Vil blande uran fra russiske atomvåpen med norsk stein

USA bruker uran fra russiske atomvåpen som brensel i sivil kjernekraft. Hvis våpenuranet blandes med det norske grunnstoffet thorium, blir avfallet 95 prosent mindre radioaktivt.

Publisert
Det norske grunnstoffet thorium kan bli en viktig ressurs for å utnytte atomvåpenuran i kjernekraftverk. (Foto: Dreamstime/NHM-UiO)
Det norske grunnstoffet thorium kan bli en viktig ressurs for å utnytte atomvåpenuran i kjernekraftverk. (Foto: Dreamstime/NHM-UiO)

Takket være nedrustningsavtalen mellom Russland og USA i 1994, er 500 tonn høyanriket våpenuran fra 20 000 atomvåpen brukt som brenselstoff i amerikanske kjernekraftverk. Dette tilsvarer ti prosent av det samlete strømforbruket i USA de siste tjue årene.

Amerikanerne blander våpenuranet med vanlig uran. Uheldigvis fører metoden til store mengder langlivet, radioaktivt avfall som menneskeheten må leve med de neste 30 000 årene.

Nå har en forsker ved Universitetet i Oslo kommet frem til en ny løsning som kan redusere det radioaktive avfallet med 95 prosent. Løsningen kan brukes i lettvannsreaktorer, som er den vanligste reaktortypen i vestlige kjernekraftverk i dag.

Trikset er å blande våpenuranet med grunnstoffet thorium. Norge har med sine 180 000 tonn en av verdens største forekomster av thorium. Brorparten av de norske thoriumforekomstene fins i Fensfeltet utenfor Ulefoss i Telemark.

– Det er fortsatt 20 000 atomvåpen igjen i verden. Hvis man blander uranet fra disse ladningene med thorium, kan man utnytte mye mer av energi-en og få langt færre farlige avfallsstoffer.

– Avfallet blir dessuten mindre radioaktivt i fremtiden, forklarer stipendiat Sunniva Rose på Senter for akseleratorbasert forskning og energifysikk ved Universitetet i Oslo.

Hun er en av landets få forskere som har tilgang til den superhemmelige koden som gjør det mulig å datasimulere kjernefysiske reaksjoner i en atomreaktor. USA er meget strikse med slike koder. De frykter at land som Iran skal få tak i koden.

Bedre enn USA

Da russerne i sin tid lagde atombombene, brukte de svært mye energi og penger på å lage høyanriket uran. I løsningen til Rose blir ikke denne energien kastet bort.

– Amerikanerne kaster bort alt dette arbeidet ved å blande det høyanrikete uranet med naturlig uran for å fremstille lavanriket uran.

For å skjønne dette, er det viktig å forstå forskjellen på lavanriket og høyanriket uran.

Akkurat som alle andre grunnstoffer fins uran i mange ulike isotoper.

Uran-235 og uran-238 er bare to av de mange mulige isotopene til uran. Uran har 92 protoner.  Numrene 235 og 238 står for summen av protoner og nøytroner. Jo flere nøytroner, desto tyngre er atomkjernen.

I naturlig uran fins det mindre enn én prosent uran-235. Resten er uran-238. Når man øker andelen uran-235 i forhold til uran-238, kalles det anriket uran. Vanlig uranbrensel i amerikanske atomkraftverk har fem prosent uran-235. Atomvåpenbrensel har minst 90 prosent uran-235.

Kjernekraftenergi blir skapt ved å spalte atomer. Det skjer ved å bombardere brennstoffet med nøytroner. Det er langt lettere å spalte uran-235 enn uran-238. Når uran-235 spaltes, frigjøres store mengder energi. Da får man frie nøytroner som starter en kjernefysisk kjedereaksjon.

I den løsningen som amerikanerne har valgt, blir våpenuranet, uran-235, blandet med naturlig uran, altså nesten rent uran-238. Uran-238 er opphavet til svært farlig, radioaktivt avfall.

I forslaget til Rose kan en andel på fem prosent høyanriket uran blandes med 95 prosent thorium. Det vil si at andelen med vanlig uran er byttet ut med vanlig thorium. En del av thoriumet vil etter hvert omdannes til uranisotopen uran-233.

– Med denne løsningen kan man utnytte mer enn dobbelt så mye av energien i brenselet som amerikanerne klarer i dag, sier Rose.

Løsningen er å gjenvinne uranet gjentatte ganger fra det kjernefysiske avfallet.

– For hver gjenvinning blir uranet litt dårligere, men det er likevel mulig å få ut mer energi ved å gjenvinne restavfallet sju til åtte ganger.

Når avfallet er mindre radioaktivt, avgir det mindre varme. Da kan man stable avfallet mye tettere sammen.

– Etter tusen års lagring vil avfallet bare være en tjuendedel så radioaktivt og dermed bare tjuendelen så varmt som den amerikanske løsningen, påpeker Rose.

Må gjenvinnes

Sunniva Rose. (Foto: Yngve Vogt)
Sunniva Rose. (Foto: Yngve Vogt)

Løsningen til Rose har et lite aber. Uten gjenvinning er det ikke noe poeng å bruke thorium-metoden. Da er den amerikanske løsningen bedre.

– Gjenvinningen er ikke triviell. Når man bruker brensel med thorium, blir det dannet små mengder av det meget radioaktive stoffet uran-232.  Uran-232 vil etter hvert omdannes til talium-208 og bly-208. Denne prosessen er så radioaktiv at brenselet blir vanskelig å håndtere.

– Dosen er dødelig etter kort tid. Når man gjenvinner uran fra thoriumbrensel må hele anlegget fjernstyres. Det er ennå ikke løst. Den dagen råprisen på uran øker, kan det være økonomisk lønnsomt å se på dette.

Rose påpeker likevel at metoden hennes kan brukes før gjenvinningsanlegget er på plass.

– Løsningen er et mellomlager. Restavfallet fra thoriumløsningen er en ressurs og er like verdifullt selv om man må vente med å gjenvinne det i mange tiår.

Plutonium i Halden

Verden er ikke bare interessert i å bli kvitt farlig våpenuran. Verden er også interessert i å kvitte seg med radioaktivt avfall fra dagens atomkraftanlegg.

I atomreaktoren i Halden tester kjernefysikere nå ut hvordan man kan produsere energi ved å blande det superfarlige avfallet plutonium med thorium. Forsøket er godkjent av Forskningsrådet og Statens strålevern.

Forsøket er i regi av norske Thor Energi og skal gå over fem år. Dette er det første eksperimentet i Europa på hvordan thorium oppfører seg som brensel i en atomreaktor.