Slutförvar av kärnbränsleSå bromsas plutoniumläckage
I ett doktorsarbete på Chalmers har Mattias Olsson undersökt hur plutonium beter sig när det kommer i kontakt med mineralytor. Plutonium bildas under driften av en kärnreaktor, och om en skada uppstår i slutförvar av kärnbränsle i berggrunden skulle plutonium kunna läcka ut. Fastnar det då på ytor, begränsas spridningen.
De bränsleelement som används i ett kärnkraftverk är mycket mer radioaktiva efter att de har använts än när de är nya. För att förvara det använda bränslet så att det inte skadar människa och miljö, ska ett slutförvar för använt kärnbränsle byggas i Sverige. Huvudalternativet för konstruktionen kallas KBS-3, där KBS står för kärnbränslesäkerhet, och utvecklas av industriägda Svensk Kärnbränslehantering AB, SKB. Enligt detta alternativ ska bränslet i slutförvaret förvaras i kopparkapslar 500 m ned i urberget. Förvaret ska hålla det använda bränslet isolerat under minst den tid som krävs för att radioaktiviteten ska klinga av. Det rör sig om tiotusentals år.
Ett av de ämnen som bidrar mest till radioaktiviteten på lång sikt är plutonium. Därför är det intressant att veta hur plutonium beter sig om en skada uppstår i slutförvaret. Plutonium skulle då kunna lösa sig i grundvattnet och kanske också spridas med vattnet bort från slutförvaret.
I sin doktorsavhandling beskriver Mattias Olsson hur några olika former av löst plutonium kan fastna på ytor. Runt slutförvaret finns det gott om ytor i form av berg. När plutonium fastnar på en yta bromsas spridningen genom berget. Hur väl ett ämne fastnar beror till exempel på vilken kemisk form det har (hur oxiderat det är), på omgivningens pH, på halten av ämnet och på ytans beskaffenhet.
Plutonium är det enda grundämne som kan finnas i lösning i fyra olika mycket oxiderade former (oxidationstal) samtidigt. Det gör det svårt att hantera lösningar av plutonium med bara en form utan att de andra också bildas. Dessutom kan plutonium bilda en polymer som kan bli mycket svår att lösa upp med tiden.
– Andra oxidationsformer av plutonium har undersökts tidigare, men detta verkar vara den första experimentella undersökning som gjorts och publicerats av hur den minst oxiderade formen av plutonium i lösning fastnar på ytor. Eftersom förhållandena i ett slutförvar kommer vara reducerande, är den här formen av plutonium intressant att undersöka, säger Mattias Olsson.
En teoretisk modell har dessutom använts för att beskriva en del av resultaten med hjälp av kemiska jämviktsekvationer.
– De ytor som undersökts hittills är enkla och rena metalloxider. I fortsatta undersökningar är det intressant att till exempel blanda olika typer av ytor. Då kommer man lite närmare den mer komplicerade verkligheten. Urberg består inte bara av en enkel metalloxid, fortsätter Mattias Olsson
Avhandlingen ”Sorption and Surface Complexation of Plutonium” försvaras vid en offentlig disputation den 14 januari 2005 kl 10.30 i sal KB, Kemigården 4, Chalmers, Göteborg.
Plutonium är både radioaktivt, giftigt och dessvärre användbart i destruktiva sammanhang. Därför finns det särskilda säkerhetsbestämmelser, som till exempel icke-spridningsavtalet, att ta hänsyn till när man handskas med ämnet. Chalmers har tillstånd och laboratorier som har specialanpassats för den här typen av arbete på ett sätt som är unikt för universitet och högskolor i norra Europa.
Kontaktinformation
Mer information
Mattias Olsson, Kemi- och bioteknik, Kärnkemi, Chalmers, Göteborg,
tel 031-772 2928,
e-post: mo@chem.chalmers.se
