Fjärde generationens kärnkraft

Transkript

1 Fjärde generationens kärnkraft Janne Wallenius Professor i reaktorfysik KTH

2 Fjärde generationens kärnkraftssystem 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 Vad behöver återvinnas? Radiotoxic inventory [Sv/g] FP TRU Plutonium och americium dominerar farligheten i använt bränsle på lång sikt Uranium in nature t[y] Radiotoxic inventory [Sv/g] 240 Pu 239 Pu 238 Pu 243 Am 242 Pu U nat 237 Np TRU 241 Am t [y] Efter år har dessa ämnen klingat av till samma nivå som uran har i naturen (inklusive urandöttrar som radium & radon) Plutonium återvinns redan idag på industriell skala i Frankrike. Med fjärde generationens reaktorsystem kan även americium återvinnas.

4 Slutna bränslecykler LWR-CORAIL Spent fuel 90% 50-94% I en sluten bränslecykel återvinns allt klyvbart material. Pu Fission products Klyvningsprodukter förglasas tillsammans med förluster av klyvbart material Reprocessing Am + Cm Spent fuel Repository Beroende på teknikval behövs en större eller mindre andel snabba reaktorer i kärnkraftsparken 10% 6-50% I Sverige räcker 2 Gen-IV reaktorer med nitridbränsle för att hantera allt avfall ADS

5 Fjärde generationens natriumreaktorer Transmutation av americium skall provas i ASTRID (600 MWe) Grönt ljus från franska parlamentet i juni 2013 Placering i Marcoule Byggstart 2017 Kriticitet 2023 (?) ASTRID Bränsefabrik för snabbreaktor-mox, byggstart 2017

6 Blykylda reaktorer Snabbreaktortekniken kan bli säkrare och billigare med blykylmedel: + Reagerar inte våldsamt med vatten (i motsats till natrium) + Kokar vid mycket högre temperaturer än natrium och vatten + Har god självcirkulation - behöver ej reservkraft för att kyla bort restvärme. Sannolikhet för härdsmälta mycket låg. + Bly binder kemiskt till jod och cesium + Utgör ett utmärkt strålskydd ifall härdsmälta ändå skulle inträffa. + Rosatom hävdar att blyreaktorer blir billigare än Gen-III + år 2030!

7 Ryska blykylda reaktorer Ryssland har tagit beslut om att bygga två blykylda reaktorer: SVBR-100 SVBR: 100 MW elektrisk effekt med urandioxidbränsle. Baserad på sovjetisk ubåtreaktor. Prototyp skall tas i drift 2019 i Dimitrovgrad. Samfinansierad av Rosatom och privata investerare. BREST: 300 MW elektrisk effekt med (U,Pu)N-bränsle. Rent bly som kylmedel. Prototyp skall tas i drift 2020 utanför Tomsk. BREST-300 Finansierad med 10 miljarder kronor av Rosatom.

8 Blyreaktorprojekt i EU MYRRHA: Belgisk forsknings- och materialtestreaktor Planerad driftstart: 2024 MYRRHA ALFRED: Italien-designad reaktor för elproduktion Driftstart: Efter 2025 i Rumänien ELECTRA: Svensk försöksreaktor för utbildning Driftstart: 2023 i Oskarshamn (?) ALFRED

9 Vad är ELECTRA? Mycket liten reaktor: 0.5 MW effekt kyld med naturlig cirkulation av bly. Härdstorlek: 30 x 30 cm! Utprovning av blyteknik Forskning om reaktorsäkerhet Forskning om återvinning och tillverkning av bränsle Utbildning av operatörer och kärnteknikstudenter ELECTRA Föreslagen placering: Oskarshamn

10 Forskning om blyreaktorer i Sverige: GENIUS-projektet Vetenskapsrådet finansierade forskning om blyreaktorteknik Al2O3 Ny tillverkningsteknik för bränsle med hög värmeledningsförmåga (KTH & DIAMORPH) 200 nm Nya korrosionståliga stål (KTH & Sandvik) Nytt labb för tillverkning av Pu-bränsle (Chalmers)

11 Kostnadsuppskattning för ELECTRA Reaktor: 300± 100 MSEK (baserad på kända kostnader för små forskningsreaktorer ) Återvinningsanläggning: 300±100 MSEK (kostnad för heta celler i USA) Bränsletillverkningsanläggning: 130 ± 20 MSEK (kostnad för liknande projekt i Schweiz). Forskning och utveckling: 400 MSEK (varav 100 MSEK för bestrålningstester) Totalt: ± 200 MSEK Finansiering: Vetenskapsrådet, Mervärdesavtalet, Industrin (?)

12 Sammanfattning Fjärde generationens rektorer ökar bränsleresurser 100 ggr Lagringstiden för avfallet minskar till < 1000 år Frankrike planerar för ASTRID: 600 MWe natriumkyld reaktor Ryssland bygger två blykylda och två natriumkylda reaktorer EU-program utvecklar blykylda forsknings- och demonstrationsreaktorer KTH, Chalmers och Uppsala föreslår att bygga ELECTRA, en blykyld försöksreaktor med återvinningsanläggning i Oskarshamn

13 Inverkan på slutförvaret 10 1 Cs137 Heat load in spent UOX Slutförvaret används enbart för klyvningsprodukter och förluster av aktinider (~ 1%) 0.1 Total TRU Kapslarna kan packas tätare, emedan värmeutvecklingen har reducerats 0.01 Pu240 Pu239 Cm244 Pu238 Am241 Efter tusen år kan intrång göras i förvaret utan att beräknad dos för geoteknisk arbetare överstiger 100 msv Med samma beräkningsmetod dröjer det år innan dosen vid intrång når denna nivå.

14 Vad finns idag? Natriumkylning är en industriellt mogen teknik. BN-600 i Ryssland har producerat 560 MW elektricitet sedan BN sovjetiska militära reaktorer har använt bly/ vismutkylmedel La Hague K-705 Vattenbaserad återvinning av plutonium är industriellt mogen. I La Hague återvinns plutonium från Frankrike, Schweiz och Nederländerna. Tillverkning av plutoniumbränsle i oxidform (MOX) är en industriellt mogen teknik. I Marcoule tillverkas 195 ton MOX-bränsle om året.

15 ELECTRA: härddesign och kontrolltrummor 397 bränslestavar, Dclad = 12.6 mm (Pu0.4,Zr0.6)N-bränsle. ~ 70 kg Pu Aktiv härdstorlek: ~ 30 x 30 cm Avstängning och reaktivitetskontroll med 12 roterande B4C-trummor Härdens livslängd: 14 år vid full effekt 10 B4C/stål-trummor Utbränning ~ 5% fission i plutonium Maxdos till kapsling: 40 dpa