Upparbetning

Från Wikipedia
Hoppa till: navigering, sök

Upparbetning är en process som omvandlar använt bränsle från kärnkraftverk, så att det kan användas igen som bränsle, exempelvis MOX,[1] i kärnkraftverk eller för att skaffa sig ett mer lätthanterligt radioaktivt avfall. Processen är en del i kärnbränslecykeln och eftersom den kan drivas så, att produkten passar för att ladda kärnvapen, är upparbetning underkastad särskild internationell kontroll.

Historik[redigera | redigera wikitext]

[2]

De första storskaliga kärnreaktorerna byggdes under andra världskriget. Dessa reaktorer hade utformats för produktion av plutonium för användning i kärnvapen. Den enda upparbetning som krävdes för detta var utvinning av plutonium (utan förorening av klyvningsprodukter) från det använda uranbränslet. År 1943 hade flera metoder föreslagits för separering av den relativt lilla mängden plutonium från uranet och fissionsprodukterna. Den första metoden som valdes var en fällningsprocess kallas vismutfosfatprocessen, som hade utvecklats och testats vid Oak Ridge National Laboratory (ORNL) mellan 1943 och 1945 för att producera plutonium för utvärdering och användning i USA:s vapenprogram. ORNL producerade den första makroskopiska mängden (gram) av separerat plutonium med dessa processer.

Vismutfosfatprocessen drevs först i stor skala i Hanfordanläggningen, under senare delen av 1944. Det var framgångsrikt för plutoniumseparation i den akuta situation som då rådde, men den hade en betydande svaghet, nämligen oförmågan att återvinna uran.

Den första lyckade extraktionsprocessen med lösningsmedel för återvinning av rent uran och plutonium utvecklades vid ORNL 1949. PUREX-processen är den nuvarande metoden för extraktion. Separationsanläggningar konstruerades också vid Savannah River Site och en mindre anläggning i West Valley upparbetningsanläggningen som stängdes 1972 på grund av dess oförmåga att möta nya lagkrav.

Upparbetning av civilt bränsle har länge bedrivits vid COGEMA La Hague-anläggningen i Frankrike, Sellafield i Storbritannien, Majak i Ryssland, och på platser som Tokaianläggningen i Japan, Tarapuranläggningen i Indien, och en kort tid på West Valley upparbetningsanläggningen i USA.

I oktober 1976 ledde oron för kärnvapenspridning (särskilt efter Indien visade sig ha kärnvapenkapacitet med hjälp av upparbetningsteknik) president Gerald Ford att utfärda ett presidentdirektiv om att på obestämd tid skjuta upp den kommersiella upparbetningen och återvinningen av plutonium i USA. Den 7 april 1977 förbjöd president Jimmy Carter upparbetning av använt kärnbränsle från kommersiella reaktorer. Nyckelfrågan för denna politik var det allvarliga hotet av kärnvapenspridning genom avledning av plutonium från den civila bränslecykeln, och att uppmuntra andra länder att följa USA ledningen. Därefter var det endast länder som redan hade stora investeringar i upparbetningsanläggningar som fortsatte att upparbeta använt kärnbränsle. President Reagan lyfte förbudet 1981, men gav inte de betydande bidrag som skulle ha behövts för att starta kommersiell upparbetning.

I mars 1999 ändrade US Department of Energy (DOE) sin politik och tecknade ett avtal med ett konsortium av Duke Energy, COGEMA och Stone & Webster (DCS) för att utforma och driva en blandad oxid (MOX) bränsle tillverkningsanläggning. Iordningställande vid Savannah River Site (South Carolina) började i oktober 2005. Under 2011 rapporterade New York Times "... 11 år efter att regeringen tilldelats ett byggkontrakt, kostnaden för projektet har stigit till nästan 5 miljarder USD. Den stora betong- och stålstruktur är halvfärdig, och regeringen har ännu inte hittat några kunder, trots erbjudanden om lukrativa subventioner." TVA (för närvarande den mest sannolika kunden) beslutade i april 2011 att senarelägga ett beslut tills det klarlagts hur MOX-bränsle utfört sig i kärnkraftsolyckan i Fukushima Daiichi.

Motivation[redigera | redigera wikitext]

Upparbetning av kärnbränsle använder kemiska förfaranden för att skilja användbara komponenter från klyvningsprodukter och annat radioaktivt avfall. På så sätt återvinns återstående uran och nyskapat plutonium i använt kärnbränsle från kärnreaktorer. Upparbetning tjänar flera syften, vars relativa betydelse har förändrats över tiden. Ursprungligen användes upparbetning enbart för att utvinna plutonium för att tillverka kärnvapen. Med kommersialiseringen av kärnkraften kan upparbetat plutonium material återföras som MOX-bränsle för termiska reaktorer. MOX kan höja energiutbytet med omkring 12% och i viss mån reducera plutoniumlagren.

Upparbetat uran, som utgör huvuddelen av använt bränslematerial, kan i princip också återanvändas som bränsle, men det är bara ekonomiskt, när priset på uran är högt. Slutligen kan bridreaktorer utnyttja inte bara återvunnet plutonium och uran ur använt bränsle, utan även andra aktinider. Därmed slutes kärnbränslecykeln och energiinnehållet ur naturligt uran mångfaldigas tentativt med mer än 60 gånger[3]. Kärnbränsleupparbetning minskar också volymen av högaktivt kärnavfall och dess radiotoxicitet) och medger att kärnavfallets komponenter kan hanteras separat och destrueras eller lagras.

Trots de energi- och avfallshanteringsfördelar som kärnbränsleupparbetning medför, har denna varit politiskt kontroversiell på grund av risken för att bidra till kärnvapenspridning, den potentiella sårbarheten för nukleär terrorism, och på grund av dess höga kostnad jämfört med engångs, icke återföring.

Upparbetningsprocesser[redigera | redigera wikitext]

Den kemiska processen PUREX (Plutonium och UranRaffinering med Extraktion) är den för närvarande dominerande metoden för att separera plutonium och uran att beakta andra mindre mängder aktinider och fissionsprodukter genom vätske-vätske-extraktion. Av andra metoder som är under utveckling kan nämnas: processer i vattenlösning (Urex, TRUEX, DIAMEX, Sanex, UNEX Thorex, GANEX) och smältmetallurgiska processer.

Lägen för befintliga och nedlagda upparbetningsanläggningar[redigera | redigera wikitext]

Land Upparbetningsläge Bränsletyp Process Upparbetning
kapacitet Uran ton/år
Tillstånd
eller driftperiod
Belgien Belgien Mol LWR, MTR (Materialtest reaktor) 80[4] 1966-1974[4]
Kina Kina intermediate pilot plant[5] 60-100 1968-tidigt 1970-tal
Kina Kina Plant 404[6] 50 2004
Tyskland Tyskland Karlsruhe, WAK LWR[7] 35[4] 1971-1990[4]
Frankrike Frankrike Marcoule, UP 1 Militär 1,200[4] 1958[4]-1997[8]
Frankrike Frankrike Marcoule, CEA APM FBR PUREX DIAMEX SANEX[9] 6[7] 1988–idag [7]
Frankrike Frankrike La Hague, UP 2 LWR[7] PUREX[10] 900[4] 1967-1974[4]
Frankrike Frankrike La Hague, UP 2-400 LWR[7] PUREX[10] 400[4] 1976-1990[4]
Frankrike Frankrike La Hague, UP 2-800 LWR PUREX[10] 800[4] 1990[4]
Frankrike Frankrike La Hague, UP 3 LWR PUREX[10] 800[4] 1990[4]
Storbritannien UK Windscale Magnox 1,000[4] 1956-1962[4]
Storbritannien UK Sellafield, B205 Magnox[7] PUREX 1,500[4] 1964[4]
Storbritannien UK Dounreay FBR[7] 8[4] 1980[4]
Storbritannien UK THORP LWR PUREX 1,200[4] 1990[4]
Italien Italien Rotondella Torium 5[4] 1968[4] (stängning)
Indien Indien Trombay Militär PUREX[11] 60[4] 1965[4]
Indien Indien Tarapur PHWR 100[4] 1982[4]
Indien Indien Kalpakkam FBR 100[12] 1998[12]
Indien Indien Tarapur PHWR 100[13] 2011[13]
Japan Japan Tokaimura LWR[14] 210[4] 1977[4]
Japan Japan Rokkasho LWR[7] 800[4] 2005[4]
Pakistan Pakistan New Labs, Rawalpindi Militär/Plutonium/Torium 80[15] 1982–idag
Pakistan Pakistan Khushab Nuclear Complex, Atomic City of Pakistan HWR/Militär/Tritium 22 kg [16] 1986–idag
Ryssland Ryssland Mayak Plant B Militär 400 1948-196?[17]
Ryssland Ryssland Mayak Plant BB, RT-1 LWR[7] PUREX + Np separation[18] 400[4] 1978[4]
Ryssland Ryssland Zjeleznogorsk (Krasnojarsk-26), RT-2 VVER 1,500[4] under byggnad
USA USA, NY West Valley LWR[7] 300[4] 1966-1972[4]

I Sverige fanns på 1960-talet planer på att bygga en upparbetningsanläggning i Sannäs, inom ramen för det svenska kärnvapenprogrammet [19].

Noter och referenser[redigera | redigera wikitext]

  1. ^ Mixed Oxide Fuel (MOX) - World Nuclear Association
  2. ^ https://en.wikipedia.org/w/index.php?title=Nuclear_reprocessing&oldid=712538265
  3. ^ ”Supply of Uranium”. World Nuclear Association. http://world-nuclear.org/info/inf75.html. Läst 1 april 2011. 
  4. ^ [a b c d e f g h i j k l m n o p q r s t u v w x y z aa ab ac ad ae af ag ah ai aj ak] ”Reprocessing plants, world-wide”. European Nuclear Society. http://www.euronuclear.org/info/encyclopedia/r/reprocessing-plants-ww.htm. Läst 29 mars 2011. 
  5. ^ http://www.princeton.edu/sgs/publications/sgs/pdf/11_1Wright.pdf
  6. ^ http://allthingsnuclear.org/post/2702753168/china-and-reprocessing-separating-fact-from-fiction
  7. ^ [a b c d e f g h i j] ”Civil Reprocessing Facilities” (PDF). Princeton University. http://www.princeton.edu/~ota/disk1/1995/9530/953007.PDF. Läst 30 juli 2010. 
  8. ^ ”Marcoule - Valrho”. Global Security. http://www.globalsecurity.org/wmd/world/france/marcoule.htm. Läst 30 juli 2010. 
  9. ^ Dominique Warin (24 november 2006). ”http://www.jstage.jst.go.jp/article/jnst/44/3/410/_pdf”. JSTage. http://www.jstage.jst.go.jp/article/jnst/44/3/410/_pdf. Läst 10 augusti 2010. 
  10. ^ [a b c d] ”BASSE-NORMANDIE- LOWER NORMANDY, La Hague”. France Nucleaire. http://www.francenuc.org/en_sites/lnorm_hague_e.htm. Läst 31 juli 2010. 
  11. ^ ”CIRUS and DHRUVA Reactors, Trombay”. Global Security. http://www.globalsecurity.org/wmd/world/india/kalpakkam.htm. Läst 30 juli 2010. 
  12. ^ [a b] ”Kalpakkam Atomic Reprocessing Plant [KARP”]. Global Security. http://www.globalsecurity.org/wmd/world/india/kalpakkam.htm. Läst 30 juli 2010. 
  13. ^ [a b] PM to dedicate Tarapur nuke reprocessing unit next week
  14. ^ ”Tokai Reprocessing Plant (TRP)”. Global Security. http://www.globalsecurity.org/wmd/world/japan/tokai.htm. Läst 30 juli 2010. 
  15. ^ ”Rawalpindi / Nilhore”. Federation of American Scientists. http://www.fas.org/nuke/guide/pakistan/facility/rawalpindi.htm. Läst 21 mars 2011. 
  16. ^ ”Pakistan's Indigenous Nuclear Reactor Starts Up," Islamabad The Nation, April 13, 1998”. http://www.fas.org/nuke/guide/pakistan/facility/khushab.htm. Läst 21 mars 2011. 
  17. ^ ”Chelyabinsk-65”. Global Security. http://www.globalsecurity.org/wmd/world/russia/chelyabinsk-65_nuc.htm. Läst 29 juli 2010. 
  18. ^ S. Guardini et al. (16 juni 2003). ”Modernization and Enhancement of NMAC at the Mayak RT-1 Plant” (PDF). INMM. https://archive.ugent.be/retrieve/1480/Mayak+inmm+paper(3)+-+SG-BH-JW-GJM.pdf. Läst 9 augusti 2010. 
  19. ^ Jonter, Thomas (2002). ”Kärnvapenforskning i Sverige - Samarbetet mellan civil och militär forskning 1947-72”. SKI Rapporter 02 (19): sid. 22. ISSN 1104-1374. http://www.stralsakerhetsmyndigheten.se/Global/Publikationer/SKI_import/030325/1b06b826bdf7a3dcb097967794859f6e/02-19.pdf. Läst 24 september 2015. 

Externa länkar[redigera | redigera wikitext]