sou · GSB367d2 · 2005-01-01 00:00:00 — Det är också viktigt att förklara krypegen- skaperna hos svetsar, både för elektronstrålesvets och FSW- svets, vilka har mycket olika krypegenskaper jämfört med grund- materialet på grund av deras mycket varierande kornstorlek, vilken spelar en viktig roll vid krypning. När krypdata för alla kapselmaterial är tillgängliga, är det möjligt att göra en Finite Element Modellering (FEM) av deformationen i hela kapseln. Kopparkapslar tillverkning, förslutning, beständighet Kapseldesignen är redan specificerad med preciserad mått- angivelse och designprinciperna kan anses vara goda. Flexibilitet måste dock bibehållas vid val av slutliga tillverkningsmetoder, som t.ex. locksvetsning. Tillverkning i full skala är troligen enklare med extrudering och dornpressning jämfört med rull- formning och längssvetsning, vilka orsakar större restspänningar i kapseln. Vid val av den slutliga tillverkningsmetoden bör inte endast ekonomiska faktorer utan också exempelvis kapselns långtidsegenskaper beaktas. De ovannämnda metoderna är kända inom stålindustrin i stor skala, men har inte tidigare använts för kopparprodukter. Följaktligen förväntas att ett mycket litet antal företag behärskar dessa tekniker i stor skala för koppar. Insatsen, som är av nodulärt gjutjärn, har ännu inte visat acceptabla mekaniska egenskaper och därför måste gjutnings- processen analyseras och bättre kontrolleras eller så måste någon annan typ av gjutjärn användas. Gjutdefekter måste analyseras noggrannare. Gjutsimulering kan vara ett stöd vid planering av förbättringar i gjutprocesser och för design av olika insats- former. Också noggrannare specificering av gjutningsprocessen (downhill eller uphill) och krav på insatsen behövs. Båda svetsmetoderna, elektronstrålesvetsning och FSW, är potentiellt acceptabla för svetsning av kopparkapslar av hög kvalitet. Båda metoderna, i synnerhet FSW, bör utvecklas ytter- ligare. Elektronstrålesvetsning är känd för stålprodukter i stor skala och FSW har tillämpats tidigare för tjocka aluminium- strukturer. FSW är en helt ny teknik och den har aldrig använts för svetsning av koppar. Dessa metoder bör stu- deras vidare eftersom båda metoderna kan behövas speciellt när reparationer kommer i fråga. Under alla omständigheter måste en mycket djupgående förståelse, angående de mekanismer som orsakar svetsdefekter, byggas upp och planering av svetsrepa- rationer måste inledas i ett tidigt skede. För detta fordras olika OFP-metoder för att detektera defekter och verifiera kapslarnas kvalitet. Det är också mycket viktigt att inga makrodefekter, Kopparkapslar tillverkning, förslutning, beständighet som snabbt kan genombryta kapseln, uppkommer vid tillverk- ningen. Man måste noggrant följa utvecklingen av nya OFP- metoder och bestämma deras begränsningar för olika defekter (Stepinski et al., 2004). Mer forskningsarbete inriktat på kopparkapslarnas långtids- egenskaper vid olika tillverkningsmetoder och förhållanden erfordras för bättre prediktering av framtida scenarier. Mera korrosionsforskning behövs, speciellt med inriktning på spän- ningskorrosion och mikrobiell korrosion av kopparkapseln; i ett första skede under laboratorieförhållanden men även i ett längre perspektiv och om möjligt också i själva förvaret in situ. För att garantera tillförlitligheten under hela kapseltillverk- ningen och slutförvarsperioden måste acceptanskriterier för kapselns alla delar, inklusive svetsar, utvecklas. Dessa kriterier bör beakta materialegenskaper och defekter, både ytdefekter och defekter inne i materialet, i såväl kopparhöljet som i gjutjärns- insatsen. Sammantaget måste konsekvensanalyser göras för att förutsäga möjliga förlopp när kapseln inte uppfyller de upp- ställda kriterierna. Det är också viktigt att acceptanskriterier kan verifieras med OFP-metoder och att ett kvalitetssystem för kapseltillverkningen formuleras. FUD-program 2001, Program för forskning, utveckling och demonstration av metoder för hantering och slutförvaring av kärnavfall. TKS-2003, of the Olkiluoto and Plants: Programme for Research, Development and Technical Design for 2004 2006. , Development of for Copper Canisters with Cast Inserts. Status Report in 2001. Technical Report TR-02-07, SKB, . Kopparkapslar tillverkning, förslutning, beständighet , U. Ronnetag, Electron Beam Welding of Copper Lids, Status Report up to . R-03-25, SKB. , , , Fabrication of Containment Canisters for Nuclear by Friction Stir Welding. Symposium on Friction Stir Welding, Thousand Oaks, CA, , 1999. , , , B.G.I. Dance, M.J. , A Comparison of Copper Canister Fabrication by Electron Beam and Friction Stir Processes. Symposium of Friction Stir Welding, , , 2000. L. , R.E. , A Weld Lasts for 100,000 Years: FSW of Copper Canisters. Symposium on Friction Stir Welding, , , , 2003. R. , H. , P. Jauhiainen, H. , Narrow Gap Arc Welding Experiments of Thick Copper Sections. Posiva 2003-09, October 2003. Bowyer, Defects Which Might Occur in the According to their Likely Effect on Canister Integrity. SKI Report 00:21, 2000. F. King, L. Ahonen, C. Taxen, U. Vuorinen, L. , Copper Corrosion under Expected Conditions in a Deep Geologic Repository. Posiva 2002-01, January 2002. Shoesmith, Fuel Corrosion Processes under . J. of Nuclear Materials 282(2000)1-31. K-F , M. Buström, Pressure Test of KBS-3 Canister Mock-up. European Commission, DG-JRC, , NSU/KN/04.01.02. T.Stepinski (editor) et al., Inspection of Copper Canisters for Spent Nuclear Fuel by Means of Ultrasound, NDE of Friction Stir Welds, Nonlinear Acoustics, Ultrasonic Imaging. Technical Report TR-04-03, January 2004. 7Ett försök till jämförbar klassificering av radioaktivt avfall och farligt kemiskt avfall Samhällets värdering och klassificering av risker sker på olika sätt för olika verksamheter. Det innebär att de risker vi människor utsätts för är svåra att jämföra och den sammanlagda risksituationen svår att bedöma. Från samhällets synpunkt är det önskvärt med så likartade bedömningar som möjligt. Detta bidrag beskriver ett försök att jämföra risker med radioaktivt avfall och farligt kemiskt avfall. Avfall är material som anses ha för lågt värde för att motivera ytterligare användning och som därför måste tas om hand på annat sätt. Avfallet utgör därmed en ekonomisk belastning för verksamheten eller för samhället. Det kan dock inte uteslutas att avfallet kan ha ett värde i någon annan verksamhet än den där det produceras eller i en framtida verksamhet. Avfall, som innehåller toxiska (giftiga) substanser, antingen de är radionuklider (radio- aktiva ämnen) eller giftiga kemikalier, skapas av många mänskliga verksamheter. Sådant avfall kan uppstå som en följd av ökad till- gänglighet och koncentrering av naturliga substanser och mate- rial (gruvverksamhet, oljeutvinning, uranbrytning), industriell verksamhet (smältverk, metallindustri, kemisk industri, läke- medelsindustri), jordbruk (ogräsgifter, växtskyddsmedel) eller i hushållen (batterier, brandvarnare, elektronik, mediciner). Många av de ur avfallssynpunkt viktigaste radioaktiva ämnena är tungmetaller och har kemiska egenskaper som liknar de hos andra icke-radioaktiva (stabila) tungmetaller. De är icke-flyktiga och mindre lösliga i vatten än flera andra föroreningar. Ett försök till jämförbar klassificering av radioaktivt också viktigt att komma ihåg att radioaktiva ämnen med lång fysikalisk halveringstid kan vara mer giftiga kemiskt än strål- ningsmässigt. Detta gäller t.ex. naturligt uran i människan och troligtvis också radioaktiv jod, 129I, i jord. Till skillnad från organiska föroreningar – och i likhet med metaller – kan radionuklider inte förstöras eller brytas ner. Där- för bygger omhändertagandet av avfallet på tekniker som separa- tion, koncentration, volymreduktion, fixering och isolering. Radionuklider har den fördelen framför stabila tungmetaller att mängden av ett radioaktivt ämne reduceras genom det radio- aktiva sönderfallet, även om det i en del fall går mycket långsamt. har man kommit att se på olika sätt på radioaktivt och kemiskt avfall. Klassificeringssystem och regel- verk hänger starkt samman med källan till avfallet. De skilda synsätten har t.ex. inneburit att allmänheten ofta bedömer radioaktivt avfall som farligt medan det bland planerare finns en schablonbild av att säkerhetsmarginalerna är mycket stora då det gäller radioaktiva ämnen. Likartade riskbaserade klassificeringssystem och regelverk för radioaktiva ämnen och kemiskt giftiga substanser skulle förenkla miljökonsekvens- bedömningar och göra dessa mer rättvisa. Både av miljö- mässiga och ekonomiska skäl skulle samhället tjäna på en sam- syn/samordning och så likartade bedömningar som möjligt. Detta skulle också vidga perspektiven i diskussionen om slut- förvaret för använt kärnbränsle och aktualisera behovet av liknande förvar för tungmetaller, som t.ex. kvicksilver (SOU, 2001). 7.2Förslag till jämförbar klassificering av radioaktivt och kemiskt avfall (NCRP, 2002) i har föreslagit ett system för att klassificera alla typer av avfall som innehåller toxiska substanser, antingen de är radio- aktiva eller har en kemisk toxicitet. Detta kapitel beskriver för- Ett försök till jämförbar klassificering av radioaktivt slaget och diskuterar det i skenet av nuvarande system som skiljer sig åt när det gäller radioaktiva ämnen och giftiga kemi- kalier. Det föreslagna systemet är principiellt intressant eftersom det ger förutsättningar för de ovan efterlysta likartade bedöm- ningarna av olika typer av avfall. I förekommer begränsade aktiviteter inom området inom /och inom EU:s 5:e ramprogram (). Det av NCRP föreslagna systemet är användbart för varje slags avfall som innehåller radio- nuklider, farliga kemikalier eller en blandning av dessa, har en klassificering, som grundas på bedömning av de hälso- risker för befolkningen som uppkommer till följd av avfallet, har en undantagsklass för sådant avfall som innebär en så låg risk att det kan hanteras som ofarligt avfall. Systemet omfattar 3 avfallsklasser: 1.Avfall med hög farlighet 2.Avfall med låg farlighet Systemet bygger på följande principer: Linjärt dos-effekt samband utan tröskelvärde för cancer- framkallande substanser och med tröskelvärde för icke- cancerframkallande Termen dos ges en likartad mening. betyder olika saker för radioaktiva ämnen och farliga kemikalier. För strålning och radioaktiva ämnen betyder dos absorberad dos (oftast medelabsorberad dos i hela det angivna organet eller vävnaden) eller effektiv dos. Från sådana dosuppgifter kan den biologiska effekten bedömas. för giftiga kemikalier (liksom för läkemedel) syftar på intagen mängd substans. Ett försök till jämförbar klassificering av radioaktivt Ett enhetligt riskbegrepp. De risksiffror som använts för joniserande strålning och radioaktiva ämnen syftar på antalet döda i cancer (under resten av livet) medan man för kemiskt cancerogena ämnen vanligtvis anger antalet inträffa- de cancerfall (incidensen). Sättet att uppskatta hälsorisker skiljer sig också för radio- nuklider och farliga kemikalier genom den olika grad av försiktighet som man lägger in i de antagna sannolikheterna för oönskade hälsoeffekter per dosenhet och genom att man tar hänsyn till olika antal riskorgan i kroppen. Man antar ett antal exponeringsscenarier vid uppskattning av den risk som allmänheten löper (exponeringssituationer som kan användas vid varje avfallsförvar). 7.3Beteckning på risker för individer För joniserande strålning gör man ofta följande bedömningar av riskerna Oacceptabla risker, som måste reduceras oberoende av kost- nad eller andra förhållanden. Denna bedömning görs om den av strålningen orsakade extra risken att dö i cancer under resten av livet är större än en acceptabel nivå (ofta ett värde i intervallet 0,1 0,001 eller större eller med andra ord mellan och eller större; var i intervallet man lägger sig beror på exponeringssituationen). Acceptabla risker (risker under oacceptabla nivåer samt ALARA as low as reasonably achievable). Risker precis under oacceptabla nivåer betraktas som nätt och jämt acceptabla och bör reduceras avsevärt med hjälp av ALARA principen Försumbara risker bedöms så låga att ytterligare ansträng- ningar att reducera risken (enligt ALARA) inte är berätti- gade. Utgörs vanligtvis av 0,0001 0,000001 (0,01 ) eller lägre extra dödlig cancerrisk under resten av livet. Ett försök till jämförbar klassificering av radioaktivt Det vi kallar acceptabla risker eller doser av giftiga kemi- kalier motsvarar vad som kallas försumbara för radionuklider, medan acceptabla risker eller doser för radionuklider kan ligga väl över försumbara nivåer förutsatt att de är ALARA. För farliga kemikalier, betyder oacceptabel väsentligen detsamma som icke försumbar. För radionuklider syftar oacceptabel på doser och risker som ligger klart över försumbara nivåer som inte kan tolereras under normala förhållanden. Skillnader i tolkningen av acceptabel och oacceptabel risk (dos) för radionuklider och farliga kemikalier Tolkning för vådliga kemikalier Riskerna ligger över försumbara reduceras vad det än kostar. måste övervägas, men krävs bara i lämplig utsträckning. Risker under oacceptabla nivåer Riskerna är försumbara. ligare reducering av riskerna Risker för radioaktiva ämnen anses som oacceptabla även om de ligger under oacceptabla nivåer, men inte är ALARA. Denna tolkningsskillnad mellan giftiga kemikalier och radioaktiva ämnen i bedömning av risker orsakar stora svårigheter för beslutsfattare och allmänhet och för de som skall informera nämnda grupper. Ett försök till jämförbar klassificering av radioaktivt 7.4Föreslaget riskindex för avfallsklassificering (NCRP) Med risk avses generellt sannolikheten för en skada kombi- nerad med graden av skadans allvarlighet (t.ex. död, förkortad livslängd, nedsatt njur-, lever- eller sköldkörtelfunktion). När det gäller avfall anger NCRP risk, som sannolikheten att det händer något med en individ eller som frekvensen av händelser i en befolkningsgrupp. För att uppskatta detta behöver man 1.Sannolikheten för händelser som resulterar i utsläpp 2.Sannolikheten att individen eller befolkningsgruppen expo- neras för utsläppet 3.Sannolikheten att exponeringen ger en skada Risken från ett förvar/en deponi skulle kunna uttryckas som ett dimensionslöst riskindex (RI). Riskindexet för den i:te farliga substansen (Ri) definieras som den risk som uppkommer från deponering av den aktuella substansen relativt en bestämd tillåtlig risk för ett antaget avfallssystem. (risk på grund av deponeringen) (tillåtlig risk) Fi är en modifierande faktor för substans i och kan bero på avfallsanläggningens utformning, avfallets förpackning, osäker- het i riskbedömningen m.m. För varje substans där risken kan antas proportionell mot dosen (substansmängd/aktivitetsmängd) utan tröskelvärde, kan RIi skrivas: (dos på grund av deponeringen) (tillåtlig dos) Ett försök till jämförbar klassificering av radioaktivt Skillnaden i betydelsen av dos för radionuklider och kemikalier är ointressant så länge samma betydelse används för en given substans i täljare och nämnare. Om vi antar att riskerna från en enskild källa är additiva krävs att summan av alla bidrag får inte överstiga den tillåtliga dosen (eller tillåtliga risken). Att addera riskerna för icke-cancerogena substanser kräver givetvis försiktighet med tanke på att dos-effekt sambanden där inte behöver vara linjära och att man inte kan utesluta sam- verkande (multiplikativa) faktorer mellan olika kemiska substan- ser. Fördelen med det föreslagna riskindexet är att alla toxiska substanser behandlas på ett likartat sätt. NCRP föreslår att alla typer av avfall delas in i tre klasser. I Avfall som undantas från regelverket För icke-cancerogena giftiga kemikalier rekommenderar NCRP att en försumbar dos ska definieras som en liten andel (t.ex. ) av ett visst tröskelvärde för deterministiska (förutsägbara) effekter i människor. För radionuklider rekommenderas att en årlig effektiv dos på 0,01 mSv skall betraktas som en försumbar individdos. Den motsvarar en uppskattad livstidsrisk att dö i cancer på omkring 4*10-5 (0,) för en antagen exponerings- tid (per Sv). Denna dos är också den som Ett försök till jämförbar klassificering av radioaktivt SOU 2004:67 använder för att definiera en undantagsklass för radioaktivt avfall. Vad som menas med försumbara risker eller doser för radio- nuklider och kemiska carcinogener skulle också kunna diskuteras i relation till risker man inte kan undvika från den naturligt förekommande bakgrundsstrålningen (1 mSv/år). Eftersom livs- tidsrisken från exponering för naturlig bakgrundsstrålning och naturlig förekomst av kemiska cancerframkallande ämnen är , skulle en försumbar risk kunna sättas till en liten del av denna medelbakgrundsrisk (t.ex. av ). En sådan försumbar risk skulle då bli mindre än variationen i bakgrundsrisk som på olika orter följer av skillnader i levnads- vanor. Låg-riskavfall kan deponeras i en särskild marknära anläggning för farligt avfall. Gränsvärde för koncentrationer av farliga substanser skall kunna härledas genom att risken eller dosen för en oavsiktlig inträngling inte bör överskrida acceptabla (nätt och jämt tolererbara) nivåer. Acceptabla (nätt och jämt tolererbara) risker eller doser För icke-cancerogena giftiga kemikalier bör en acceptabel dos sättas vid ett tröskelvärde för deterministisk effekt i människa eller strax under tröskelvärdet (t.ex. med en faktor 2 eller 3) om en ytterligare säkerhetsmarginal önskas. För radionuklider är gränsvärdet för årlig effektiv dos till individer bland allmänheten 1 mSv, vilket motsvarar en upp- skattad risk att dö i cancer under resten av livet på omkring 4x10-3 eller (för en antagen exponeringstid av ). Detta kan jämföras med risken att dö i cancer av andra skäl än strålning som är eller drygt en person av fem. Ett försök till jämförbar klassificering av radioaktivt Acceptabla risker eller doser kan, som ovan, också relateras till den oundvikliga risken från naturlig bakgrund. Detta avfall kan inte deponeras i marknära anläggningar, utan kräver deponering under markytan. Geologiska förvar är lösningen för det högaktiva radioaktiva avfallet. Denna typ av förvar rekommenderas nu också för kvicksilver (SOU, 2001). Det är möjligt att åtminstone teoretiskt uppskatta risken från låga stråldoser (ICRP, 1991). Det är givetvis nödvändigt att diskutera dessa risker i skenet av de risker som vi utan mycket funderande accepterar i vårt dagliga liv, t.ex. från naturligt före- kommande bakgrundsstrålning. Å andra sidan berättigar ju inte existensen av andra risker en exponering för ytterligare strålning. De risker vi accepterar ger emellertid en ram för att få perspektiv på risken med en ytterligare exponering för strålning från radioaktivt avfall. Ett annat sätt att få perspektiv på vilka stråldoser vi utsätts för är att jämföra risker med radionuklider och kemikalier. Det finns en grundläggande skillnad mellan radioaktiva ämnen (joniseran- de strålning) och kemikalier när det gäller dos-effekt uppskatt- ningar. Effektuppskattningarna när det gäller strålning kan baseras på en uppskattad absorberad dos till organ och vävnader i kroppen. Vidare kan sambandet mellan dos och effekt som er- hållits från studier av exponerade persongrupper eller djur- grupper appliceras på alla radionuklider och de flesta expone- ringssituationer. Man behöver således inte göra separata studier för varje enskild radionuklid såsom krävs för varje enskild kemikalie. När det gäller kemikalier kompliceras bilden av att det finns ca 30 000 substanser, av vilka kanske 20 kan tänkas Ett försök till jämförbar klassificering av radioaktivt orsaka cancer, fosterskador och genetiska effekter (, 2002). För giftiga kemikalier har man alltså ännu inte definierat några storheter som liknar absorberad dos eller ekvivalent dos även om det förekommer mycket arbete på att hitta ett dosmått (och , 2001). Dos-respons sam- band för aktuella giftiga kemikalier måste därför bygga på studier av den individuella substansen. Förutsägbara (deterministiska) effekter En grundläggande princip i skyddsarbetet är att förhindra att förutsägbara (deterministiska) effekter (för strålning: hud- skador, linsgrumling; för kemikalier: njur- och leverskador, neurologiska effekter m.m.) uppkommer såväl till följd av radio- aktiva ämnen som av kemikalier. Såväl för kemikalier som för strålning antas dos-effekt-kurvan ha en tröskel när det gäller deterministiska effekter. För varje substans baseras det antagna tröskelvärdet på data för det mest känsliga organet eller väv- naden. Det finns emellertid viktiga skillnader mellan radioaktiva ämnen och giftiga kemikalier i det sätt dessa tröskelvärden är uppskattade och sedan tillämpas när det gäller skyddsarbetet. När det gäller strålskyddet grundas dosgränser för förutsäg- bara effekter (hudskador, linsgrumling) bara på data från män- niska och sätts normalt till en faktor 10 under de antagna tröskelvärdena. Denna säkerhetsfaktor är avsedd att tillförsäkra att deterministiska effekter utesluts för praktiskt taget alla indi- vider, inklusive de som skulle kunna vara ovanligt känsliga för strålning. När det gäller giftiga kemikalier har man normalt ett ännu mer konservativt (mer troligt att de överskattar än under- skattar risken) betraktelsesätt. Delvis beror detta på att sub- stansernas giftighet bara har studerats i djurförsök. Gränser för acceptabla doser definieras oftast av referensdoser, som vanligtvis härleds från det nedre värdet i osäkerhetsintervallet för de antagna tröskelvärdena på det sätt som de är representerade av de s.k. NOAELS (no observed adverse effect level) eller lägre Ett försök till jämförbar klassificering av radioaktivt konfidensgränser, för den s.k. benchmark-dosen (den dos där av försöksdjuren visar påverkan), genom att lägga på åt- skilliga säkerhets och osäkerhetsfaktorer, oftast på åtminstone en faktor 100 för att få en referensdos. Dessa säkerhetsfaktorer kan vara så höga som 5 000 för några substanser. Referensdoserna för giftiga kemikalier ger således troligtvis oftast en betydligt större säkerhetsmarginal än dosgränserna för strålningsinducerade förutsägbara effekter. Slumpmässiga (stokastiska) effekter Den grundläggande principen för skyddet mot såväl radioaktiva ämnen som giftiga kemikalier är att sannolikheten för slump- mässiga effekter, i första hand cancer, ska begränsas till en för individen och samhället acceptabel nivå, sett mot bakgrund av de fördelar som den aktuella verksamheten genererar. För varje substans som orsakar slumpmässiga effekter, antas generellt när det gäller hälsoeffekter ett linjärt dos-effekt samband utan tröskelvärde. Detta synsätt är väl etablerat inom strålskyddet och vinner allt mer insteg när det gäller att uppskatta cancerrisker från cancerogena kemikalier i vår omgivning (, 1988; och , 1997; Duggan and , 1998; et al, 1999; och , 2001). De angivna sannolikhetsvärdena för radioaktiva ämnen och kemikalier som ger upphov till stokastiska effekter skiljer sig på två viktiga sätt. För det första är dos-effekt sambanden för strålning och tillhörande sannolikhetskoefficienter baserade på bästa tänkbara uppskattningar. Å andra sidan är, när det gäller kemikalier som orsakar stokastiska effekter, motsvarande data oftast avsedda att vara övre gränsvärden (det övre värdet i osäkerhetsintervallet). I djurdata kan ett sådant värde bli 5 till 100 gånger större än bästa uppskattning. För det andra har det primära mätetalet när det gäller slumpmässiga effekter till följd av strålning och radioaktiva ämnen varit andelen döda under resten av livet. Däremot har man när det gäller kemikalier arbetat Ett försök till jämförbar klassificering av radioaktivt med incidensen, dvs. andelen insjuknade eller skadade i en be- folkning till följd av exponering för ett cancerogent ämne, vilket förklaras att man i det senare fallet baserar sin uppskattning på djurförsök. Det finns en annan skillnad mellan strålning och kemikalier.