Transmutationsanläggningen Myrrha kommer troligtvis att byggas

Transmutationsanläggningen Myrrha kommer troligtvis att byggas

Den belgiska regeringen har beslutat stödja bygget av Myrrha, världens första prototypanläggning för acceleratordriven transmutation. Myrrha har till uppgift att visa att det är praktiskt möjligt att transmutera långlivade ämnen i använt kärnbränsle. Ett slutförvar behövs ändå, men transmuterat avfall skulle inte behöva lagras mer än 1000 år.

Multi-purpose hYbrid Research Reactor for High-tech Applications, Myrrha, kommer att bestå av en underkritisk reaktor som inte på egen hand kan underhålla en kedjereaktion. För att reaktorn ska fungera krävs att neutroner hela tiden tillförs från en kraftig neutronkälla inne i härden. Det stora neutronflöde som behövs kräver en spallationsneutronkälla. Principen är att protoner accelereras till höga hastigheter för att sedan kollideras mot ett mål av någon tungmetall. I Myrrhas fall används en legering av bly och vismut som kollisionsmål. När protonerna träffar metallen slås atomkärnorna sönder och neutroner sprids till omgivningen. När protonenergierna är tillräckligt höga blir neutronutbytet uppemot tjugo neutroner per inkommande proton.

Säkerhet
Finessen med en underkritisk reaktor är att den får en helt annan säkerhetskaraktäristik än den i en reaktor där kedjereaktionen är självunderhållande. Om protonströmmen mot spallationsmålet bryts uppstår ett underskott på neutroner och kedjereaktionen dör ut mycket snabbt.

Driften av en kritisk reaktor bygger i stor utsträckning på de mycket förlåtande egenskaperna hos nukliden uran-238. Uran-238 har egenskapen att den fångar in neutroner när den värms upp. Om man skulle få en oväntad effektstegring i reaktorn så att temperaturen börjar höjas så ökar genast neutroninfångningen i bränslet och effekten minskar igen. Kärnbränslen som innehåller mycket uran-238 gör det relativt enkelt att konstruera självstabiliserande reaktorer. Effekten finns också i andra nuklider, men är särskilt stark i uran-238. Däremot är den svag i många av de nuklider som är kandidater för transmutation och bränslen som består av de ämnen som behöver transmuteras ger därför instabila reaktorer.

Fritt från uran-238
För att effektivt transmutera de långlivade ämnen som uppstår i lättvattenreaktorerna till (huvudsakligen) kortlivade fissionsprodukter behöver bränslet vara fritt från uran-238. I varje reaktor som innehåller uran-238 produceras nämligen neptunium, plutonium, americium och curium genom neutroninfångning. Det är dessa ämnen man vill transmutera för att därigenom ändra tidsskalan för slutförvaret. Att driva en reaktor med ett bränsle som innehåller mycket americium och curium blir särskilt besvärligt. Sättet att tygla en reaktor med sådant bränsle är att göra den underkritisk och driva den med neutroner utifrån. Det är precis det här Myrrha ska användas till att prova i stor skala.

Snabbreaktor av pooltyp
Själva reaktorn är en snabbreaktor av pooltyp där härden är nedsänkt i en bassäng fylld av det flytande bly-vismut som används för att kyla bort energin reaktorn alstrar. Både bly och bly-vismut är mycket effektiva kylmedel. Dessutom har de flytande metallerna egenskapen att de inte bromsar neutronerna i alls samma omfattning som vatten gör. Därmed behåller neutronerna den höga energi de har när de föds i spallationsmålet. Att neutronerna har hög energi är en förutsättning för att de kunna klyva mer av de tunga långlivade nukliderna än vad som byggs upp genom neutroninfångning i Myrrhas härd.

En fördel med bly-vismut är att den höga densiteten gör det enkelt att konstruera reaktorn så att resteffektbortförseln kan ske genom naturlig cirkulation. En svårighet är att trögheten i det tunga kylmedlet ger upphov till stora krafter på strukturerna vid en jordbävning. Det hade också gått att tänka sig rent bly som kylmedel. Skälet till att legera blyet med vismut är att sänka smältpunkten så att den flytande metallen blir enklare att hantera.

SCK·CEN har arbetat med Myrrha sedan 1998 och projektet har sedan länge varit huvudspåret i EU:s forskningsprogram kring upparbetning och transmutation. Förhoppningen är nu att ta anläggningen i drift 2026.

Medicinsk kärnteknik
Neutronerna som produceras vid Myrrha kan givetvis användas till annat än transmutation också. Tanken är att Myrrha ska användas för forskning och utveckling inom medicinsk kärnteknik och för att producera nya medicinska isotoper för cancerbehandling. Det bör tilläggas att även om transmutationstekniken visar sig fungera så skulle det vara en mycket tidsödande process att transmutera allt det använda bränsle som väntar på slutförvar runt om i världen. Det skulle behövas många liknande anläggningar och ta väldigt lång tid att processa allt bränsle. Det rimliga är därför att deponering av bränsle påbörjas även om utvecklingen av transmutationstekniken fortsätter.

Om det visar sig fungera i praktiken att transmutera americium och curium så öppnas en möjlighet att bli av med majoriteten av de långlivade ämnena i använt kärnbränsle. Säkerhetsanalyserna för ett slutförvar för avfall som har transmuterats skulle behöva spänna över runt 1000 år istället för flera hundra tusen år som är fallet när bränslet från dagens reaktorer placeras i slutförvar direkt.

Mer pengar behövs
Pengarna den belgiska regeringen har beviljat, 558 miljoner euro, räcker till att bygga acceleratorn och strålmålet. Det ger en anläggning lik European Spallation Source i Lund. För att ta nästa steg och lägga till den underkritiska reaktorn behövs mer pengar. SCK·CEN hoppas på att längs vägen hitta medel från andra länder så att transmutationsförmågan kan realiseras och testas i verkligheten.