Preparation for the infrastructures MYRRHA and ELECTRA (PRIME)

Planering för svenskt deltagande i MYRRHA och uppförande av ELECTRA i Sverige (PRIME). Med fjärde generationens reaktorer och återvinningsanläggningar skulle det kunna bli möjligt att återanvända avfall från kärnkraftverk och anrikningsanläggningar i stor skala. Tack vare detta skulle kärnbränslet räcka 100 gånger längre, mängden långlivat högaktivt avfall skulle minska till en hundradel, resterande avfall skulle behöva förvaras i 1000 år istället för 100 000 år, och volymen för djupförvaret skulle minska till en sjättedel. För att kunna bygga och driva fjärde generationens reaktorsystem säkert och ekonomiskt behöver nya typer av material och bränslen utvecklas. Sådan forskning sker idag till exempel på KTH, Chalmers och Uppsala inom det VR-finansierade GENIUS-projektet. GENIUS fokuserar på material och bränslen för blykylda reaktorer. Bly har flera viktiga fördelar jämfört med natrium, som är det vanliga kylmedlet för så kallade snabbreaktorer. Bly reagerar till exempel inte våldsamt med vatten, det har mycket högre kokpunkt än natrium, det cirkulerar bättre av sig självt när det överhettas, och fungerar som ett utmärkt strålskydd. Bly är dock mycket mer korrosivt än natrium, och tenderar att svårt erodera pumpmaterial. Därför har bly hittills bara använts som kylmedel i militära ubåtsreaktorer i Sovjetunionen. Ny forskning har dock visat att det går att utveckla specialstål som klarar korrosion i bly mycket bättre. Principen bygger på att skapa ett korrosionståligt ytskikt av aluminiumoxid på ytan av stålet, vilket kan göras på olika sätt. Blyreaktorn behöver också använda mer avancerade bränslen än vanliga blandoxider, för att kunna omvandla U-238 till plutonium tillräckligt effektivt. Nitridbränslen är en möjlig variant, som också kraftigt ökar marginalerna till smältning, emedan nitrider har mycket högre värmeledningsförmåga än oxider. Dessa nya material och bränslen behöver dock provas i materialforskningsreaktorer och testreaktorer under lång tid för att vi skall veta att de håller för alla påfrestningar de utsätts för under drift. Man behöver också visa att bränslena går att återanvända på ett kostnadseffektivt sätt. Idag finns dock inga blykylda material- eller testreaktorer i drift. Det finns fyra stycken natriumkylda forskningsreaktorer i Ryssland, Indien, Japan och Kina, men dessa är antingen inte tillgängliga för svenska forskare, eller mycket upptagna. Därför behöver svenska forskare delta i arbetet med att utforma och bygga MYRRHA-reaktorn i Belgien, så att vi sedan kan prova de material och bränslen vi utvecklar för fjärde generationens blykylda reaktorer. Dessutom får vi en möjlighet att lära oss hur man bygger denna typ av mycket avancerade forskningsanläggningar. Vi vill också planera för att bygga en blykyld testreaktor i Sverige. Denna reaktor skulle komma runt problemet med att vi idag saknar lämpliga material för pumpar, genom att kylas helt och hållet med naturlig cirkulation av bly. Detta kan i sin tur bli möjligt genom att använda ett avancerat plutonium-zirkoniumnitridbränsle, som utvecklats och provats av svenska, schweiziska och holländska forskare i ett EU-projekt. Med detta bränsle kan reaktorhärden göras mycket liten, vilket är förutsättningen för att kunna kyla den med naturlig cirkulation. Den föreslagna reaktorn kallas för ELECTRA (European Lead Cooled Training Reactor). Tanken är att den skall bli så säker och lättanvänd att den kan användas för att utbilda operatörer till MYRRHA och andra Gen-IV-reaktorer. ELECTRA kommer att använda mycket avancerade konstruktionsmaterial som utvecklas inom GENIUS-projektet i samarbete med svensk stålindustri. Kanske blir den också världens första reaktor kyld med rent bly (de sovjetiska ubåtarna och MYRRHA använder en legering av bly och vismut). Erfarenheterna från att utveckla, bygga och driva ELECTRA skulle innebära att svenska forskare och svensk industri kan bli världsledande i utvecklingen av kommersiella blykylda reaktorer. I PRIME-projektet kommer vi att planera för de experiment som behöver utföras för att MYRRHA och ELECTRA skall kunna bli verklighet. Detta omfattar bland annat en elektriskt uppvärmd modell av ELECTRA, samt en pilotanläggning för tillverkning och återvinning av nitridbränslen.

Participants

Anders Nordlund (contact)

Docent vid Nuclear Engineering

Christian Ekberg

Professor vid Nuclear Chemistry

Paolo Vinai

Docent vid Nuclear Engineering

Collaborations

Royal Institute of Technology (KTH)

Stockholm, Sweden

Uppsala University

Uppsala, Sweden

Funding

Swedish Research Council (VR)

Funding years 2012–2013

More information

Created

2015-02-16