Separation av ämnen i kärnkraftsavfall
Lagringstiden för långlivade ämnen i kärnkraftsavfall kan förkortas genom omvandling till andra ämnen, så kallad transmutation. För att kunna göra detta måste ämnena först separeras. I sin färska doktorsavhandling har Sofie Andersson tittat närmare på vad som händer kemiskt i delar av separationsprocessen.
Det finns idag flera tekniskt möjliga alternativ för att ta hand om radioaktivt avfall. Antingen kan det grävas ner i ett geologiskt förvar och lämnas där i minst 100 000 år, eller kan användbara ämnen i avfallet tas tillvara genom upparbetning. Då separeras uran och plutonium från andra tunga ämnen, till exempel americium och curium.
Sedan kan det kvarvarande plutoniumet och uranet återanvändas i kommersiella reaktorer. Övriga långlivade ämnen kan bestrålas med neutroner och omvandlas, transmuteras, till stabila eller kortlivade ämnen. Genom denna process förkortas halveringstiden och lagringstiderna kan minska till mindre än 1 000 år.
Sverige har inga upparbetningsanläggningar. Här har politikerna istället valt lösningen att hela avfallet ska slutförvaras i berggrunden. Men forskning om processer för separation och transmutation pågår. Sofie Anderssons arbete har utförts inom ramen för ett stort EU-projekt om separation och transmutation där elva länder och 24 laboratorier deltar.
– Det finns de som inte tror på en framtid för transmutation, men jag anser att det tekniskt skulle kunna fungera. Politiskt och ekonomiskt krävs det dock internationella beslut. Frankrike står inför ett beslut i frågan om kärnavfallshantering 2006. Vilken väg de väljer kommer förmodligen att ha stor betydelse även för övriga Europa, säger hon.
Enligt Sofie Andersson är en fördel med att återanvända plutonium och uran att den inneboende energin i kärnbränslet utnyttjas mer effektivt, samt att miljöpåverkan vid urangruvorna dessutom minskar.
Separationen av de olika ämnena i det använda kärnbränslet kan göras med olika tekniker. En är vätske-vätskeextraktion i vilken två faser – en organisk (olje-) och en vattenfas – används. Man börjar med att lösa upp metallerna från avfallet i en sur vattenlösning. Särskilda molekyler (extraktanter) används för att transportera ämnen från vattenfasen till den organiska fasen. Extraktanterna är selektiva och kan därför effektivt skilja olika ämnen från varandra. Det är viktigt att veta mer om hur transporten fungerar och vilka faktorer som påverkar effektiviteten i separationen.
I Sofie Anderssons avhandling studeras ett särskilt vätske-vätskeextraktionssystem som är baserat på kväveinnehållande extraktanter. Det här systemet kan också användas för att studera reaktioner mellan tungmetalljoner, alltså ämnena man vill separera, och andra joner. Metalljonerna som har studerats är aktinider och lantanider, vilka har väldigt lika kemiska egenskaper.
Berkelium, som är tyngre än curium, bildas i små mängder i kärnkraftsprocessen och finns inte naturligt i vår omgivning. Få svenska forskare har hittills sysslat med detta ämnes kemi. Sofie Andersson har som en del av sin avhandling studerat berkelium vid Lawrence Berkeley National Laboratory i Berkeley, USA.
Arbetet har utförts inom det tidigare EU-projektet PARTNEW och det nuvarande EUROPART.
Avhandlingen heter ”Extraction Properties of some Nitrogen-Containing Extractants and Determination of Nitrate Complex Formation for Lanthanides and Selected Actinides Using Solvent Extraction” och försvarades vid en offentlig disputation på Chalmers under våren 2005.
Kontaktinformation
Mer information:
Sofie Andersson, Avdelningen för kärnkemi, Institutionen för kemi- och bioteknik, Chalmers.
Tel: 031-772 29 15
E-post: sofiea@chalmers.se
