuraner. Bestrål- ningen skall ske i R2-reaktorn i Studsvik. Strålskadestudier på speciella stålsorter bedrivs inom EU projekten . Tillsammans med Avdelningen för reaktorsäkerhet del- tar också Avdelningen för kärn- och reaktorfysik i de preliminära studierna inom ett EU-projekt (PDS-XADS) avseende ett acceleratordrivet system. En provkrets för flytande bly/vismut har också byggts vid avdelningen för kärnkraftsäkerhet för forskning i anslutning till ett EU-projekt () Som nämnts under avsnitt 8.4.1 EU finansierade projekt är W. Gudowski koordinator för ett projekt inom sjätte ram- programmet som syftar till att utvärdera inverkan av nya tekno- logier, speciellt transmutation, på geologiska förvar både vad beträffar ekonomi och radiologiska aspekter. Projektet (Impact of Partitioning, Transmutation and nologies on the Final Nuclear ) rymmer 20 part- ners från ledande organisationer och forskningsinstitutioner i . Icke tekniska faktorer och icke tekniska frågeställningar kommer också att behandlas inom projektet liksom förmedling av resultat till allmänheten. Aspekterna på allvarliga olyckor i transmutationsanläggningar har studerats i samarbete med EURATOM:s forskningscentrum i Ispra, och i , . Avdelningen för kärn- och reaktorfysik deltar också i ett antal ryska projekt där den ryska forskningsinsatsen finansieras av International Science and (), . Speciellt har avdelningen engagerat sig i det tidigare omnämnda projektet vid (), Obninsk, som gällde konstruktion och tillverkning av en prototyp till en intensiv neutronkälla för drift av en underkritisk reaktor i ett acceleratordrivet transmutations- system (beskrivet under rubriken i avsnitt 8.4.1) SOU 2004:67 Transmutation ett alternativ till slutförvaring. Prof. Gudowski är ordförande i experimentkommittén och svenska forskare är inbjudna att deltaga i forskningsarbetet med utrustningen. Bland övriga ISTC projekt som avdelningen för kärn- och reaktorfysik deltar i kan nämnas experimentella studier av salt- smältereaktorer i ett acceleratordrivet system för transmutation av civilt radioaktivt kärnavfall och militärt plutonium vid (), Snezhinks, Tjelja- binsk-regionen. Vidare pågår konstruktion av ett underkritiskt system drivet av en accelerator för studium av kopplingen mellan dessa två komponenter i ett acceleratordrivet transmutations- system vid (), Dubna. Därutöver deltar Avdelningen också i projekt i syfte att bygga upp och testa databas och beräkningsprogram för transmutation samt i studier av materialfrågor i samband med transmutation.