content a0 a1 a2 a3 a4 a5 a6 a7 a8 a9
Start / Kärnkraft / Så fungerar ett kärnkraftverk / Kärnbränsle

Kärnbränsle

Uran är det ämne som används som bränsle i de allra flesta kärnkraftreaktorer världen över, och i alla svenska reaktorer. Det är en lång process från brytning av uranmalmen tills det utbrända bränslet hamnar i ett slutförvar i Sverige, en process som går via anrikning, bränsletillverkning, reaktordrift samt korttidsförvaring, mellanlagring och inkapsling av det använda bränslet.

Uran är ett radioaktivt grundämne som finns naturligt i berggrunden. Det uran som de svenska kärnkraftverken använder bryts utomlands. I Sverige finns mycket uran, ofta i granit och alunskiffer, men halten är så låg att det i dagsläget inte är kostnadseffektivt att utvinna det. För att driva de svenska kärnkraftverken går det åt cirka 1 500 ton naturligt uran per år. Detta motsvarar cirka 200 ton anrikat uran.

Brytning och anrikning

Uran är ett metalliskt grundämne och uranmalm bryts på liknande sätt som andra metaller, ofta i dagbrott. För att utvinna uranet från malmen krossas malmen och utsätts därefter för kemiska processer som lakning. Då använder man exempelvis starka syror som svavelsyra eller en sodalösning för att laka ut uranet. Efter lakningen och reningen får man fram ett gulbrunt pulver som kallas yellowcake. Lakningen och reningen kan göras med olika processer.

Efter att uranet renats ytterligare en gång och omvandlats till flyktig uranhexafluorid i en process som kallas konvertering så anrikas uranet. Anrikning är en process där man ökar halten av ett ämne. I detta fall vill man öka halten av uranisotopen U-235, som är den form som det är lättast att utvinna energi ur. För att göra det måste man skilja U-235 från isotopen U-238, som utgör mer än 99 procent av uranmalmen. Vid anrikningen ökas halten U-235 från den naturliga 0,7 procent till mellan 3 och 4 procent. Anrikning av uran är en svår och energikrävande process eftersom de två isotoperna har nästan identiska egenskaper. Men U-235 är aningen lättare än U-238. Därför använder man idag huvudsakligen centrifuger för att separera de två isotoperna. Anrikning i kommersiell skala kräver stora och komplexa anläggningar. Allt uran som används i Sverige anrikas utanför Sverige.

Stavar och patroner

Via kemiska processer omvandlas det anrikade uranet så småningom till urandioxid. Pulver av urandioxid pressas i en bränslefabrik samman till centimeterstora, cylinderformade så kallade kutsar. Dessa kutsar värmebehandlas sedan så urandioxidkornen sintras samman och kutsen får en tillräckligt hög densitet.

Bränslekutsarna slipas därefter till en exakt form och sätts samman till stavar. I stavarna är kutsarna packade i omkring fyra meter långa rör av en zirkonium- och tennlegering som kallas zircaloy. Ett antal bränslestavar sätts sedan samman i en så kallad bränslepatron. Antalet stavar per patron varierar, men är typiskt ungefär hundra för en kokvattenreaktor.

I Sverige finns en bränslefabrik i Västerås som drivs av Westinghouse. Där tillverkar man bränsle både för svenska kärnkraftverk och för export. En del av det bränsle som används i Sverige importeras dock.

 Läs mer om kärnbränslefabriken Westinghouse

Det går även att blanda plutoniumoxid i bränslet. Då får man så kallat MOX-bränsle, där MOX står för Mixed Oxide. Ett skäl till att använda MOX-bränsle är att det är ett sätt att göra sig av med plutonium från upparbetning och som annars skulle kunna användas för att tillverka kärnvapen. MOX-bränsle fungerar ungefär som låganrikat bränsle.

Öppen och sluten kärnbränslecykel

Efter några år i reaktorn byts bränslestavarna ut – tre år i en tryckvattenreaktor och fem år i en kokvattenreaktor. Det utbrända bränslet från svenska kärnkraftverk går sedan till mellanlagring i Clab för att så småningom kunna slutförvaras. Detta är en så kallad öppen bränslecykel, där man tillför nytt bränsle och slutförvarar det använda.

Det går också att upparbeta det utbrända kärnbränslet. Då tar man tillvara det plutonium som bildats när U-238 i bränslestavarna bestrålats i reaktorhärden. Plutoniet används sedan för att tillverka MOX-bränsle. Detta kallas för en sluten bränslecykel, där man använder utbränt bränsle för att tillverka nytt. Cykeln är dock inte riktigt sluten, eftersom det utbrända MOX-bränslet ännu så länge normalt inte upparbetas. Restprodukterna av upparbetningen är mycket radioaktiva och måste också slutförvaras.

Sverige upparbetar inget kärnbränsle, men svenska kärnkraftverk har använt och kommer att använda MOX-bränsle som kommer från tidigare upparbetning utomlands.

Så fungerar en kokvattenreaktor
Så fungerar en tryckvattenreaktor
Läs mer om bränslebyte

Olika typer av avfall

Det använda kärnbränslet är långlivat och högaktivt. Det är farligt för människa och miljö under all framtid, men farligheten närmar sig den för det ursprungliga naturliga uranet efter några hundratusentals år.

Det utbrända bränslet är inte det enda kärntekniska avfallet som uppstår vid kärnkraftverk och andra kärntekniska anläggningar. Avfallet består även av material som blivit nedsmutsat av radioaktiva ämnen samt restprodukter från återvinnings- och avfallshanteringen, exempelvis filter och radioaktivt nedsmutsade verktyg. Det avfallet är antingen låg- eller medelaktivt.

Det radioaktiva driftavfallet är huvudsakligen kortlivat och har förlorat större delen av sin radioaktivitet efter några hundra år och är i jämförelse med använt kärnbränsle mindre farligt. Olika typer av avfall kräver olika typer av anläggningar.

Läs mer om avfall

Korttidsförvaring och mellanlagring

En gång per år byter man bränsle i en reaktor. I kokvattenreaktorer byter man en femtedel av bränslet mot nytt och i tryckvattenreaktorer en tredjedel. När reaktorn stoppats och bränslet byts avger det fortfarande stora mängder energi – nära 7 procent av reaktorns maxeffekt. Efter en vecka i reaktorbassängen har aktiviteten minskat med 95 procent och de utbrända bränslestavarna flyttas till en bränslebassäng i samma byggnad som reaktorn. Där får de ligga minst ett år, medan aktiviteten minskar med ytterligare 90 procent, eller mer, om det utbrända bränslet får ligga längre.

Därefter transporteras det utbrända bränslet till mellanlagret Clab, Centralt lager för använt kärnbränsle, i Oskarshamn. Clab är ett underjordiskt mellanförvar som ligger i anslutning till Oskarshamnsverket, men inte på verkets område. I Clab förvaras det använda bränslet i stora, kylda vattenbassänger i åtminstone 30 år. Under denna tid minskar aktiviteten i det utbrända bränslet med ytterligare 90 procent.

Mellanlagringen ska göra att bränslets aktivitet minskar med minst 99,99 procent innan det ska slutförvaras. Det är de kortlivade och därmed mest aktiva radioaktiva ämnena som sönderfaller under denna tid.

Läs mer om det centrala mellanlagret för använt kärnbränsle, Clab

Slutförvar för använt kärnbränsle

I Sverige är kärnkraftsindustrin ansvarig för att ta hand om det kärntekniska avfallet från sina anläggningar. För detta ändamål har kärnkraftbolagen sedan 1984 det gemensamma bolaget Svensk Kärnbränslehantering AB, SKB. Företaget bildades bland annat ur Svensk Kärnbränsleförsörjning AB, SKBF, som i sin tur bildats 1973.

Våren 2011 ansökte SKB om tillstånd för att bygga slutförvaret för svenskt kärnbränsle i Forsmark i Östhammars kommun. Denna ansökan har föregåtts av en två decennier lång process för att välja ut den lämpligaste platsen för det svenska slutförvaret. För att slutförvaret ska kunna börja byggas måste regeringen ge sitt tillstånd.

Den metod SKB har utvecklat kallas för KBS-3 och innebär att det utbrända bränslet kapslas in i segjärn omgivet av koppar och deponeras på 500 meters djup i urberget. Skälet till att SKB valt koppar som hölje på kapslarna är att metallen anses mycket korrosionsbeständig i den syrefattiga miljön i förvaret. I slutförvaret kommer – enligt SKB:s nuvarande förslag – det utbrända bränslet att omges av ett antal barriärer som ska hindra radioaktivt material från att läcka ut i omgivningen. Varje barriär är ett skydd i sig, men skyddar också de barriärer som ligger innanför. Berget skyddar bentonitleran som omger kapseln, bentoniten skyddar kapseln mot mekanisk påverkan vid exempelvis jordbävningar och mot korrosionsangrepp. När bentonitleran kommer i kontakt med vatten sväller den och bildar en svårgenomtränglig barriär för det svavel i grundvattnet som korroderar koppar. Om en kapsel ändå skulle gå sönder fördröjer både bentoniten och berget transporten av radioaktiva ämnen mot ytan. Om denna transport går tillräckligt långsamt kan de radioaktiva ämnena hinna sönderfalla på vägen så att ingen radioaktivitet sprids dit den kan göra skada. Den sista barriären är de 500 metrarna urberg. Urberget i Forsmark är ovanligt torrt och fritt från sprickor, vilket minskar risken att radioaktiva ämnen förs upp till ytan.

Läs mer om slutförvaret 




Senast uppdaterad/granskad 2013-07-03