Kärnämneskontroll och verifiering av kärnbränsle i MYRRHA

Sophie Grape
Sophie Grape. Foto: Camilla Thulin.

Vetenskapsrådet fattade den 31 oktober 2019 beslut om projektbidrag och etableringsbidrag inom ny kärnteknik. Institutionen för fysik och astronomi tilldelas 5 600 000 SEK för perioden 2019-2022 för ett projektbidrag och ett etableringsbidrag.

Projektbeskrivning

Projekttitel: Kärnämneskontroll och verifiering av kärnbränsle i MYRRHA
Huvudsökande: Sophie Grape, avdelningen för tillämpad kärnfysik
Beviljade medel: 2 400 000 SEK för perioden 2019-2020
Finansiär: Projektbidrag inom ny kärnteknik från Vetenskapsrådet

I de analyser som gjorts rörande hur mänskligheten ska kunna klara uppsatta klimatmål har kärnkraften möjlighet att ta en alltmer framträdande roll (se till exempel IPCC ). En rimlig utgångspunkt är att utbyggnad troligen kommer ske främst med den evolutionära teknik som ofta går under benämningen Generation III/III+. Här finns både reaktorer om flera tusen gigawatt termisk effekt, och små modulära reaktorer (SMR) med termiska effekter på några hundra megawatt. I en fortsatt utbyggnad av kärnkraften kan mer revolutionära tekniker blir intressanta. Här finner man koncept som brukar kallas för Generation IV (Gen IV), och som kan göras både stora och småskaliga som SMR. Gen IV-reaktorer är redan i kommersiell användning och har uppvisat goda drifterfarenheter. Dock är det viktigt att understryka att Gen IV är ett system som inte bara inkluderar reaktorer utan även bränsleåtervinning, reaktorövervakningssystem, logistik och nukleär kärnämneskontroll. Flera delsystem kräver betydande utvecklingsarbete och i denna ansökan fokuseras särskilt på kärnämneskontroll.

Inom ramen för den internationella kärnämneskontrollen sker bl.a. kontroll och övervakning av känsligt material för att förhindra dess spridning och missbruk för icke-civila ändamål. En stor del av det material som står under kärnämneskontrollen finns i den sk. kärnbränslecykeln, där använt kärnbränsle utgör en betydande del. Dagens kärnämneskontroll har genom åren anpassats såväl till nuvarande kärnkraftsteknik som nuvarande antal kärntekniska anläggningar. Det inses därför att världssamfundets förmåga att upptäcka otillåten användning i ett scenario där ett stort antal SMR:er av Generation IV-typ utplaceras, eller där omfattande bränslebearbetning införs, kraftigt riskerar att försämras vilket i sin tur skulle innebära ett effektivt hinder för framtida kärnkraftsutbyggnad. Att undanröja sådana hinder utgör det enskilt viktigaste motivet till denna ansökan. MYRRHA-projektet är ett unikt Generation IV-projekt i Europa, med säte i forskningsanläggningen SCK•CEN i Mol, Belgien, där en underkritisk snabbreaktor kyld med flytande bly kopplas samman med en linjäraccelerator för att nå kriticitet. Reaktorn kommer drivas med bränsle innehållandes en (jämfört med dagens lättvattenreaktorer) relativt sett hög andel fissilt material bestående av antingen plutonium eller U-235. Vidare kommer bränslet kräva upparbetning för att reaktorbränsle ska kunna tillverkas och för att separering av avfallsprodukter ska bli möjlig. Både den höga andelen fissilt material, och närvaron av upparbetning gör MYRRHA-anläggningen känslig ur ett icke-spridningsperspektiv. Det är således av stor vikt att det nukleära materialet som finns i anläggningen kan verifieras på ett tillfredsställande sätt, eftersom man först då kan säkerställa att anläggningen eller dess material inte missbrukas för militära ändamål. I förlängningen ser vi också att de metoder som tas fram inom projektet kan utgöra grund för en ny typ av kärnämneskontroll som är anpassad till det scenario som nämnts ovan.

Inom ramen för det här projektet föreslår vi att utreda hur verifieringen av det använda bränslet ska gå till. Simuleringar kommer behövas för att uppskatta olika typer av strålning från det använda bränslet, samt för att förutspå responsen hos de tekniska instrument som kan tänkas användas vid mätningar av den strålningen. Vidare behöver analysmetoder utvecklas så att man utifrån den uppmätta strålningen, oberoende av operatörsdata, kan förutspå viktiga egenskaper hos det använda bränslet såsom initial anrikning, utbränning, kyltid, fissilt innehåll och bränslets integritet.