Referensgrupp om kopparkorrosion. Lägesrapport april 2012

Referensgrupp om kopparkorrosion Lägesrapport april 2012

Referensgrupp om kopparkorrosion Lägesrapport april 2012

Sedan våren 2010 bedrivs en del av SKB:s forskning om kopparkorrosion med insyn av en extern referensgrupp. Referensgruppen för kopparkorrosion etablerades efter att forskare vid Kungliga Tekniska högskolan, KTH, publicerat resultat från försök som tolkades som att koppar korroderar i vatten fritt från löst syrgas under bildning av vätgas, vilket traditionellt inte har ansetts vara möjligt av termodynamiska skäl. Kärnavfallsrådet arrangerade ett internationellt seminarium i november 2009 om denna fråga. SKB beslutade sedan att nya försök skulle genomföras och inbjöd till en referensgrupp för att följa försöken. Gruppen hade sitt första möte den 24 mars 2010. SKB har motiverat referensgruppens tillkomst med att man lägger största vikt vid att de nya experimentens uppläggning och genomförande, liksom redovisningen av resultaten, görs öppet med insyn från kommuner, myndigheter, KTH och andra intresserade, till exempel miljörörelsen. Principer för referensgruppens arbete Referensgruppen arbetar efter följande principer: Insyn Förslag till försök presenteras och diskuteras innan SKB lägger en beställning. Även resultat och tolkning av genomförda försök presenteras och diskuteras i gruppen, och gruppens medlemmar ges möjlighet att kommentera rapporter innan de publiceras. Möjlighet till påverkan Genom de diskussioner som förs i referensgruppen tillförs synpunkter och råd som har visat sig vara av stort värde för uppdragstagarna och därmed givetvis även för SKB. Försöken blir bättre än vad de annars skulle ha blivit. Ansvarsfrihet De medlemmar i gruppen som inte tillhör SKB har inget formellt ansvar för genomförande av försöken eller tolkningen av resultat. SKB:s ansvar SKB väljer vilka institut som ska genomföra försöken, lägger beställningar och ställer krav på uppdragstagare. Uppläggning och omfattning avgörs efter samråd mellan SKB, referensgruppen och uppdragstagarna. Avrapportering sker till SKB. Hantering av rapporter Referensgruppens medlemmar ges tillfälle att kommentera rapporterna från försöken. Kommen tarer på utkast lämnas enligt SKB:s rutiner för granskning av rapporter. All dokumentation av referensgruppens synpunkter och av hur författaren (uppdragstagaren) tagit hänsyn till dem, blir offentlig genom att kommentarerna samt författarens kommentarer till kommentarerna läggs som bilaga till anteckningar från referensgruppens möten. SKB gör parallellt en egen sakgranskning av rapporterna. SKB beslutar som beställare av uppdraget när rapporten kan accepteras som slutdokumentation och om eventuell tryckning i någon av SKB:s rapportserier. K-info 201204 3

Referensgruppens möten Referensgruppen har haft elva möten från dess tillkomst i mars 2010 till februari 2012. Inledningsvis diskuterades uppläggningen av försöken vid Uppsala universitet och Sveriges Provnings- och Forskningsinstitut, SP (se nedan). Då gruppen hade etablerat sina arbetsformer kunde arbetsområdet efter önskemål från dess medlemmar utökas till att även omfatta vissa försök i anslutning till att två kapslar i full storlek och en minikapsel tagits upp efter flera års deponering i Äspölaboratoriet. Under referensgruppens möten diskuteras försöken i detalj allt från planeringsstadiet till tolkning av resultaten. Mötena, som oftast pågår en halv dag, ibland en hel dag, hålls vanligen i SKB:s lokaler i Stockholm men möten har också hållits i Ångströmlaboratoriet i Uppsala och på Äspö i direkt anslutning till försöken. Nya försök När SKB bjöd in till referensgruppen planerades två nya försök för att öka kunskaperna om kopparkorrosion i vatten fritt från löst syrgas: Försök för att upprepa tidigare försök på KTH med utveckling av vätgas, med syfte att antingen bekräfta KTH:s resultat eller analysera möjliga orsaker till avvikelser, beroende på utfallet. Analyser av innehållet i ett palladiumförslutet provrör med koppartrådar som förvarats under 20 år. Behållare för experimentuppställningen. 4 K-info 201204

Kopparkorrosion med vätgasutveckling? Försöket är en upprepning av tidigare försök som Gunnar Hultqvist utförde på KTH, med syfte att antingen bekräfta resultatet eller analysera möjliga orsaker till avvikelser, beroende på utfallet. Vid KTH:s försök med koppar i vatten fritt från löst syrgas bildades vätgas. Det tolkades som att kopparn korroderade. Om koppar reagerar utan tillgång till syre ska det enligt forskare på KTH bildas vätgas och kanske en hittills okänd kopparförening. Figuren på föregående sida är en skiss över det nya försök som utförs på Ångströmlaboratoriet vid Uppsala universitet med Mats Boman, professor i oorganisk kemi, som projektledare. Kopparfolier placeras i glasbägare med vatten fritt från löst syre. Bägaren försluts med ett palladiummembran, som stänger in all gas utom vätgas som lätt kan passera igenom. Om det bildas vätgas i bägaren, passerar den igenom membranet och upp till den övre delen av experimentuppställningen. Där mäts mängden bildad vätgas med olika metoder. I en liknande experimentuppställning mäts parallellt eventuell korrosion på kopparfolier, men utan mätning av bildad vätgas. Dessa folier tas ut ur sina respektive bägare en efter en med några månaders mellanrum. På så sätt kan man studera hur korrosionsprodukter eventuellt bildas på kopparytan under den tid som försöket pågår. Experimentet genomförs i en handskbox som gör att det kan genomföras under kontrollerade förhållanden. Experimenten ska göras på det bästa sätt som vetenskapligt står till förfogande i dag och vara av högsta internationella klass. Noggranna åtgärder vidtas för att undvika möjliga felkällor och för att kontrollera alla parametrar som kan få betydelse när resultaten ska tolkas, till exempel mängden syrgas i systemet. Här har diskussionerna i referensgruppen varit till stor nytta. Försöket inleddes i början av 2012 och mätningen av vätgasutveckling pågår i ett års tid innan resultaten analyseras. Dock kommer man redan tidigare att få resultat av eventuell korrosion på kopparfolierna i glasbägarna vid sidan av huvuduppställningen. K-info 201204 5

Provrör med koppartråd som förvarats under 19 år År 1990 lade Statens Kärnbränslenämnd (SKN) ett uppdrag till Sveriges Provningsoch Forskningsinstitut (SP) i Borås för att upprepa ett av experimenten som år 1986 utfördes vid KTH. I samråd med referensgruppen har SKB gjort analyser på ett provrör som förvarats sedan dess. Under försöken användes palladiumförslutna provrör med platinaförslutna provrör som referens. Palladiummembran stänger in all gas, utom vätgas som lätt kan passera igenom. Det medför att eventuell korrosion med vätgasutveckling inte stannar av. Under ett av försöken skadades ett platinaförslutet provrör, vilket innebar att inte heller motsvarande palladiumförslutna provrör användes. Detta förvarades sedan i ett kontorsrum hos SP. När frågan om kopparkorrosion tog ny fart fanns en möjlighet att analysera innehållet i provröret, som alltså varit förslutet med ett palladiummembran under 19 år. Det nya försöket, som genomfördes vid SP under ledning av Kenneth Möller, omfattade ett stort antal mätningar med olika mätmetoder på både provröret och innehållet: koppartrådar, vatten, palladiummembran, förslutningsfog och luftspalt ovanför vattenytan. Analyserna gav information om kemisk sammansättning och mängder av olika ämnen. Olika mätmetoder användes dels för att de har olika användningsområden, dels ökar resultatens tillförlitlighet om olika metoder ger samma svar på en frågeställning. Provröret har dock under 19 års tid legat ner i en låda så att palladiumytan har delvis varit i kontakt med vattnet, vilket betyder att membranets genomsläpplighet för vätgas kan ha försämrats. Fotot visar en av koppartrådarna sedan den tagits ut ur provröret. Koppartråd. Bilden nedan visar kopparytan i 3 000 gångers förstoring. Bilden visar att ytan är belagd med ett tunt oxidskikt. Man ser också spår efter slippapper som användes för att åstadkomma en ren kopparyta. Kopparytan i 3 000 gångers förstoring. 6 K-info 201204

Den övergripande slutsatsen är att ingen korrosion av koppartrådarna har skett under de senaste 19 åren. Om palladiummembranet har haft förmåga att släppa igenom vätgas tillräckligt snabbt skulle detta med andra ord tyda på att kopparkorrosion med vätgasutveckling inte har skett. Resultaten visar dock att palladiummembranet släpper igenom vätgas men med kraftigt reducerad hastighet. Permeabilitetshastigheten för väte är cirka 10 gånger lägre jämfört med litteraturvärden. Närvaron av olika ämnen som kommer från provrörsglaset (till exempel natrium, aluminium, kalcium och kalium) på palladiumytan kan var en del av förklaringen till den låga permeabilitetshastigheten. Dessutom sänker vattenytan permeabiliteten ytterligare. Totalt är hastigheten reducerad cirka 50 gånger. En bidragande orsak till att koppartrådarna inte har korroderat kan därför vara att provröret legat ner (viket har medfört att membranet haft en del av sin yta mot vatten). Referensgruppen har diskuterat hur detta kan ha påverkat resultaten och hur de ska tolkas. Försöket är slutfört och en rapport kommer att publiceras inom kort. Bilden nedan är tagen då provröret öppnades genom att ett hål borrades igenom dess botten med en diamantborr. Öppnandet skedde med närvaro av representanter från referensgruppen. Håltagning av provröret i en handskbox. K-info 201204 7

Utökat arbetsområde Under 2011 utökades referensgruppens område med undersökningar av bland annat kopparytan på kapslar i två pågående försök på Äspölaboratoriet ett där SKB har tagit upp två kapslar i full storlek som varit deponerade under liknade förhållanden som kommer att vara i Kärnbränsleförvaret (försök Prototypförvar) och ett försök med en kapsel av miniformat (försök MiniCan). Analys av kopparkorrosion i Prototypförvaret Syftet med prototypförvaret är att undersöka funktionerna hos ett komplett paket med kopparkapslar och bentonit i deponeringshål i en återfylld tunnel under realistiska förhållanden. Upptaget av två kapslar under 2011 har gjorts för att undersöka densitet och vattenmättnad i buffert och återfyllnad, kontaktytan mellan buffert och återfyllnad, närliggande bergmassa, kapselns deformation, biologisk och kemisk aktivitet, m m. Prototypförvaret har två sektioner en inre sektion med fyra kapslar längst in i tunneln (deponeringshål 1 4) och en yttre sektion med två kapslar (deponeringshål 5 6). Tunneln är fylld med en blandning av bentonit och krossad bergmassa och försluten med en betongplugg. Det finns också en sådan förslutning mellan den yttre och inre delen av prototypförvaret. Förslutning skedde 2001 för den inre sektionen och 2003 för den yttre sektionen. Det är den yttre sektionen togs upp under 2011. Referensguppens diskussioner har resulterat i att prover tagits från kapslarna för analyser med avseende på kopparkorrosion som inte tidigare var planerade. Kärnborrning har använts för att ta ut cylindriska prover från kopparkapseln i deponeringshål 5 på olika ställen: bottenytan, cylindern vid botten, mitt på cylindern (se bild på nästa sida), svetsar och locket. Översiktsbild över Prototypförvaret 8 K-info 201204

Uttag av prov för analyser. Syftet med detta är att analysera och karaktärisera gränsskiktet koppar-bentonit avseende korrosion och korrosionsprodukter samt att genomföra metallografiska undersökningar av kapselmaterial med en bred uppsättning av analysmetoder. Analyserna genomförs av Swerea/KIMAB. Dessutom har Gunnar Hultqvist vid KTH fått provbitar från kapseln för att skicka vidare för analyser på tre olika laboratorier. Vid brytning av deponeringshål 5, närmare bestämt då man tagit bort återfyllningen fram till hålet, har man tagit de kopparelektroder som fanns i ett bentonitblock ovanför kapseln, för ytanalys och bestämning av korrosionsprodukter av Rosborg Consulting. Jämförelser kommer att göras mellan dessa analyser dvs de som görs på prover från kapseln av Swerea/KIMAB och av Gunnar Hultqvist anlitade laboratorier, samt koppar elektroder av Rosborg Consulting. K-info 201204 9

Minican Syftet med Minican har varit att studera hur korrosion på gjutjärnsinsatsen i kapseln utvecklas om det finns en läcka i den yttre kopparkapseln. Minican består av fem minikapslar med 15 cm diameter placerade i var sitt borrhål men en viss lutning nedåt i berget och med olika utformning bland annat med avseende på bentonitens funktion i försöket. Minicanförsöket i Äspölaboratoriet. Uttaget av en kapsel gjordes i slutet av augusti 2011. För att inte förändra den kemiska miljön runt kapseln togs den från berget in i en container som fyllts med vatten från experimentplatsen. Under vattenytan fördes hela paketet in i en transportbehållare som sedan skickades till Sercos laboratorium i England för vidare undersökningar och analyser. Resultaten kommer att diskuteras i referensgruppen. Strålningsinducerad kopparkorrosion KTH har fått anslag från SKB för att studera strålningsinducerad kopparkorrosion och även detta försök presenteras och diskuteras i referensgruppen. Provbitar av koppar har lagts i vatten och utsatts för strålning. Strålningen har visat sig orsaka förhöjd korrosion på koppar och bakomliggande mekanismer är för närvarande föremål för närmare studier. Strålningsnivån som används är betydligt högre än den som kommer att råda i slut förvaret men i kommande försök kommer dosraten att sänkas. 10 K-info 201204

Sammanfattning Genom företrädare för kommuner, regionförbund och miljöorganisationer i referensgruppen ges allmänheten insyn i en både komplex och kontroversiell del av SKB:s forskning den del som har att göra med eventuell korrosion av koppar i syrgasfri miljö under bildning av vätgas. Det har visat sig att dessa allmänhetens representanter inte bara har fått ökad insyn utan de har också aktivt påverkat försökens utformning och presentation av resultaten. Gruppen har sedan sin tillkomst diskuterat uppläggning och genomförande av två försök som har till syfte att klarlägga frågan om korrosion under bildande av vätgas. Diskussionerna har påverkat försökens genomförande till det bättre med kompletterande undersökningar och stärkt kontroll av faktorer som kan påverka utfallet. Försöket med koppartrådar i ett provrör har rapporterats och referensgruppen diskuterar hur resultaten ska tolkas. Planeringen av försöket med eventuell vätgasproduktion vid Uppsala universitet har varit en grannlaga uppgift för uppdragstagaren med referensguppen som stöd. Genom önskemål från medlemmar i gruppen och på grund av det positiva utfallet under det första året har gruppen fått ökad insyn i och möjlighet att påverka nya försök i anslutning till prototypförvaret och Minican vid Äspölaboratoriet. Även dessa analyser är nu snart rapporterade och diskuterade i referensgruppen. Gruppens arbete kan förväntas ge betydande bidrag till en samlad bild av kunskapsläget beträffande kopparkorrosion i allmänhet och korrosion med vätgasbildning i synnerhet. Utfallet av försöken vid Uppsala universitet kommer då att få stor betydelse. K-info 201204 11

Appendix Deltagare i referensgruppen Kjell Andersson, Karita Research (ordförande) Peter Wikberg, SKB Christina Lilja, SKB Christer Bohlin, Östhammars kommun Marie Berggren, Östhammars kommun Rolf Persson, Oskarshamns kommun Anders Svalin, Regionförbundet i Kalmar län (senare ersatt av Tobias Facchini) Gunnar Hultqvist, KTH Peter Szakálos, KTH Christofer Leygraf, KTH Johan Swahn, Miljöorganisationernas kärnavfallsgranskning (MKG) Roland Davidsson, Sveriges Energiföreningars Riksorganisation (Sero) Lars Birgersson, SKB (referensgruppens sekretariat) Sofie Tunbrant, SKB (referensgruppens sekretariat) Miles Goldstick, Miljörörelsens kärnavfallssekretariat (Milkas) deltar som observatör. Regionförbundet (Ingela Pronchev), Uppsala län, deltog under 2010 och 2011, men har sedan avböjt att delta av resursmässiga skäl. Strålsäkerhetsmyndigheten (SSM) och Kärnavfallsrådet inbjöds år 2010 att delta i referensgruppen men avstod. 12 K-info 201204

Box 250, 101 24 Stockholm Telefon 08-459 84 00 www.skb.se