Dette er en meningsytring. Meningene er skribentens egne.

(Les Del 1 her.)

Spørsmålet om hva man skal gjøre med kjerneavfall, har vært et hett politisk tema i flere tiår. Det er en av de største hindringene for en bred, offentlig aksept av teknologien. I prinsippet kan man resirkulere atomavfall og få mye mer energi ut av det, men det er vanskelig. Dette er den andre artikkelen i en serie om fremtidens kjernekraft-teknologi.

For at resirkulering av brukt kjernebrensel skal fungere i industriell skala, trengs det tre ulike typer anlegg. Man må kunne lage spaltbart materiale av dagens brukte kjernebrensel, man trenger fabrikker som kan lage nytt brensel av det resirkulerte materialet og til slutt trenger man reaktorer som kan bruke det nye brenselet. I den første artikkelen i denne serien konstaterte vi at forskningen på reaktorer er kommet langt. I denne andre artikkelen ser vi på resirkulering. På dette området finnes det teknologi som fungerer, men det er uklart om teknologien kan bygges i stor, industriell skala til en rimelig pris.

Naturlovene er uforanderlige. Dette er en sannhet mange politikere ser ut til å ha vanskelig for å akseptere ...

Uranspalting produserer høyradioaktive grunnstoffer som veier omtrent halvparten av uranet. Disse grunnstoffene egner seg ikke til videre strømproduksjon. Dagens kjernekraftverk produserer også grunnstoffer som er tyngre enn uran, der plutonium er det vanligste.

Plutonium finnes i mange forskjellige former. De fire vanligste i brukt kjernebrensel er plutonium 239, 240, 241 og 242. Tallet angir hvor tung atomkjernen er i forhold til det letteste grunnstoffet, hydrogen. Av helt spesielle, kjernefysiske årsaker deles de oddetall-formede plutonium-kjernene, 239 og 241, godt i dagens kjernekraftverk, mens de partall-formede, 240 og 242, ikke deles i nevneverdig grad.

Plutonium finnes ikke i naturen, men skapes i kjernekraftverk, enten man liker det eller ikke. Naturlovene er uforanderlige (en sannhet mange politikere ser ut til å ha vanskelig for å akseptere ...). Det finnes bare noen få prosent plutonium i brukt kjernebrensel etter at det er fjernet etter vanligvis ca. fem år i en atomreaktor. Det er ikke mulig å ta brukt brensel, uten at den er viderebehandlet, og sette den tilbake i en reaktor, fordi mange stoffer som dannes når uran spaltes, bremser ny deling.

For å resirkulere plutonium i dagens reaktortype er det derfor nødvendig å rense plutoniumet fra brukt kjernebrensel ved hjelp av kjemiske metoder og deretter blande det med uran. Nå dukker det opp et vanskelig problem. 18 av de tyngste grunnstoffene vi kjenner til, har svært lik struktur når det gjelder elektronene på overflaten av atomene. Det gjør at de reagerer på nesten samme måte i kjemiske reaksjoner. Dette gjør det vanskelig å skille dem fra hverandre ved hjelp av kjemiske metoder. Siden det første grunnstoffet i denne serien er aktinium, kalles disse grunnstoffene ofte aktinider.

I midten av det periodiske system finnes det en tilsvarende serie med nesten identiske grunnstoffer med mye lettere atomkjerner. Disse kalles sjeldne jordartsmetaller. Dette krever en forklaring. Egentlig er ikke disse metallene veldig sjeldne som helhet, men det er sjeldent at de forekommer i ren form.

Fordi de er så kjemisk like, har de en tendens til å blande seg i berggrunnen. Flere av disse sjeldne jordartene er viktige i energisektoren, særlig neodym, som blant annet brukes i magneter i vindturbiner.

Det er aldri vært bygget et kommersielt anlegg for utvinning av plutonium i industriell skala.

Det er ikke uvanlig at sjeldne jordarter og aktinider finnes i samme malm, fordi de er så kjemisk like. Dette gjør det vanskelig å utvinne sjeldne jordarter. Den forrige regjeringen i Sverige innførte et forbud mot uranutvinning i landet, og dette omfattet også uran som biprodukt fra en annen gruvedrift. Fordi uran og sjeldne jordarter lett blandes kjemisk, er det ikke uvanlig at forekomster av sjeldne jordarter også inneholder utvinnbare mengder uran. Slik loven er utformet, legger den hindringer for utvinning av metallene som vi trenger for den grønne omstillingen. Dette er ironisk, fordi loven ble vedtatt for å gjøre livet vanskelig for kjernekraft av partier som hevdet å være for det grønne skiftet i Sverige.

Tilbake til problemet med å rense plutonium fra brukt kjernebrensel. Det finnes metoder som fungerer, men de er kompliserte og dyre, og i tillegg bruker de alt annet enn rene stoffer. Det trengs sterke syrer for å løse opp det brukte brenselet. Ulempen med de høye radioaktivitets-nivåene er at de bryter opp de molekylene man ønsker å bruke. Det kan likevel gjøres, men det krever fjernstyrte anlegg fordi det brukte brenselet er for radioaktivt til at det kan være mennesker i nærheten.

Frankrike er det landet som har gjort den mest målbevisste innsatsen for å resirkulere plutonium for gjenbruk i dagens reaktorer. Som en tommelfingerregel kan brukt brensel fra ni reaktorer gi plutonium til én av dagens reaktorer. Vi kan med andre ord få ut omtrent ti prosent mer energi. Det er ikke dårlig, men det er ikke noe som endrer situasjonen radikalt. Hvorfor brukes det da så mye penger på gjenvinning av plutonium?

Det er to svar på dette spørsmålet. For det første er det militære grunner. For det andre er det potensialet for radikalt mer effektive teknologier i fremtiden. La oss begynne med den militære siden av den enkle grunn at den har vært den viktigste og første drivkraften i utviklingen av teknologien.

Les mer

Kjernekraft har helt siden starten vært forbundet med atomvåpen. Oppdagelsen av at uranatomkjerner kan splittes og frigjøre enorme mengder energi, falt sammen med utbruddet av andre verdenskrig. Det ble snart klart at denne energien kunne brukes til militære formål, til kjernevåpen eller til sivil kjernekraftproduksjon. Da andre verdenskrig raste, var nesten all fokus på militæret. Dette førte til at to bomber ble sluppet over Japan i 1945.

Så snart krigen var over, begynte utviklingen av sivil kjernekraft. De første kjernekraftverkene i tilnærmet industriell skala ble satt i drift på midten av 1950-tallet i tre land: USA, Sovjetunionen og Storbritannia. Alle tre hevder å ha bygd det første kjernekraftverket. Alle tre kan si at de har rett, avhengig av hvordan man definerer et kjernekraftverk.

På den tiden var det ikke noe skarpt skille mellom militær og sivil anvendelse. Det viktigste var å bygge opp kompetanse innen den nye teknologien. Det nødvendige utstyret  var stort sett det samme, enten målet var å produsere bomber eller å bygge kjernekraftverk. Tidsånden var preget av en nærmest ukuelig fremskrittsoptimisme med Walt Disneys film "Our Friend the Atom" som et talende eksempel.

Når det gjelder atomvåpen, er det to alternativer, uran med høy renhetsgrad og plutonium. Uran med høy renhetsgrad produseres ikke i reaktorer, mens plutonium produseres ved å omdanne uran i en reaktor. Plutoniumet må deretter renses. Dette gjøres ved hjelp av kjemiske metoder. Den første atombomben som ble sluppet over Hiroshima i Japan, brukte uran med høy renhetsgrad som sprengstoff. Den andre, over Nagasaki tre dager senere, brukte plutonium som sprengstoff.

Kjemien for å rense plutonium med sikte på å bygge atombomber ble altså utviklet allerede under andre verdenskrig. Det er i utgangspunktet den samme teknologien som brukes for å rense plutonium til bruk som brensel i kjernekraftverk. Verken plutoniumet eller kjemikaliene som brukes i prosessen, vet hva plutoniumet skal brukes til.

For at leseren ikke skal tro at det er mulig å lage atomvåpen av brukt brensel fra sivile, svenske kjernekraftverk, bør det nevnes at selv om kjemien for å produsere plutonium er lik i den sivile og militære verden, er reaktorene som produserer plutoniumet, bygget og drevet på forskjellige måter. Plutoniumet som produseres i de sivile kjernekraftverkene i Sverige, inneholder en blanding av ulike typer plutonium-kjerner som ikke egner seg til kjernevåpen.

Den kjemiske teknologien for å utvinne plutonium har riktignok vært utviklet siden andre verdenskrig. Fordi den ble utviklet for militære formål, er det vanskelig å vite hva det ville kostet å gjøre det kun for sivil gjenvinning. Det er aldri blitt bygget noe anlegg for gjenvinning av plutonium i industriell skala på kommersielle vilkår i et liberalisert elektrisitets-marked. Alle observatører er enige om at teknologien er dyr og vanskelig, og det er vanskelig å anslå hva det ville kostet å masseprodusere slike anlegg utelukkende for å gjenvinne plutonium til energiproduksjon.

Som vi allerede har vært inne på, kan man hente ut rundt ti prosent ekstra energi ved å gjenvinne plutoniumet i dagens kjernekraftverk. Grunnen til at det opp gjennom historien har blitt investert i mye forskning innen denne teknologien, er ikke disse ekstra ti prosentene, men drømmen om en hundre ganger større energi-tilgjengelighet. Dette krever imidlertid andre typer reaktorer.

I forrige artikkel i denne serien beskrev vi de viktigste reaktortypene som kreves for effektiv forbrenning av plutonium. Slike reaktorer øker naturressursene av uran med en faktor på hundre(!). Dagens kjernekraft bruker den letteste urantypen, uran-235, som utgjør 0,7 prosent av all naturlig uran. Med andre reaktortyper der det tyngre uranet. uran-238, omdannes til plutonium i samme takt som plutoniumet spaltes, kan uran-238 også brukes til strømproduksjon.

Det er over hundre ganger mer uran-238 enn uran-235. Hvis man kunne utvikle en noenlunde billig og velfungerende teknologi for å bruke uran-238 som bærebjelke i elektrisitetsproduksjonen, ville det åpne for uante muligheter. For eksempel ville det vært mulig å erstatte all fossil elektrisitetsproduksjon i verden uten å åpne nye urangruver på svært lang tid. Bare det brukte svenske kjernebrenselet som i dag er lagret i et underjordisk basseng i Oskarshamn i påvente av innkapsling og sluttdeponering dypt nede i bakken, vil kunne produsere all den elektrisitet Sverige trenger i mer enn tusen år fremover.

Det mangler ikke på store visjoner på dette området. De praktiske problemene som hindrer oss i for alvor å løse verdens energiforsyning med resirkulert kjernebrensel, vil bli tatt opp i neste artikkel i denne serien.

Jan Blomgren. Professor i anvendt kjernefysikk, forfatter og kommentator

Kontakt skribenten: [email protected]