Införande av en sluten bränslecykel i Sverige

Storlek: px

Starta visningen från sidan:

Download "Införande av en sluten bränslecykel i Sverige"

Maj Nyström
för 8 år sedan
Visningar:

1 Införande av en sluten bränslecykel i Sverige LWR U+TRU+FP U+Pu FP Janne Wallenius & Jitka Zakova U+TRU U+TRU+FP KTH Gen-IV

2 Bakgrund Med fjärde generationens kärnkraftssystem blir det möjligt att 1) Genom återvinning använda uranet 100 gånger mer effektivt 2) Driva kärnkraft i dagens omfattning i 5000 år utan att bryta nytt uran 3) Minska mängden högaktivt långlivat avfall till en hundradel 4) Förkorta förvaringstiden för resterande avfall till < 1000 år! 5) Öka kapaciteten i svenska djupförvaret med en faktor 4-6

3 Frågeställningar 1) Hur många GenIV-reaktorer behövs i Sverige? 2) Vilken typ av återvinningsanläggningar? 3) När kan en sluten bränslecykel införas? 4) Vad skulle det kosta? 5) Hur påverkas spridningen av kärnvapenmaterial?

4 Fallstudier LWR U+TRU+FP U+TRU U+Pu FP U+TRU+FP 1) Under perioden ersätts alla 10 reaktorer med nya lättvattenreaktorer som går på UOX-bränsle. Använt bränsle direktdeponeras. 2) 3 av 10 reaktorer använder MOX-bränsle från och med Upparbetning startar Restaktinider förglasas. Gen-IV 3) 2 lättvattenreaktorer använder MOXbränsle från och med O3 och F3 ersätts med blykylda Gen-IV-reaktorer år Restaktinider återvinns.

5 Fallstudie 1 - Ingen återvinning Spent Massan använt bränsle i mellanlager och slutförvar når ton vid seklets slut CLABs nuvarande kapacitet överskrids 2020! Elements in spent fuel of LWRs ton Pu Plutonium: 270 ton Americium: 40 ton Neptunium: 20 ton 50 Am Np Time year Curium: 0.7 ton

6 Fallstudie 2 - Återvinning av plutonium Elements in spent fuel of LWRs ton Pu Återvinning påbörjas 2020, CLABs nuvarande kapacitet räcker! Am Np Time year Inventory of TRU elements in CLAB ton År 2025 ersätts O1, R1 & R2 med 3x1500 MW lättvattenreaktorer som går på MOX-bränsle. Inventarier i CLAB jämfört med fall 1: Pu Am Plutonium: 270 ton -> 23 ton Americium: 40 ton -> 52 ton Time year Np Neptunium: 20 ton -> 18 ton Curium: 0.7 ton -> 2.6 ton

7 Fallstudie 3 - fullt sluten bränslecykel Inventory of TRU elements in CLAB ton Pu Time year Am Np År 2025 ersätts R1 & R2 med 2x1500 MW lättvattenreaktorer som går på MOX-bränsle. År 2045 ersätts F3 & O3 med 2x1200 MW blykylda reaktoer som går på ett blandnitridbränsle med 8% restaktinider Inventory of TRU elements Inventarier i CLAB jämfört med fall 2: Plutonium: 23 ton -> 20 ton Americium: 40 ton -> 3.1 ton Neptunium: 20 ton -> 1.3 ton Curium: 0.7 ton -> 0.35 ton

8 Inverkan på radiotoxicitet Pu Radio toxic inventory Sv TRU Fall Radio toxic inventory Sv Fall Pu 243 Am 241 Am Pu Pu TRU Np 245 Cm Time years Pu 241 Am 243 Am Time years Ett mänskligt intrång i ett förvar för avfall från en sluten bränslecykel får samma konsekvens efter 1000 år, som ett intrång efter år i ett förvar för avfall från den öppna cykeln. Återvinning har ingen påverkan på riskanalys för läckage av radionuklider!

9 Inverkan på slutförvaret Heat load in spent UOX 10 1 Cs Total TRU Pu Pu239 Cm244 Pu238 Am I en fullt sluten bränslecykel minskar mängden Am-241 & Pu-238 som deponeras. Kapslarna kan packas tätare, emedan värmeutvecklingen reduceras 10 1 Cs-137 Heat load in spent MOX Total TRU Kapaciteten för slutförvaret ökar med en faktor 4-6, beroende på när förvaret försluts. 0.1 Pu-240 Pu-239 Pu238 Am Cm Vid deponering av MOX-bränsle minskar kapaciteten jämfört med den öppna bränslecykeln!

10 Återvinningsanläggningar En upparbetningskapacitet på 280 ton/ år är nödvändig Endast hydrometallurgiska (vattenbaserade) processer är tänkbara Typisk kapacitet för stor anläggning idag: 800 ton/år Nya anläggningar med kapacitet på 100 ton/år har tagits i drift i Indien Alternativ 1: Tre svenska anläggningar - en vid varje plats Alternativ 2: Använd utländsk överkapacitet = La Hague. Sellafield läggs ner 2018, ny rysk anläggning tas i drift efter 2025.

11 Kostnader Kostnad för MOX-bränsle känd (4 ggr högre än för UOX). Kostnad för Gen-IV-system är osäker. I det svenska fallet produceras 17% av elen i Gen-IV-system. Kapitalkostnad för fjärde generationens reaktorer kan i bästa fall bli lägre än för tredje generationen (Rosatom) Bränslecykelkostnader tillkommer (c:a 25%) Merkostnad för kärnkraftsel kan grovt uppskattas till 15±10%

12 Risk för spridning av kärnvapenmaterial Under återvinningsprocessen kan rena strömmar av plutonium och neptunium uppstå. Reaktorplutonium är idag användbart för vapenproduktion Rent neptunium är alltid användbart för vapenproduktion I den föreslagna bränslecykeln transmuteras neptunium till Pu-238. Separerat plutonium blir oanvändbart för vapentillverkning Neptuniuminventariet minskar. Alternativ: utveckla process som inte separerar restaktinider från Pu. Resulterar i att återvinning enbart kan ske i snabbreaktorer.

13 Sammanfattning En fullt sluten bränslecykel kan införas i ett system som består av: 6 lättvattenreaktorer med UOX-bränsle 2 lättvattenreaktorer med MOX-bränsle (från 2025) 2 blykylda reaktorer där bränslet innehåller restaktinider (från 2045) Ett intrång i slutförvaret får acceptabla konsekvenser efter 1000 år Uranet i CLAB räcker för drygt 500 års kärnkraftsproduktion. Slutförvaret i Forsmark räcker för drygt 500 års kärnkraftsproduktion

Relevanta dokument

Fjärde generationens kärnkraft

Fjärde generationens kärnkraft Janne Wallenius Professor i reaktorfysik KTH Fjärde generationens kärnkraftssystem Med fjärde generationens kärnkraftssystem blir det möjligt att 1) Genom återvinning använda