Gemensam skrivelse om samordning av nationell forskningsinfrastruktur

Transkript

1 m i w ^jl REGERINGSKANSLIET U2012/3504/F Utbildni ngsdepartementet Katarina Bjelke Departementsråd VETENSKAPSRÅDET Ink 2G ^? y / ^ D / y * ^ y f r Handl 6^4 ^//^f. B ''Vetenskapsradet Box Stockholm Kungl. Vetenskapsakademien Box Stockholm fy?;*; Jfi*% A/o-Vgtt/är (('~ J u. n l P d i y ^ f j r t ^ Gemensam skrivelse om samordning av nationell forskningsinfrastruktur Rektorerna för Chalmers tekniska högskola AB, Kungl. Tekniska högskolan och Uppsala universitet inkom 11 juni 2012 med en skrivelse om förutsättningarna för uppförande av en forskningsanläggning bestående av reaktor, återvinningsprocess samt tillhörande säkerhetssystem för forskning på fjärde generationens kärnkraftsteknik. I skrivelsen ber rektorerna forskningsminister Jan Björklund att närmare utreda förutsättningarna för och det vetenskapliga värdet av en forskningsinfrastruktur för fjärde generationens kärnkrafts teknik i Sverige. Skrivelsen överlämnas härmed till Vetenskapsrådet och Kungl. Vetenskapsakademien för synpunkter och bedömning av vetenskaplig kvalitet och förutsättningar för förslaget. Bedömningen bör göras utifrån en internationell jämförelse samt betydelse för svensk kärnteknisk forskning av en sådan forskningsinfrastruktur i Sverige. Tacksam för ett yttrande senast den 1 oktober Postadress Telefonväxel E-post: u.registrator@regeringskansliet.se Stockholm Besöksadress Telefax Drottninggatan

2 C H A L M E R S UPPSALA UNIVERSITET Till Regeringskansliet Utbildningsdepartementet Att: Jan Björklund Stockholm REGERINGSKANSLIET Dnr.^^j^/^^P j Bäste Jan Björklund Undertecknade universitetsledningar har haft diskussioner med Utbildnings- och forskningsdepartementet angående förutsättningar för uppförande av en försöksanläggning bestående av reaktor, återvinningsprocess samt tillhörande säkerhetssystem, för att praktiskt demonstrera fördelarna med fjärde generationens kärnkraftsteknik. Sedan 2009 har KTH, Chalmers och Uppsalauniversitet tillsammans forskat om teknik för fjärde generationens blykylda reaktorer inom det VR-finansierade projektet GENIUS. Detta samarbete har utmynnat i ett förslag till en forskningsanläggning som skulle ge unika förutsättningar att utföra världsledande forskning om fjärde generationens kärnkraftssystem i Sverige (ELECTRA-FCC). Vi vill därför föreslå att förutsättningarna för och det vetenskapliga värdet av en sådan forskningsinfrastruktur utreds närmare. Vi ser det som ett viktigt initiativ som berör många forskare och satsningar som görs nationellt inom Sverige, men också internationellt. En sådan utredning måste ha en relativt snäv tidsram eftersom den bör redovisas så att resultaten kan beaktas inom kommande forskningsproposition. Det övergripande syftet bör vara att åstadkomma en samordnad nationell forskningsinfrastruktur för fjärde generationens kärnkraftssystem, och att därmed ge förutsättningar för världsledande forskning i Sverige. Utredningen bör som vi ser det fokusera på bland annat följande frågor: 1. Översikt av befintlig forskning och infrastruktur med bäring på fjärde generationens kärnkraftssystem i Sverige, Europa och internationellt 2. Ge en behovsanalys och en möjlig forskningsagenda för en nationell forskningsinfrastruktur 3. Belysa samverkansmöjligheter nationellt och internationellt 4. Beskriva det vetenskapliga värdet och den industriella nyttan av en satsning Undertecknade universitet och högskolor med forskning inom området kan vara behjälpliga med underlag och kontaktpersoner för en sådan utvärdering och i bilaga utvecklas detta närmare. Med vänlig hälsning Universitetsledningarna vid KTH, Uppsala Universitet och Chalmers Peter Gudmundson Rektor KTH Eva Åkesson Rektor Uppsala universitet Karin Markides Rektor Chalmers

3 ^ ^ ^ ^ ^ O ^ K ^ ^ 5L50^A^OO 5amm^nfat^nino Med fjärde generanonenskäml^aftssystem kan man utnyttja befintligt kärnbr^ effekfivtänidagens reaktorer. Det högaktiva oeh långlivade avfalletianvänt kärnbränsle kan återvirmas oeh därm^ed minskas den långsikfigafarlighetenideämrten som behöver slutförvaras fillen hundradel. U^ leder fill att den nödvändiga förvaringstiden för återstående avfall minskar oel^å med en faktor 100 medger fjärde generafionenskärnl^aftsystemiprineip ett högt motstånd mot avledning av ämnen som kan användas för kämvapenproduktion. För att åstadkomma detta på ett tillräckligt effektivt oeh säkert sätt behöver mart använda sig av avancerade kärnkraftsreaktorer där flytande metaii används som kylmedel. Man behöver även tillämpa moderna metoder för återvinning av alla klyvbara ämnen ur det använda brärtslet. Forsl^ing om fjärde generationens kärnl^attssystem har bedrivits världen över under ett antal årtionden. Idag anser man tekniken är mogenför att uppföra ett antal demonstrationsanläggrtingar i Furopa oeh Ryssland.fdessaanläggrungar kommer mart att pr^^ och åfervirufingsprocess. Svenska forskare har varit särsl^lt aktiva inom utvecl^ingen av blykyldare^ med nitridbrärtslen,somerbjuder en radviktiga fördelar medavseende på säkerhetochekonomi. Vi har även utvecldat en egen återvirmingsprocess som undviker att ge upphov till material direkt användbara för kämvapentillverkning. Närasamarbetemed svensk industri (Sandvik,^VesfinghouseochDiamorph)har dessutom gett svenska urtiversitet en unik möjlighet att ta fram material och bränslen som kan lösa flera av de tekniska problem man brottats med inom området. Den svenska forsl^ngsinsatsen har utmyrm (FuropeanFead^ooled Training Reactor-Fuel^ycle sentre), som består av en mycket liten reaktor kyld med naturlig cirkulafion av bly och en bränslecykelanläggrung där återvinmng och fillve kärnbränsleiliten skala kanutföras. FFF^TRA-F^^ skullekurmauppförasi direkt anslutning till det svenska mellanlagringsförvaret för använt kärnbränsleioskarshamn.anläggrungen skulle kur^ inom ett årtionde, och då bli ett världsuniktfö^ generationens kärnkraftssystem. KTFf, Chalmers oeh Uppsala Universitet föreslår därför utbildnings- oeh forskningsdepartementet att skyndsamt ufvärderadenvetenskapliga nyttan avatt uppföra FLF^TRA-F^iSverige, så att medel för utveekhngsarbetetkananslåsiforskmngspropo kontaktpersoner oeh underlag för en sådan utvärdering.

4 ^korund Sverige är det landivärlden som använder sig av mest kärnkraftsel per person. Detta har inneburit aft vi lyckats minska våra koldioxidutsläpp mer än något annat GF^D-land samtidigt som svenskelintensiv indusfrifåtttillgångfillbilligbaskraft. Sverige har även varit ett föregångsland när det gäller utveckling av säkrare kärnkraft. Konceptet^passiv säkerhets dvs attmaninteskallbehövaförlifasigpå aktivaingrepp frånoperatörernaför att undvika härdsmälta, användes för första gångeniindustriellasammarmangavabb vid utformmn SF^URF-reaktorerna. Denna princip utgör grunden för de ^en-fff^ reaktorer som idag byggs av V^esfinghouseiKinaochiDSA. Kärnkraftens akiiieshäihar iänge ansetts vara dethögaktivaavfallet, sombehöver förvaras åtskiit från biosfärenihundrat^sentals år innan den specifika farligheten Idingat av till naturligt förekommande n^ Ffär har Sverige tagit en ledande position oeh det koneept för djupförvar av använt hränsle från kärrn^aftsindnsttmsomskb Sverige. Ftt möjligt alfernafiv fill direktdeponering av använt kärnbränsle är återvinning av klyvbara ämnen, som då kan omvandlas till nytt bränsle.till dessa ämnen hör neptunium, plutonium, americium och curium.lflera länder, framför alltifranl^ike, tillämpar man återvirming av pluforuumiindustriell skala, och te^ att använda så kallat MG^bränsleilättvattenreaktorer kan anses vara mogen. Den är dock relativt kostsam oeh nr ett rent ekonomiskt perspektiv är den ofördelaktig för kärnkraftsindustrin. Ur slutförvaringssynpunkt innebär den endast en marginell förbättring relativt direktdeponering, emedan den minskade volymen högaktivt avfall kompenseras av en ökad volym medelakfivt avfall från återvirmingsprocessen. Likaledes ökas nyttjandegraden av bränsleresurserna endast marginellt. För att uppnå avgörande skillnader jämfört med dagens kärnkraftssystembehöver man återvinnaäven americium och curium från det använda bränslet. Kan man sedan fransmutera (omvandla) dessa ämnen till klyvningsprodukter förkortar man den nödvändiga förvaringstiden dramatiskt. Metoder för att återvinna americium och curium har utvecklats av forskareiflera länder, och har visat sig fungera väl vid provning på riktigt kämbränsleikilogramskala. Gm man dessutom använder sig av så kallade^snabbareaktoreri^det vill säga reaktorer som använder sig av smält metall som kylmedel, kan man dels klyva americium och curium mer effektivt än i lättvattenreaktorer, dels omvandla uran-2325 till klyvbart plutonium, och därmed öka bränsleresurserna hundrafalf. Det mesta avdettauran-23^1agras idag ovan jord som avfall från anrikrungsanläggningar.fn mindre del finns kvaridet använda bränslet. Den första snabba reaktorn togsidrifif^idsa. och använde kvicksilver som kylmedel. Sedan dess har 20- talet reaktorerkylda med natriumbyggts.två avd levererat elektricitet fill nätet under mer än 30 år.snabbreaktorteknikkandärför sägas vara mogen ur ett industriellt perspekfiv.kostnaden för att producera elekfricitetinatriumkylda reaktorer är dock relativt hög, framföralltberoendepådyrbarasystemför att förhindra kontakt mellan natriumochvaften.def finns därför idag inget reellt intresse från kärnkraftsoperatörer att använda snabbreaktorer för elproduktion. Genom att kombinera snabbreaktortel^k med återvimnngavplutonium, americium och curium får vi dock ett system medenteknisk kapacitet attbåde ökakärnbränsleresurserna foogånger, samtidigt somden nödvändiga förvaringstiden för resterande avfall minskar till mindre än tusen år. Dessa egenskaper karakteriserar det vi idag kallar för ^fjärde generationens kärnkraftssystem^, eller ^Gen FV-sysfem^. Incitamenten för att tillämpa sådana system går utöver de rent ekonomiska, emedan de ger oss ett uthålligt alternativ till produktion av baskraft med låga koldioxidutsläpp.fftersom Gen fv-system kan placeras uti de delar av världen som idag inte anses lämpliga för kärnl^aft, finns också en stor potential att långsiktigt kunna försörja världen med energi och därmed lösa ett avgörande problem för mänskligheten.

5 For^kmn^OCflUt^ecklin^ Forsl^ing för att utveckla sysfem med dessa egenskaper har pågått världen över sedan mitten av^o-talet. Den engelsl^prål^gabeteckningen^^enerafionfvsystems^etablerades dock först runt millermies^ en grrtpp länder med akbv forskning inom området(generation IV International Forum, eller Gl^ att göra kärnl^aften uthållig, hnns även målformuleringar om att ^enfv-reaktorer skall vara så sä^ ingen evakuering av närboende skall l^ävas ifall att ett haveri äger rum, samt att försrullande av bränslet skall vara det minst attraktiva sättet att skaffa sig tillgång till kärnvapenmaterial. Bland de framsfegiforsl^ngsarbetef som gjorts kan nämnas nya processer för återvirming av americi^ och curium, nya tillverkningsmetoder förbränslen sominnehållerdessaämnen,provning avbnr dessa bränslen beter sig under bestrålning, samt design av reaktorer som bättre hanterar americiumets negativa inverkan på driftsäkerheten. De drivande länderna har varit Frankrike, USA, fapan och Ryssland.lFuropa och Ryssland anses resultaten från forsl^ningsstadiet vara tillräckligt goda för att nu kunna demonstrera att fjärde generationens kärnkraffssystem är en teknisk realitet. ^ro^ot^per,demon5^^on5aolå^onin^aroo^ IFrank^ke arbetar det franska afomenergikommissariafet^fa tillsammans med ARFVA på att utforma den nafriumkylda reaktorn ASFRfD.Valet av kylmedel är gjort med hänsyn bil att ASTRID skall producera 600 MV^elektricitet på mdusttiellskala,vilkefirmebär att endast nattiumfel^ken är bllr^^ vara tillämplig. Reaktorn kommer a ^arko^y anslog 600 miljoner euro för utvecklingsarbetet, oeh före utgången av 20f2 skall det franska parlamentet ta sfälmingnll en te^ Totalkosmaden för ASTRID är beräknad till^miljarder euro (inldusivef miljard för att bygga en fabrik för MO^bränslebllverkning),ochreaktornskalltasidriftår2023. ASTRID kommer att använda sig av konventionellt oxidbränsle med uran oeh plutoniumihuvuddelen av härden. Amerieiumetkommer attblandasut meduran oehplaeeras isärskildastrålmål iutkantenav härden, där den negativa inverkan på reaktorsäkerheten är som minst. VRhar under 20f2 tilldelat svenska forskare ans^ den svenska insatsen att omfatta analys av svåra haverier, härddiagnosfik oeh härdfysik. IRyssland bygger man idag en stor natriumkyldreakforil3eloyarsk(13n^00).fnligtplanerna skall den fasi drift år 20f^, med en första laddmng av konventionellt urandioxidbränsle. När en ny fabrik för tillverk av blandoxidbränsle står klar kommer BN^OO gradvis övergå till detta. Dessutom skall en ny natriumkyld forskrungsreaktor(lvfbfr)ersättafrotjänarenl3or-60idimifrovgradår20f9. Dtvecl^ing av blykylda reaktorer pågår på flera håll.lbelgien utvecklar forsl^ingsinstit^^ bly-vismutkylda reaktorn MYRRUA, som bland annat är avsedd att prova nya material för transmutation av kärnavfall.blyvismut har bdigareanvänts som kylmedelisovjebskaubåtsreaktorer,men ännu har inga eivila reaktorer använt detta kylmedel. Den belgiska regeringen har anslagit 60 miljoner euro bil utvecklingsarbetet, och20f4 skall SCT^FN visa att deras design är tekniskt genomförbar oeh att det internationella intresset för att hn skall ge klartecken att bygga MYRRFfAiM^ euro, och man hoppas kunna ta denidrift år Svenska forskare är aktivaifdprojekt där olika säkerhetsaspekter av MYl^UA undersöks tillexempel växelverkan mellan kylmedel och bränsle. År 20ffanslogVR pengar till ett planeringsbidrag för att utöka densvenskainsfatseninommyrrffaprojektet. Blybaserade kylmedel är intressanta alternativ till natrium, därför att ^allenius20ffj:

6 f)f31y reagerar infe explosivt med vatten. 2) Bly bar en betydligt bögrekokpurutt än natri^ 3) Bly cirkulerar tillräcl^igt bra av sig självt för att rnan skall kurrna föra bort restvärm till nödkylsystem. Den svarar därför utmärkt mot dagens krav på passiv säkerbef. ^)Bly bildar kemiska föreningar med klyvningsprodukter som jod oeb cesium,vilkef minskar utsläppen av dessa ämnen vid en eventuell bärdsmälta. 5) Bly utgör etfutmärkt strålskydd mot gammastrålning. 6) Vidtankbrottstemar blyet snabbt utan risk för brand, oeb förlust avkylmedelistörre omfattning kan därmed undvikas Blykylmedel kan därför göra Gen IV-reaktorer betydligt säljare än om man använder nafrium.felmike dock ännu inte belt mogen för tillämpningiindustriell skala. Fn stor nackdel medblyärattdetärbefydligtmerkorrosivt än natrium.lvfan måste därförkontrollera syrebalteniblysmältan noggrant, oeb dessutom beböver man belägga ytan på de stål som används för att kapsla in bränslet med en korrosionstålig legering. En lovande teknik för åstadkomma ett fullgott korrosionsskydd med aluminiumoxidskikt bar utvecklatsifyskland inom ramen för olika FU-projekt. Det största problemet för blyreaktorkonceptet är doek att erosion leder bil myeket kort livslängd för blypumparnas skovelblad. Här l^ävs fortfarande grundläggande forsl^ing för att ta fram ett nöt^ material. Genom att som i MYRRHA. använda bly vismut istället för rent bly sänker man smälttemperafuren, oeb därmed drifttemperaturen så mycket att erosionsproblemen blir banterbara. Priset man betalar är dels att vismuf är mycket dyrt, samt att neuttoninfångningivismut leder till produktion av polonium-2f0, som är mycket radiotoxiskt. Företaget AKMF-engineering, samägt av Rosatom oeb frkutskenergo utveeklar den bly-vismutkylda reaktornsvbr, med foo M^Velektriskeffekt. Konceptet är baseradpåerfarenbeterfrånde sovjetiska ubåtsreaktorerna. Reaktorn skall vara möjlig att transportera bil avlägsna områden där kapaeitefenilokala elnät interäeker tillför nyaindustriellabebov. Manboppas få tillstånd att startabygget av den första prototypenidimittovgrad före utgången av 20f3, oeb aft derma reaktor skall fasidrift år 20f7.f^en första bränsleladdningen kommer att vara konventionellt urandioxidbränsle, men man planerar för en successiv övergång till blandoxidbränsle oeb slutligen till blandnitridbränsle. Rosatom bar även planer på att uppföra en reaktor kyld med rent bly, under namnet 13RFST. Denna reaktor skaflba en elekttisk effekt på 300 MV^,ocb använda sig av blandnitridbränsle. Det ambitiösa målet är att att tabrfsfidriftår20f^. Italienska företag, forskningsinsbfut oeb universitet utvecklar i samarbete med europeiska partners det blykylda reaktorkonceptet AFFRFD. Denna reaktor är tänkt att demonstrera att blyreaktortekniken går att tillämpaförelprodukfionutanför Ryssland. AFFRFDbarenelektriskeffekt på f30m^v, skallanvända blandoxidbränsle, oeb Rumänienbar officiellt kandiderat att stå värd för reaktorn. Förverkligandet av AFFRFD någon gång under andra balvan av 20-talet bänger på om projektet kan få del av FUs infrastrukturfonder. Fjärde oenerarionen5reakt:or5y5t^^ Svenska universitet bar sedan fidigt90-faldeltagitifu-kommissionensforslmingsprogram för utveckling av fransmutationssysfem. SKF bar stött det svenska deltagandet genom forskningsanslag till KTH, ^balmers oeb Uppsala uruversitet. Det bar gjort det möjligt att bygga upp forskargrupper med internationellt erkänd kompetens, oeb sammanlagt fem FU-projekt inom området bar koordinerats av svenska forskare. focb med att kärntel^ikiagensl^evs om år 2006 blev det möjligt för vetenskapsrådef att finansiera forsla om ny kärntel^k.lforskningspropositionen år 200^3 anvisade forsl^ingsminister Fars Feijonborg medel för detta ändamål oeb 2009 beviljades ^FNfUS-projektef 36 miljoner kronor för att forska om teknik förren IVsystem,isynnerbetblykyldareaktorer.ldetta samarbete mellan KTH, ^balmers oeb Uppsala universitet bar

7 nya metoder förfin utförfs.fft unikt laboratorium för bllverlming av plutoniumbaseradebränslen är under uppförande och dokforandprojekt för teoretisk analys av reaktorer, bränsle, material och säkerhetssystem uppvisar lovande resultat. Som vi har sett brms det idag en tel^sk bas för att prova fjärde generationens kärrn^aftstelmikiindus^ skala. Furopa oeh Ryssland har kommit långt i denna forskning, oeh finansiering av fyra tekniskt genomförbara projekt verkar inte vara omöjligt att åstadkommaifrankrike,felgien och Ryssland.Värf att noteraatt de tvä större av dessa reaktorer (ASTRFO ochfn-^00) är natriumkylda oeh de tvä mindre (MYRRFfAochSVFR-fOO^användersigavbly-vismutsomkylmedel. Frågan är dock om nyttjandet avdessakylmedelbllåfer att utformaochdriva reaktorer på ett säkert sätt utanatttänjapå de ekonomiskaramarnabllbristningsgränsen^denstörstapotenbalenför detta torde istället brmas för den rena blyreakforn.orsakenfilldeffa är de bättre inneboende säkerhetsegenskaperna, jämfört både med natrium och bly-vismut. För attdranytta av dessaegenskaperbeböver vi dockfaframochkvalibceraetf lämpligt material för pumpskovlar. Dessutom måste förskningen visa att korrosionsbeständiga aluminiumoxidskikt på bränslekapsling och andra komponenter är stabila även under bestrålning med snabba neutroner vid höga temperaturer. Fn möjlighet att göra detta vore att uppföra en liten snabbreaktor kyld helt oeb hållet med naturlig cirkulation av bly Ftt sådant koncept har tagits fram av svenska forskare och går under namnet FFF^FRA (European Fead pooled Framing Reactor naturlig cirkulation under normaldrift är att reaktorn görs mycket liten. Detta ärism tur möjliga använda ett bränsle där uranet ersatts med en så kallad inert matris, ett material som infe är klyvbart, men samtidigt i^^sor^^r neutrons bränsle, med den kemiska beteckningen (Fu,^ får man ett bränsle med mycket hög värmeledmngsförmåga.därmed blir temperafurenibränslet under drift mycket låg. Dessutom har provbestrålmngar av (Fu,Zr)NiRyssland,lapan och Nederländerna v^ bränslet beter sig syrmerligen bra under drift jrogozlrin20ff,^allemus20f2f F ^ ^ ^ ^ ^ ^ ^ Genom att använda(pu,zr)n-br^ 30x30 cm, och det räcker att tillverka ^00 bränslestavar av ^Okgplutomum (se bgur^^reakforn kommer att gåpå låg effekt (totalt 0.5 Mv^) och bränslet beböver därmed aldrig bytas ut under en hvsbdpå^o år Principen med naturlig cirkulation av kylmediet och reaktorns blygsamma storlek gör den mycket säker, oc^ den kan användas både för forskning om säkerbetsparametrar samt för utbildning av operatörer och kärru^attsmgenjörer Samtidigt kan m snabba neutroner vid höga temperaturerlbly

8 F^^T^rs^f^ELECTRB^,^ Om mansambdlgt placerar anläggrungar för återvlrmrngochbllverl^mgavbränslet för ELECTS samma plats får vi ett bränslecykelcentrum (ELECTRA mel cycle centre) som representerar ett helt Oenerabon-fV-system. Tack vare aff massan klyvbart material som skall hanteras 1 ETECTRA ECC är relativt liten kan bränslecykelanläggnlngarna för återvlrmlng och bllverl^mg göras mycket små. Där^ så kallade krlbcftetsproblem, vilket leder bil saftigt rednceraöeko^ somärnnderntvecldmgpåcbalme EEECTRA-bränslet Innehåller såpass mycket curium att det Inte blir direkt användbart för kärnvapenändamål. Anläggningen kommer även att möjliggöra betydande framsteg för den europeiska forskningen mom kärnbränsleåtervlrmmg.den kan undersöka effektiviteten av nya processer oeb sedan byta bil dem om mobvabon föreligger Forskningen om återvlrmfngsprocesser får därmed mindre karaktär av^torrslm^översfg.ldag kan man kanske göra så kallade befatesfermedgenumt kärnbränsle en gång varfarmatårleuropa.den föreslagna anläggningen skulle kunna dedikera en del av sm bd till endast detta ändamål oeb därigenom ge betydande bidrag bil forskrungenpårlkbgamaferlal oebprocesser då det bnnskemlskareakboner ocbeffekter somendast uppenbarar slgvldkörmngar med rlkbgt kärnbränsle. Säkerhetsaspekterna är som allbd när det gäller kärnkraft ett framträdande område. Detta gäller dels driftsäkerheten oeb dels säkerhet mot avledning av ämnen som kan användas 1 kärnvapenprodukbon. ETECTl^ är designad för en mycket bögdrlftsäkerbet och behöverdärför Infe utrustas medomfattand system för härdöverval^ng.erambda kraftproducerande reaktorer,åandra sidan, kommer att kräva en mer fulllödlghärdövervakmng och ELECTS kan bär fungera som en anläggning för att festa de sys utvecklas 1 Sverige just nu. Även tekniska system för övervakning av återvlnmngsprocessen ur ett kärnärnneskontrollperspekbvutvecldaslsverlgefsamarbete med amerikanska nationella laboratorier. EEECTRA-ECC kan alltså tjänasomenutmärktochlmångaavseendenumkmöjhghetaff prova såväl fnnovabva system för drlftsövervakrung av framtida reaktorhärdar som system för kärnämneskontroll. Dettaeffersomdetlprakbkenäromöjbgtatf testa ochutvärderasådanasystempåkraffproducerande anläggningar.

9 ELECTRA-FCC: kostnadsuppskattning Kärntekniska forskningsanläggningar i generellt sett mycket kostsamma att uppföra och driva, delvis på grund av kostnader för bevakning och strålskyddsorganisabon. För en reaktoranläggning är även försäkringskostnaderna väsentliga. Därför behöver ELECTRA-FCC placeras på ett område där infrastruktur för bevakning och strålskyddsorganisabon redan är befintlig. Möjliga områden är idag kärnkraftverken i Forsmark, Ringhals och Oskarshamn, Studsvik, samt CLAB, mellanlagret för använt kärnbränsle. Närheten till CLAB, där källmaterialet bli bränslet finns direkt tillgängligt, gör utan tvekan Oskarshamn till förstahandsalternativet. En placering på CLAB och/eller OKG skulle eliminera behovet av transporter av klyvbart material utanför bevakat område. Samtidigt kan det tänkas att en placering i Oskarshamn medger tillgång till finansiering från SKB:s mervärdesavtal med Oskarshamns kommun, vilket är en väsentlig fördel i sammanhanget. Oskarshamns kommunstyrelse har fått en föredragning om projektet, och kommunens bolag för att hantera kontakter med universitet och högskolor (Nova FoU) har beviljat ett planeringsbidrag till KTH, Chalmers och Uppsala Universitet för att studera möjligheterna att etablera ELECTRA-FCC i kommunen. En arman kostnadsledande faktor för kärntekniska anläggningar är utgifter för uppförande av byggnader. En tumregel är att byggnader som huserar kärnteknisk verksamhet är 3-4 gånger dyrare att uppföra än konvenbonell infrastruktur. Härvidlag är den mycket kompakta design som förutses för ELECTRA-FCC en stor fördel. Kostnader för söka byggnadslov och drifttillstånd kan vara mycket höga för kraftproducerande reaktorer. När det gäller forskningsreaktorer i Sverige finns idag en regeringsutredning där ansökningskostnaden föreslås bli 30 miljoner kronor. Detta kan jämföras med kostnaden för tillståndsprocessen vid uppförandet av nolleffektreaktorn GUINIVERE i Belgien, vilken uppgått till 2 miljoner euro. Under antagandet att kostnader för bevakning och strålskyddsorganisation är begränsade till marginalkostnader på befintlig kärnteknisk anläggning, kommer de väsentliga kostnadskomponenterna för ELECTRA-FCC att utgöras av 1) Reaktoranläggning 2) Återvinningsanläggning 3) Bränsletill verkningsanläggning 4) Forsknings- och utvecklingsprogram 5) Drift 6) Rivning- och avveckling För bränsletillverkningsläggningen samt forsknings- och utvecklingsprogrammet finns detaljerade kostnadsberäkningar, med relativt liten osäkerhet. Kostnader för reaktoranläggningen och återvinningsanläggningen kan uppskattas baserad på andra forskningsanläggningar av liknande karaktär, och är därför mer osäkra. Kostnader för rivning och avveckling samt driftkostnader antas uppbäras av inkomster från verksamheten på ELECTRA-FCC. Anläggning för bränsletillverkning Bränslet för ELECTRA kommer att innehålla c:a 70 kg plutonium samt 40 kg zirkonium. Härden omfattar ca 400 bränslestavar, varför varje bränslestav kommer att innehålla 180 gram plutonium. Flera europeiska laboratorier har idag tillstånd och kapacitet att hantera gram plutonium i samma lokal, som till exempel NRG i Nederländerna, PSI i Schweiz och ITU i Tyskland. I ett sådant labb är det alltså möjligt att tillverka två bränslestavar för ELECTRA per dag. Härden för ELECTRA skulle därmed kunna tillverkas på ett år i ett relativt konventionellt forskningslaboratorium. En detaljerad kostnadsuppskattning för att uppföra ett helt nytt laboratorium av detta slag har nyligen tagits fram av forskningsinstitutet PSI i Schweiz. För den delen av byggnaden där plutonium hanteras kom man

10 fram fill en siffra på 6000 schweiziska franc per kubikmeter, medan delar där icke-akbva material hanteras, samt kontor är förlagda, beräknas kosta 2000 schweiziska franc per kubi^nreter^sfreit20f2l Dessa kostnader irmefatfar byggnad och ventilabonssystem.därbll kommer kostnader för utrustru Följande handskboxarärnödvändiga för att tillverka en bränslesfav med plutoniumbaserat bränsle: f) Box för tillverkning av nifridpulver, alternativt nifridpärlor 2) Box för analys av pulver 3) Box för sfarkströmsassisferad varmpressning av kutsar (så kallad SFS-teknik) 4) Boxförslipning 5) Box för analys av kutsar 6) Box för svetsning 7) Box för avfallshantering Dessa handskboxar behöver vara vaftenskärmade och utrustade med manipulatorer. Kostnaden för en box avdennafypärc:a^msek. Till detta kommer ufrusming för f.o MSEK per box, förutom SFS-maskinen som kosfar fo MSEK ^Svedberg 20ffj. Den nödvändiga ytan för att operera dessa boxar är 200 m^,ochnormalhöjdenietf labb av denna typ är3m. Byggkostnaden för den^aktiva^ delen avlabbet blir därmed 3.6miljoner schweiziska franc,ellerc:a 25 MSEK.Kosmadenförutrusfmngharnnarpå80MSEK,vh^ MSEK. Osäkerhetenidennauppskaftningforde vararelabvt låg, oeh domineras av antaiet instaiierade handskboxar. För den inakbva deienbehövs ett konvenbonellt kemiskt laboratorium med en yta på foo m^ samt kontorslokaler för5personer (50 m^) och gemensamma ytor (50 m^). Eftersom ELEGTRA-FGG är avsett att användas även för ufbildning,behövs en undervisrungslokal.då antalet studenter är begränsat till fo per dag, kan en yta på 50 m^ räcka för ändamålet. Med en fotalyfa på 250 m^ blir den beräknade kostnaden för deninaktiva delen c:a20 MSEK. Fill sist behövs även ett säkert förvaringsutrymme för den samlade mängden bränslestavar som bllverkasi anläggningen, med därbll hörande övervakningsutrustning. Kostnaden för detta utrymme kan tänkas uppgå b!15msek. Densamladekosmaden för ELEGTRA-FGGsbränsletillverlmingsardäggning uppskattas därmed till F30 MSEK, medenosäkerbet på+20msek. Huvuddelen avdennaosäkerhet härhör till antalet handskboxar som behöver insfallerasianläggningen. Följande är värt att notera: ^Uppskattningen är gjord för uppförande av en ny byggnad på ett område med existerande yttre fysiskt skydd, såsom FSFlaboratoriet, eller bil exempel GLAB i Oskarshamn. Det antas att endast marginalkostnader för yttre fysiskt skydd kommer att belasta ELEGTRA-FGG. ^Anläggningen är att betrakta som ett forskningslaboratorium med konvenbonell kapacitet, snarare än en bränslefabrik. Liknande anläggningar nnns redan i drift i Nederländerna (NRG), Schweiz (FS1) och Tyskland (ITU). ^Effer att bränslet förelegtrabllverkafs,kommerelegtra-fgg kunna användas för att tillverka experimentella bränslen för provbestrålmngariforsk^ngsreakforer som ASTRID och MYRRHA.

11 Forsknings- och utvecklingsprogram För att färdigställa ett teknisk design för ELECTRA-FCC, som kan utvärderas av tillståndsmyndigheten, behöver våra universitet genomföra ett forsknings- och utvecklingsprogram. Inom ramen för detta program kommer tillverkningsmetoder för material- och bränsle kommer kvalitetssäkras. Dessutom skall komponentsamt systemval provas under driftliknande situaboner, samt under olycksliknande betingelser. FoUprogrammet kan uppdelas i följande huvudkomponenter: 1) Utveckling och kvalificering av process för att utvinna bränsle bli ELECTRA från använt kärnbränsle 2) Utveckling och kvalitetssäkring av tillverkningsprocess för ELECTRA-bränslet 3) Utveckling och kvalitetssäkring av tillverkningsprocess för strukturmaterial 4) Provning av bränsle och strukturmaterial utanför reaktor 5) Utveckling av simuleringskoder för reaktorbeteende, bränslebeteende och återvinningsprocess 6) Design och drift av elektriskt uppvärmd fullskalemodell av ELECTRA 7) Provning av bränsle och strukturmaterial i reaktor under normala driftbetingelser 8) Provning av bränsle och strukturmaterial i reaktor under avvvikelser från normala driftbetingelser Punkt 7) och 8) skall utföras i två steg. I första skedet provas enstaka bränslestavar, medan i andra skedet skall hela bränsleknippen bestrålas i syfte att få ett statistiskt underlag för bränslets beteende. Punkt 1) till och med 6) kan i princip utföras i Sverige, medan punkt 7) och 8) måste göras i utländska reaktorer, som HFR i Nederländerna, Halden i Norge eller BOR-60 i Ryssland. Samarbete med utländska forskargrupper förutses äga rum i de fall där detta underlättar kvalificeringsprocessen. Följande existerande infrastrukturer kommer att spela en väsentlig roll för FoU-programmet: Chalmers alfa-labb, där forskning om återvinningsprocess och bränslebllverkning kan utföras med riktigt plutonium och americium KTHs laboratorium för uranbränsletillverkning samt anläggningar för provning av naturlig konvektion av bly och korrosion i bly Uppsala universitets jonacceleratorlaboratorium Som en del av forsknings- och utvecklingsprogrammet kommer en helt ny infrastruktur att byggas upp på KTH, i form av en elektriskt uppvärmd fullskalemodell av ELECTRA. Kostnaden för detta är beräknad till 20.0 MSEK med en osäkerhet på +10 procent. Dessutom finns behov av följande nya anläggningar och uppgraderingar av existerande utrustning i Sverige Ny experimentkrets för korrosiontester i strömmande bly. Nya anläggningar för mekanisk provning av strukturmaterial i bly. Uppgraderingar av existerande anläggningar för studier av blycirkulation och svåra haverier i bly. Utrustning för tillverkning av bränslestavar. Utrustning för beläggning av strukturmaterial Utrustning av för provning och kvalificering av återvinningsprocesser. Utrustning för bestrålningstester av strukturmaterial och bränslen med jonacceleratorer. Tabell 1 sammanfattar den uppskattade kostnaden för denna infrastruktur, inklusive de bestrålningstester som måste utföras i utländska reaktorer. Siffrorna innefattar även externa kostnader för ingenjörstid, samt kostnader för transporter av radioaktivt material. Totalkostnaden är ca 160 MSEK, varav 110 MSEK behöver allokeras i budgetpropositionen år Osäkerheten i de mindre budgetposterna (under 10 MSEK) är ca 20%, medan osäkerheten i de större är ca 10%.

12 Utgiftspost Plats Kostnod Tid Svåra haverier KTH & Chalmers 8, Beläggningslabb Uppsala 2, Mekanisk provning KTH & Chalmers 1, Korrosions krets KTH 5, Acceleratorbestrålning Uppsala 4, Blycirkulabon KTH 1, Bränsletillverkning Chalmers & KTH 9, Återvinning Chalmers 3, ELECTRA-modell KTH 20, Bränslebestrålning Nederländerna 30, Materialbestrålning Ryssland/Norge 22, Bränslebestrålriing Nederländerna / Ryssland 50, Totalt 159,6 Tabell 1: Kostnadsuppskattning för forsknings- och utvecklingsprogrammets infrastruktur Till detta kommer lönekostnader för ansvariga forskare och doktorander. Under perioden uppskattas det att 6 doktorander, 4 postdoktorer och 10 biträdande lektorer (eller motsvarande) behöver anställas inom programmet (se tabell 2). Flera av dessa biträdande lektorer bör kunna rekryteras bland de GENIUS-doktorander som disputerar under 2013/2014. Biträdande lektorer antas undervisa 25% av sin bd, och totalkostnaden för denna kategori personal kan då beräknas till 63 MSEK. Dessutom antas 14 universitetslektorer/professorer vara engagerade på deltid med totalt 19 personår under perioden , vilket motsvarar en kostnad på c:a 27 MSEK. Personalkostnaden för FoU-programmet beräknas därmed till 90 MSEK under , vilket ger en totalkostnad för programmet, inklusive infrastruktur och bestrålningskostnader på 200 MSEK under perioden. Projekt Tjänst Antal Kostnad Svåra haverier Biträdande lektor 2 7,2 Beläggningsteknik Doktorand 1 3,2 Mekanisk provning Postdoktor (2 år) 2 4,0 Korrosions tålighet Biträdande lektor 1 3,6

13 Projekt Tjänst Antal Kostnad Acceleratorbestrålning Postdoktor (2 år) 1 2,0 Blycirkulation Postdoktor (2 år) 1 2,0 Bränsletillverkning Biträdande lektor 2 7,2 Åteninning Biträdande lektor 1 3,6 ELECTRA-design Biträdande lektor 3 10,8 Materi almodellering Doktorand 3 9,6 Bränslemodellering Doktorand 1 3,2 Modellering av separation Doktorand 1 3,2 Kärnämneskontroll Biträdande lektor 1 3,6 Totalt 18 63,2 Tabell 2: Kostnader för forsknings- och utvecklingsprogrammets nyanställningar Reaktoranläggning Kostnaden för själva reaktorn förväntas bli en relabvt liten andel av totalkostnaden för ELECTRA-FCC. Den så kallade primärkretsen (reaktortank med strukturmaterial, värmeväxlare och system för syrekontroll) har en beräknad kostnad på ca 20 miljoner kronor. De drivande kostnaderna kommer att vara för härden (som dock belastar bränsletillverkningskontot), för styr- och reglersystemet, samt för reaktorbyggnaden. En detaljerad kostnadsanalys kommer att göras i samarbete med kompetent kärnkraftsindustri, som en del av det underlag våra universitet bereder inför ett eventuellt regeringsbeslut att finansiera utvecklingsarbetet för ELECTRA-FCC. En första uppskattning kan dock göras baserad på reella kostnader för liknande kärntekniska projekt. Till exempel vet vi att totalkostnaden för att utforma, bygga och driftsätta MEGAPIE uppgick till strax under 20 miljoner euro. MEGAPIE var ett bly-vismutbaserat spallabonsmål med en effekt på 700 kw som användes för neutronproduktion på PSI i Schweiz under 4 månaders tid år Fissionseffekten är av samma storleksordning som för ELECTRA, och även styr- och reglersystemet torde ha varit av samma komplexitet som krävs för ELECTRA. Till detta kommer kostnaden för byggnaden (som var befintlig i fallet MEGAPIE). Tack vare den mycket kompakta design som karaktäriserar ELECTRA, är det möjligt att att husera reaktorn i en byggnad med en storlek på mindre än 1200 kubikmeter. Med tumregeln om att kärntekniska byggnader kostar kronor per kubikmeter att uppföra, får vi en första fingervisning om att kostnaden för byggnaden kan hamna på miljoner kronor. Denna investering skall dock göras tidigast år Totalkostnaden för reaktoranläggningen hamnar därför i storleksordningen 300 miljoner kronor, med en relativt stor osäkerhet på +30%. Återvinningsanläggning I återvinningsanläggningen kommer bränslestavar från CLAB att huggas upp för att sedan lösas upp i salpetersyra. I en separationsanläggning bestående av en serie centrifuger kommer sedan akbnider att extraheras till en organisk fas. Det högaktiva avfallet i form av raffinat förvaras i en särskild tank, för att senare vitrifieras. System för lagring och rening av gaser och organiska lösningar hllkommer, samt utrustning för konvertering fill det startmaterial som bränsletillverkningsanläggningen nyttjar. Närvaron av

14 högaktiva klyvningsprodukter kräver att processen äger rum i ert sä kallade ^het eell^. Kostnaden för anläggningen kommer att domineras av kostnaden för denna cell. För ati separera ut 70 kg plutonium till FFFCTKA behöver ca 7 ton använt bränsle hån svenska lätrb^ttenreaktorerbehandlasif^^ ca4ton per år, eller 20 kg använt bränsle om dagen. Detta innebär att kribeitetsolyekor kan uteslutas. Fn motsvarande anläggning har varitidriftifyskland under ett antal år. Att bygga heta eeller kostar i DSAi genomsnitt 1.5 MSFK per kvadratmeter För en het eell på 140 kvadratmeter (motsvarande en pilotanläggning för separation som använts på INFildaho^betyder detta en kostnad på 210 miljoner kronor Den nödvändiga utiustningen för upplösning, separabon, lagring, rening oehvitiibering är dock billigare.till exempel kan kostnaden förloseparationseentrifuger uppskattas ti!18 miljoner l^onorvi noterar oel^åatiskf har börjat planera för ett slutförvar för särs det vitriberade avfallet hån FFFCFf^-FCC kommer att kunna förvaras. Fn mer detaljerad kostnadsberäl^ing för återvirmingsanläggmngen kommer att bifogas den utredmng som vi ämnar göra inför forskningspropositionen. 1 väntan på denna uppskattar vi kostnaden för återvirmingsanläggningen till 300 miljoner l^onor, med en stor osäkerhet på+30%. Derma investering må göras relativt tidigt, om material för bränslefillverkning skall bli tillgängligt i tid. Senast 2020 måste återvirmingsanläggningentasidrift,varför byggandet behöver komma igång 2017.Ansökan om bilstånd att uppföra återvirmingsanläggningen för FFFCTRA-FCC beböver därmed lämnas in senast ammanfattning av kostnader ltabell3sammanfattar vi kostnaderna uppskattade enligt ovan.dnder perioden ser vi en total kostnadpå 2301vlSFKförFoD-programmetsamttillståndsproeessför återvirmingsanläggningen, medan kostnaderna för FoD, tillstånd, löner/drift samt uppförande av FFFCFl^-FCC under perioden uppgår till990msfk. Fasosäkerheter ini summeringen får vientotalkostnadpå knappt 1.5miljarder kronor för det föreslagna projektet. Kostnadspost Tid Kostnad FoU / infrastruktur /bestrålningstester FoU/löner Tillstånd återvinningsanläggning Delsumma Tillstånd bränsletillverkning / reaktor 2017/ Återvinningsanläggning Bränsletillverkningsanläggning Reaktor FoU / bestrålningstest FoU /löner /drift Delsumma Osäkerheter 230 Totalkostnad

15 1 Tabell 3: Kostnadsuppskattning för ELECTRA-FCC ELECTRA-FCC: tidsplan När kan ELECTRA-FCC tas i drift? Den mest tidskrävande processen är kvalificering av bränslet. Här behöver både bllverkningsmetoden och beteendet under bestrålning utvärderas. Erfarenheter från andra program har visat att det kan ta bo år att kvalificera en ny bränsletyp för en forskningsreaktor. ELECTRA skulle därmed tidigast kunna tas i drift under Att bygga ELECTRA tar cirka tre år i anspråk, baserat på uppgifter från INVAP, som tillverkar forskningsreaktorer av motsvarande storlek. Byggstart måste därmed ske senast Bygglovsprocessen är svår att bedöma, men bör kunna vara avklarad på två år för en reaktor av ELECTRAs storlek. Ansökan om bygglov måste då lämnas in senast Designfasen för reaktorn är därmed avslutad år Det ger totalt fem år för att designa reaktorn. Den elektriska modellen av ELECTRA kan så klar mot slutet av 2015, vilket ger möjlighet att använda indata från drift av elektriska ELECTRA i slutdesign av den riktiga reaktorn. Bränslet för ELECTRA kommer att ta ett år att tillverka. Detta bör därmed ske Anläggningen för tillverkning av bränsle kan ta upp till tre år att bygga och ta i drift. Byggstart måste då äga rum Om bygglovsprocessen för anläggningen tar två år behöver tillståndsansökan göras senast Designfasen måste då inledas senast Kvalificeringsprocessen för bränslet måste vara avslutad när det det skarpa bränslet för ELECTRA skall bllverkas. Detta innebär att bestrålning av ett bränsleknippe under nominella betingelser måste ske senast under Tillverkning av detta knippe behöver då äga rum under 2018, med indata från bestrålning av enstaka stavar. Dessa stavar skall därmed bestrålas senast under 2015, vilket innebär att de bllverkas under 2014, och att design av bestrålningsexperimenten måste inledas Det återvunna materialet som skall användas för att bllverka bränslet för ELECTRA måste vara tillgängligt senast mot slutet av Det tar minst två år i anspråk att separera ut 70 kg plutonium. Reguljär drift av återvinningsanläggningen måste därmed påbörjas januari Om konstruktion och driftsättning tar tre år, måste byggstart ske Vid en tvåårig tillståndsprocess måste ansökan lämnas in senast 2015, vilket innebär att designfasen måste inledas i början av Tidsplanen för ELECTRA-FCC sammanfattas i figur 4. S G B ) Design of electrical ELECTRA 2) Procurement of electrical ELECTRA 3) Construction of electrical ELECTRA - 4) Operation of electrical ELECTRA ly ly 6mo kzzx - s _ 15d 5) Design of recycle facility 2y 6) Licence application for recycle facility 7) Construction and commissioning of recycle 2y 3y 8) Separation of Pu for ELECTRA fuel 2y *. 9) Design and manufacture of single pin irradiation test 10) Irradiation of single pins 11) Cooling and PIE of single pins «12) Design and manufacture of fuel bundle irradiation experiment 5d ly 2y ly lod p, 13) Irradiation of fuel bundle «14) Cooling and PIE of fuel bundle iy 2y "Y, j.-» 15) Design of fuel fabrication facility 2y» 16) License application for fuel fabrication 2y 17) Construction and commissioning of fuel fabrication facility 3y «18) Fabrication of fuel for ELECTRA ' 19) Design of ELECTRA ly» 20) Licence application for ELECTRA 21) Construction of reactor 22) Commissoning, cnticality and operation ly

16 Eigur4:preliminärtidsplanförEEECTPA-ECC. Kälfförteckninu E.O.Adamovetak The next generation of fast reactors. Nuclear Engineering and Design, 173,143 (1997). E.Aneheim etal, Solvent Extraction and ion Exchange 28 (2010)437 E.Aneheim etal, SolventExtractionandlonExchange29 (2011)157. b.e.cromovetak Dse of lead-hismuth coolant in nuclear reactors and accelerator driven systems. Nuclear Engineering anddesign, 173, 207(1997). E.P.Elorwitzetal, Solvent Extraction and Ion Exchange3 (1985) 75. J.R.Kennedy etal. Characterisation of actinide alloys as nuclear transmutation fuels, In Proc. 8th lemonacfinide and EissionProducfPartitioning and Transmutation, Las Vegas, Nevada, DmtedStates,9-HNovemher2004. J.D.Eaw, K.N. Brewer, R.S.Herhst and T.A.Todd Demonstration of the TRl^^ Process for Partitiom Centrifugal Contactors inashieldedcelleacility 1NEE-96/0353, Idaho NationalEngineering Laboratory September CLedergerberetal, Preparation of uranium nitride in the form of microspheres, JournalofNuclearMaferials 188 (1992)28. C.Madicetak New parbtioning techniques for minor actinides,einal Report, NEWPART.EDR19149,European Commission, Luxembourg, DamienPrieuretal, Eabricabon and characterisation ofd0.85am0.15o2-x discs for MARIOS irradiation program. Journal ofnuclearmaferials414(2011)503. b.d.rogozkinetal, Postreactor studies ofplutoruum mononitride and oxide fuel with an inert matrix and hurnup of ahout 19% h.a.inbor-60, AtomicEnergy 109(2011)369. JeanErancoisSauvage: Phénix, 30 years ofhistory: the heart of the reactor, CEA,2004. Marco Streit,OM Manager, Hot Laboratory Division, PSL Privat kommunikation (2012). EredrikSvedberg, verkställande direktör, DiamorphAB.Privat kommunikation (2011).