Atomaffald - ressource såvel som problem
Franskmændene genanvender det. Finnerne vil begrave det dybt nede i undergrunden. Brugt reaktorbrændstof er såvel en ressource og som et problem.

Ressource eller problem? Hvad skal man gøre med brugt reaktorbrændstof? (Foto: Colourbox)

Ressource eller problem? Hvad skal man gøre med brugt reaktorbrændstof? (Foto: Colourbox)

For mange fra norden er atomaffald synonym med Sellafield-anlægget. Det britiske genvindingsanlæg ligger ved kysten af det Irske Hav omtrent halvvejs mellem Liverpool i syd og Glasgow i nord.

Flere ulykker på Sellafield har i mange år resulteret i udledning af radioaktive stoffer i havvandet, som er blevet båret videre østpå af havstrømme til Barentshavet og Norskekysten.

»Radioaktivitet fra Sellafield er blevet sporet i blandt andet tang og hummere, men kun i doser, der ikke er sundhedsfarligt, hvis de spises i normale mængder,« siger afdelingschef Ole Reistad hos Statens strålevern i Norge.

Norske myndigheder har protesteret til de britiske myndigheder over forureningen, som kan skade kystfiskeriet.

Sellafield er et af de få anlæg i verden, der har taget i mod brændsel fra atomkraftværker. En del af dette affald kan genbruges. Men med genanvendelse kommer stor risiko for udslip.

Dermed kan brugt reaktorbrændsel være både en ressource for atomkraftindustrien, og et potentielt sundhedsproblem for resten af verden.

Selvom problemet fra Sellafield indtil nu har været forurening af vand, påpeger Reistad, at den mest akutte fare er forurening via luften.

»Man kan forestille sig et flystyrt, en brand eller endda en kritisk atomreaktion i dele af affaldet, der kan skabe en eksplosion, og dermed sprede radioaktivt affald via luften. Så vil det spredes hurtigere, og konsekvenserne bliver mere akutte,« siger Reistad.

Halveringstid

Et stofs halveringstid er den tid det tager for en given mængde radioaktivt stof at miste halvdelen af sin radioaktivitet, fordi det radioaktive stof er brudt ned til ikke-radioaktive stoffer. Nedbrydningsprocessen i sig selv er radioaktivitet. Kort halveringstid og hurtig nedbrydning vil give intens, kraftig radioaktivitet. Lang halveringstid og langsom nedbrydning vil resultere i lavere radioaktivitet.

Selvom en så kritisk atomreaktion er mindre sandsynlig på Sellafield-anlægget, kan det ske ved et af genvindingsanlæggene i øst.

»Russerne har store mængder af affald på deres side af Kolahalvøen. Der ligger flere rensningsanlæg ved de store floder, der munder ud i nord,« påpeger Reistad.

Lav- og mellemaktivt affald

»Langt det meste af det radioaktive affald har lavt eller middel-niveau af radioaktivitet,« siger Per Wethe, forsker ved Institutt for energiteknikk i Norge.

»Denne type affald kan komme fra hospitalslaboratorier, industrien eller fra andre dele af atomkraftværkerne end selve reaktoren. Det er relativt enkelt at opbevare.«

Højaktivt affald

Det højradioaktive affald produceres der derimod relativt lidt af. Til gengæld er det mere omstændeligt at behandle. Størstedelen kommer fra atomkraftværker.

I dag bruger de fleste atomkraftværker uran som drivkraft. Når uran spaltes, frigives varmeenergi. Varmen producerer højtryksdamp, som igen driver turbinerne på kraftværket og genererer elektricitet.

Men atomreaktionerne resulterer i flere forskellige slutprodukter - nogle af dem farlige og andre helt harmløse.

Hidsige spaltningsprodukter

»Ved spaltning - fission - af urankernen opstår to lettere kerner. De kaldes spaltningsprodukter,« fortsætter Wethe.

Sellafield-anlægget (Foto: Simon Ledingham)

Disse spaltningsprodukter er ustabile, det vil sige radioaktive. De omdannes til andre stoffer, og i denne omdannelsesproces udsendes der meget stråling.

»De kortlivede spaltningsprodukter er meget ’hidsige’,« siger Per Wethe.

»De er voldsomt strålingsaktive over relativt kort tid, men det meste af radioaktiviteten dør hurtigt ud. De fleste nedbrydes via andre kortlivede stoffer til stabile, ikke-radioaktive stoffer i løbet af få sekunder, minutter eller timer,« fortsætter han.

Nogle spaltningsprodukter har længere nedbrydningstid, men langt de fleste af dem er også omdannet efter et par hundrede år. (se boks i bunden)

Actinider – langlivet affald

De største affaldsproblemer laves imidlertid af en anden gruppe af stoffer, nemlig dem, der kaldes actinider. Disse stoffer anses for at være langlivede radioaktivt affald.

»Til denne gruppe hører foruden uran også thorium, plutonium og 12 andre grundstoffer. De dannes ikke ved urankernens spaltning. Tværtimod dannes de såkaldte transuraner (se boks), når urankernen tager ekstra neotroner til sig og dermed altså ’bygger til’,« forklarer Wethe.

Denne proces kaldes neutronindfangning (neutron capture). Det kan udnyttes til at lave spaltbart reaktorbrændsel i blandt andet thorium-reaktoren. Men i traditionelle atomkraftværker danner det actinider, der ikke kan spaltes.

»Blandt actiniderne, der dannes på denne måde i kernekraftværker, er neptunium-237, plutonium 238 og americium-241« fortæller Wethe.

Actinider og transuraner

Actinider er tunge grundstoffer med atomkerner, som indeholder mange centrale kernepartikler. Både thorium, uran og andre radioaktive grundstoffer med lang halveringstid hører til denne gruppe.

Transuraner er en delmængde af actiniderne, som alle har tungere atomkerner end uran. Den mest kendte blandt transuranerne er plutonium. Det kan bruges i atombomber og til kernefysisk brændsel.

Disse stoffer nedbrydes først efter mange tusind år. Til gengæld er radioaktiviteten, som følge af nedbrydningen, mindre intens.

Kremering

Der er tre måder at håndtere disse langlivede actinider på. Sagt lidt upræcist, så kan det radioaktive affald fra atomkraftværker enten kremeres, transplanteres eller begraves.

Kremering vil i denne sammenhæng betyde at gøre, hvad man på fagjargon kalder at brænde de langlivede actinider.

Flammen er i dette tilfælde en intens strøm af kernepartikler. Her bombarderes de langlivede actiniderne, så de spaltes til kortlivede spaltningsprodukter.

»Afbrænding af actinider kan ske i den specielle Rubbia-reaktor, som er blevet kendt i forbindelse med lanceringen af grundstoffet thorium som brændsel i atomkraftværker,« siger Wethe.

Han fortæller, at en reaktor af omtrent samme type bygges ved forskningscenteret SCK-CEN i Belgien. Det såkaldte Myrrha-projekt sigter mod at have reaktoren klar i 2020.

Kan lave bombemateriale

»Afbrænding af affaldet kan også gøres i andre typer af reaktorer, såsom de såkaldte breeder-reaktorer - eller formeringsreaktorer,« fortsætter Wethe.

Formeringen indebærer, at der dannes mere drivstof til reaktoren end den mængde, man startede med, for eksempel af stoffet plutonium.

Eksperiment med indkapsling af radioaktivt affald i glas (Foto: Pacific Northwest National Laboratory, USA)

Ulempen er, at plutonium også kan bruges i atombomber.

Genvinding

Sådan en omdannelse til genbrug er relateret til det, som lidt upræcist kan sammenlignes med en transplantation, som jo også er en slags genbrug.

»I brugt brændstof fra reaktorer findes der stoffer, der kan genbruges. Spaltningsprodukter tages fra som affald, mens andre stoffer, såsom plutonium, blandes med frisk uran til et såkaldt MOX-brændstof,« siger Wethe.

Sådan genvindingsprocesser er en vigtig del af aktiviteten ved blandt andet Sellafield- anlægget. En stor del af det mest problematiske affald på Sellafield kommer ikke fra kernekraftværker, men fra resterne af våbenproduktionen fra 1950'erne.

»Både brænding og genvinding viser, at atomaffald også kan ses som en ressource. Sådan ser de på det både i Frankrig, Tyskland, Schweiz og andre lande,« siger Wethe.

Begravet for evigt

Andre lande satser i stedet på at begrave problemaffaldet, og lade det hvile i fred under jorden.

»I Finland bygges et stort lager i stabile klippeformationer over 400 meter under jorden på øen Olkiluoto ved Østersjøkysten, omkring 100 kilometer nord-nordvest for Turku,« fortæller Wethe.

»Svenskerne har et lignende anlæg i Oskarshamn, og bygger et til i Forsmark nær byen Osthammar. Her skal langlivede actinider lagres på 500 meters dybde i op til 100.000 år,« siger han.

Beholder med atomaffald fra testområde i Nevada, USA. (Foto: Bill Ebbesen, Creative Commons, se lisens)

USA var i færd med at bygge et lignende anlæg på Yucca Mountain i Nevada, 130 kilometer nordvest for Las Vegas. Men i marts 2011 stoppede regeringen efter langvarige protester.

Dermed står USA uden noget konkret projekt for langtidslagring. I dag lagres brugt reaktorbrændsel hos de individuelle atomkraftværker.

Ned i lavaen eller ud i rummet

Mere eksotiske forslag til langtidslagring har gået ud på at begrave affaldet på en forkastningszone, hvor en tektonisk plade skubbes ned under en anden.

Så kunne affaldet ryge ned i Jorden, og ind i det tykke lag af lava under den massive jordskorpe.

Det har også været foreslået at sende affaldet ud i rummet. Klarer man det, har man skilt sig af med affaldet én gang for alle. Men den største risikofaktor er opsendelsen. Svigter raketten så kan affaldet i værste fald spredes over store områder.

Atomaffald - en fremtidig ressource

»Personligt mener jeg, at argumenterne for omdannelse og genbrug af atomaffald står stærkere og stærkere,« siger Wethe.

»Hvis vi forsegler det underjordiske anlæg for al evighed, vil vi aldrig kunne bruge affaldet, hvis nye og bedre metoder til omdannelse eller genbrug skulle blive opfundet senere hen.«

Han fortæller, at denne type forskning faktisk allerede finder sted ved atomreaktoren udenfor Halden i Norge, og mange andre steder i verden.

»Mange af konstruktionerne i den fremtidige generation-4-reaktorer vil ikke blot øge sikkerheden, men også forbedre brændstoføkonomi og danne mindre affald,« afslutter Per Wethe.

Radioaktive isotoper

Radioaktive isotoper benævnes med navn og et tal, for eksempel strontium-90. Antallet 90 indikerer, at atomkernen i alt har 90 protoner og neutroner. Antallet af protoner bestemmer, hvilket grundstof, der er tale om. For eksempel, har strontium 38 protoner, men antallet af neutroner kan variere.

Samme grundstof, men med forskelligt antal neutroner, kaldes isotoper af grundstoffet. Strontium-90 har 90-38 = 52 neutroner. Når antallet af neutroner er tilpas meget større end antallet af protoner (38) bliver atomet ustabilt. Det vil derfor skille sig af med neutroner, men det sker ikke direkte.

Det, der sker, er, at neutronen udsender en elektron. Elektronen er negativ, og neutronen er dermed ikke længere neutral, men positivt ladet. Det er blevet en proton. Altså har atomkernen fået en neutron mindre, som er blevet til en ekstra proton. Grundstoffet er så ikke længere strontium, men yttrium, med 39 protoner og 51 neutroner.

Der er stadig mange flere neutroner end protoner, så dette isotop fortsætter med at udskille elektroner og blive til et andet grundstof. Radioaktive isotoper skal gennem sådanne kæder inden de ender som et stabilt materiale uden stråling.

Flere langlivede spaltningsprodukter

Nogle få spaltningsprodukter bruger langt tid på at nedbryde. Cæsium-137 og strontium-90 har en halveringstid på omkring 30 år. Cæsium-137 har fået særlig stor opmærksomhed, fordi stoffet blev fundet i nedfald efter Tjernobyl-ulykken i flere lande, blandt andet i Norge.

Efter ca. 600 år, eller 20 halveringstider, er radioaktiviteten i strontium-90 og cæsium-137 i praktisk talt borte. Lagringsproblemet er altså håndterbart. Der findes yderligere syv langlivede spaltningsprodukter. Det, der produceres mest af, er technetium-99. Stoffet udsender kun ganske lidt stråling, som let kan stoppes.

Ikke desto mindre er technetium-99 et problemstof. Det er vanskeligt at isolere og udvinde brændstof fra atomkraftværker, på grund af stoffets kemiske egenskaber. Det er også vanskeligt at lagre på lang sigt, fordi det let opløses i vand, hvis lageret nu skulle blive oversvømmet af for eksempel grundvand.

Flere hundrede kilo af stoffet er blevet udledt i havet fra Sellafield-anlægget, selv om udslippet er blevet meget mindre over i de senere år.

Videnskab.dk Podcast

Lyt til vores seneste podcast herunder eller via en podcast-app på din smartphone.

Corona-tal

Videnskab.dk går i dybden med den seneste corona-forskning. Læs vores artikler i temaet her.

Hver dag opdaterer vi også de seneste tal.

Dyk ned i grafer om udviklingen i antal smittede, indlagte, døde og vaccinationer i Danmark og alle andre lande.

Ny video fra Tjek

Tjek er en YouTube-kanal om videnskab henvendt til unge.

Indholdet på kanalen bliver produceret af Videnskab.dk's videojournalister med samme journalistiske arbejdsgange, som bliver anvendt på Videnskab.dk.

Hej! Vi vil gerne fortælle dig lidt om os selv

Nu hvor du er nået helt herned på vores hjemmeside, er det vist på tide, at vi introducerer os.

Vi hedder Videnskab.dk, kom til verden i 2008 og er siden vokset til at blive Danmarks største videnskabsmedie med over en halv million brugere om måneden.

Vores uafhængige redaktion leverer dagligt gratis forskningsnyheder og andet prisvindende indhold, der med solidt afsæt i videnskabens verden forsøger at give dig aha-oplevelser og væbne dig mod misinformation.

Vores journalister fortæller historier om både kultur, astronomi, sundhed, klima, filosofi og al anden god videnskab indimellem - i form af artikler, podcasts, YouTube-videoer og indhold på sociale medier.

Vi stiller meget høje krav til, hvordan vi finder og laver vores historier. Vi har lavet et manifest med gode råd til at finde troværdig information, og vi modtog i 2021 en fornem pris for vores guide til god, kritisk videnskabsjournalistik.

Vores redaktion gør en dyd ud af at få uafhængige forskere til at bedømme betydningen af nye studier, og alle interviewede forskere citat- og faktatjekker vores artikler før publicering.

Hvis du går rundt og undrer dig over stort eller småt, vil vi elske at høre fra dig og forsøge at give dig svar med forskernes hjælp. Send bare dit spørgsmål til vores brevkasse Spørg Videnskaben.

Vi håber, at du vil følge med i forskningens forunderlige opdagelser her på Videnskab.dk.

Få et af vores gratis nyhedsbreve sendt til din indbakke. Du kan også følge os på sociale medier: Facebook, Twitter, Instagram, YouTube eller LinkedIn.

Med venlig hilsen

Videnskab.dk