5 Omhändertagande använt bränsle
5.2 Använt kärnbränsle
SKB:s redovisning
SKB arbetar med kunskapsuppbyggnad med avseende på det kärnbränsle som kommer att hanteras, lagras och slutförvaras ur flera aspekter. Resultaten av SKB:s forskning och undersökningar kommer att användas för utvecklingen av teknik för hantering och för att förbättra säkerhetsanalyserna. SKB har strukturerat analysen av behovet av forskning i tre kategorier:
• Beträffande processförståelse har SKB identifierat behovet för framtida insatser på en fördjupad förståelse för mekanismen för upplösning av bränslematrisen vid kontakt med grundvatten. Upplösningsdata behövs för nya typer av så kallat dopat kärnbränsle, högutbränt kärnbränsle samt för metalldelar från
bränsleelement och styrstavar. Dessutom behövs insatser för att noggrannare kvantifiera utsläpp efter kapselbrott av den omedelbart frigjorda fraktionen (”the instant release fraction – IRF”) som inte ligger inbäddad i bränslematrisen. Det återstår också att reducera osäkerheter angående speciering och lösligheter av utsläppta radionuklider.
• Hantering av det använda kärnbränslet, vilket inkluderar hänsyn till
åldringsförändringar i kärnbränslet och hantering av icke-reguljärt kärnbränsle (skadat kärnbränsle).
• Kärnbränsleinformation, kriticitet och kärnämneskontroll, vilket inkluderar verifiering av resteffekt, metoder för bestämning av väsentliga bränsleparametrar samt uppbyggnad av kompetens och analysmetoder för kriticitetsanalys av kärnbränslet i kapseln.
SSM:s bedömning
SSM bedömer att SKB:s redovisning av framtida insatser för processförståelse i det använda kärnbränslet i Kärnbränsleslutförvaret är väl motiverade och SKB:s satsningar kommer att täcka de frågor som har stor säkerhetsbetydelse och som också kräver fördjupad förståelse för att minimera osäkerhet i konsekvensanalysen.
5.2.1 Icke-reguljära kärnbränslen
SSM redovisar i detta avsnitt synpunkter på avsnitt 7.1 i SKB:s Fud-program.
SKB:s redovisning
I Clab förvaras till största del kärnbränsle från driften av svenska BWR- eller PWR- reaktorer. I övrigt förvaras även så kallat icke-reguljärt kärnbränsle från Ågesta, i form av MOX samt skadade eller testade stavar från Studsvik. För kommande Fud-period är hantering av skadat kärnbränsle en aktuell fråga. Enligt SKB:s redovisning finns långt utvecklade planer på att konditionera det skadade kärnbränslet genom torkning samt paketering i Studsvik så att det kan slutförvaras i en KBS-3-kapsel.
Remissinstansernas synpunkter
Oskarshamns kommun refererar till SKB:s redogörelse för hur det använda kärnbränslet
5.2 Använt kärnbränsle
SKB:s redovisning
SKB arbetar med kunskapsuppbyggnad med avseende på det kärnbränsle som kommer att hanteras, lagras och slutförvaras ur flera aspekter. Resultaten av SKB:s forskning och undersökningar kommer att användas för utvecklingen av teknik för hantering och för att förbättra säkerhetsanalyserna. SKB har strukturerat analysen av behovet av forskning i tre kategorier:
• Beträffande processförståelse har SKB identifierat behovet för framtida insatser på en fördjupad förståelse för mekanismen för upplösning av bränslematrisen vid kontakt med grundvatten. Upplösningsdata behövs för nya typer av så kallat dopat kärnbränsle, högutbränt kärnbränsle samt för metalldelar från
bränsleelement och styrstavar. Dessutom behövs insatser för att noggrannare kvantifiera utsläpp efter kapselbrott av den omedelbart frigjorda fraktionen (”the instant release fraction – IRF”) som inte ligger inbäddad i bränslematrisen. Det återstår också att reducera osäkerheter angående speciering och lösligheter av utsläppta radionuklider.
• Hantering av det använda kärnbränslet, vilket inkluderar hänsyn till
åldringsförändringar i kärnbränslet och hantering av icke-reguljärt kärnbränsle (skadat kärnbränsle).
• Kärnbränsleinformation, kriticitet och kärnämneskontroll, vilket inkluderar verifiering av resteffekt, metoder för bestämning av väsentliga bränsleparametrar samt uppbyggnad av kompetens och analysmetoder för kriticitetsanalys av kärnbränslet i kapseln.
SSM:s bedömning
SSM bedömer att SKB:s redovisning av framtida insatser för processförståelse i det använda kärnbränslet i Kärnbränsleslutförvaret är väl motiverade och SKB:s satsningar kommer att täcka de frågor som har stor säkerhetsbetydelse och som också kräver fördjupad förståelse för att minimera osäkerhet i konsekvensanalysen.
5.2.1 Icke-reguljära kärnbränslen
SSM redovisar i detta avsnitt synpunkter på avsnitt 7.1 i SKB:s Fud-program.
SKB:s redovisning
I Clab förvaras till största del kärnbränsle från driften av svenska BWR- eller PWR- reaktorer. I övrigt förvaras även så kallat icke-reguljärt kärnbränsle från Ågesta, i form av MOX samt skadade eller testade stavar från Studsvik. För kommande Fud-period är hantering av skadat kärnbränsle en aktuell fråga. Enligt SKB:s redovisning finns långt utvecklade planer på att konditionera det skadade kärnbränslet genom torkning samt paketering i Studsvik så att det kan slutförvaras i en KBS-3-kapsel.
Remissinstansernas synpunkter
Oskarshamns kommun refererar till SKB:s redogörelse för hur det använda kärnbränslet
ska kartläggas för att fastställa dess olika egenskaper och att det i hanteringen ingår
torkning av kärnbränslet innan det installeras i kapslarna. Kommunen efterfrågar en beskrivning av torkningsmetoden och hur stipulerad nivå på torkningen ska nås samt vad som speciellt behöver göras i detta avseende för skadat kärnbränsle.
SSM:s bedömning
SSM bedömer att de av SKB redovisade planerna för det fortsatta arbetet med omhänder- tagande av icke-reguljärt kärnbränsle förefaller vara ändamålsenliga. SKB behöver fokusera arbetet inom kommande Fud-period till frågeställningar rörande hantering av skadat kärnbränsle.
5.2.2 Åldring av kärnbränsle
SSM redovisar i detta avsnitt synpunkter på avsnitt 7.2 i SKB:s Fud-program.
SKB:s redovisning
SKB redovisar hur man planerar att följa upp egenskaperna hos kärnbränslet som är lagrat i Clab för att veta hur det ska kunna hanteras vid inkapslingen i Clink. SKB baserar planerna för framtiden på inspektionsprogram av bränslet som lagras i Clab samt omvärldsbevakning. Om oväntade resultat fås vid inspektionerna hanteras detta med åldringsprogrammets metodik.
SSM:s bedömning
SSM bedömer att SKB har tillräckligt väl utvecklade planer för att följa hur långtids- lagring påverkar bränslets egenskaper. SSM instämmer i att det är tillräckligt att inspektera och analysera bränslet den dag man ser någon påverkan.
5.2.3 Resteffekt och bränslemätning
SSM redovisar i detta avsnitt synpunkter på avsnitt 7.3 i SKB:s Fud-program.
SKB:s redovisning
SKB har identifierat ett behov av att utveckla mätmetoder för att mäta kärnbränslets egenskaper under inkapslingsprocessen. Egenskaper är t.ex. resteffekt och aktivitets- nivåer. SKB har satt upp en målbild och identifierat aktörer i omvärlden som arbetar med liknande frågor. SKB drar paralleller med mätningar för kärnämneskontroll men noterar också att förväntningarna på ett mätsystem i inkapslingsprocessen är något annorlunda. Arbete med mätningar har gjorts under den pågående Fud-perioden inom ett större internationellt samarbete. SKB har sedan Fud-program 2013 genomfört mätningar på 50 bränsleelement som finns i Clab, samtliga 50 med gammaspektroskopiska metoder och en del med kalorimetri och neutrondetektionsmetoder. Planen för kommande Fud-period är att avsluta de pågående mätningarna, testa några nyutvecklade metoder och analysera data.
Remissinstansernas synpunkter
Uppsala universitet framför att forskningsarbete kring det använda kärnbränslets kärn-
fysikaliska egenskaper bedöms som fortsatt viktigt. Dels på grund av kärnämnes-
kontrollens krav och behov och dels på grund av de operativa behoven vid inkapsling och förvar. Universitetet vill framföra potentialen med att använda så kallad "Total Monte Carlo"-metodik för att i analyserna ta hänsyn till osäkerheter i grundläggande kärndata och hur dessa propagerar i olika delar av systemet.
SSM:s bedömning
SSM konstaterar att SKB:s beskrivning av bränslemätningar visar på ett aktivt utvecklingsarbete. SSM bedömer att de av SKB redovisade planerna för det fortsatta arbetet med bränslemätningar förefaller vara ändamålsenliga och i rimlig omfattning i förhållande till andra områden inom Fud-programmet.
5.2.4 Kriticitet
SSM redovisar i detta avsnitt synpunkter på avsnitt 7.5 i SKB:s Fud-program.
SKB:s redovisning
SKB:s program avseende fördjupad och breddad kriticitetsanalys har som övergripande mål att kriticitetsanalyserna för alla SKB:s nuvarande och framtida anläggningar ska vara gjorda efter samma metodik för utbränningskreditering och BA-kreditering (brännbara absorbatorer).
SKB redovisar att det huvudsakliga arbetet i framtiden med avseende på kriticitets- säkerhet är att säkerställa kompetens och följa med i utvecklingen av beräkningsmetoder. Specifika frågeställningar som SKB planerar fortsätta med under kommande Fud-period är till exempel hantering av kriticitetsanalyser av icke-nominella geometrier i kapseln och utarbetning av strategi för att ta hand om de bränsleknippen som inte möter kapselns utbränningskrav.
SSM anser att SKB i Fud-program 2016 har redovisat en godtagbar plan för fortsatt arbete med kriticitetssäkerhetsanalyser genom att effektivisera analyskapaciteten både hos SKB och hos Vattenfall Nuclear Fuel (VNF), analysera specialfall samt att fortsätta följa utvecklingen av metoder och acceptanskriterier. SSM bedömer att de åtgärder som SKB redogör för innebär ett aktivt arbete med att säkerställa kompetens inom området.
5.2.5 Bränsleupplösning samt radionuklidspeciering och lösligheter
SSM redovisar i detta avsnitt synpunkter på avsnitt 7.7 i SKB:s Fud-program.
SKB:s redovisning avseende bränsleupplösning
Omfattande tester och forskning har gjorts under åren för att undersöka hur olika bränslematerial och driftsätt påverkar egenskaper som antas i långtids- och slutförvar. SKB har beaktat riskerna från två håll, dels upplösning av kärnbränslekutsar
Remissinstansernas synpunkter
Uppsala universitet framför att forskningsarbete kring det använda kärnbränslets kärn-
fysikaliska egenskaper bedöms som fortsatt viktigt. Dels på grund av kärnämnes-
kontrollens krav och behov och dels på grund av de operativa behoven vid inkapsling och förvar. Universitetet vill framföra potentialen med att använda så kallad "Total Monte Carlo"-metodik för att i analyserna ta hänsyn till osäkerheter i grundläggande kärndata och hur dessa propagerar i olika delar av systemet.
SSM:s bedömning
SSM konstaterar att SKB:s beskrivning av bränslemätningar visar på ett aktivt utvecklingsarbete. SSM bedömer att de av SKB redovisade planerna för det fortsatta arbetet med bränslemätningar förefaller vara ändamålsenliga och i rimlig omfattning i förhållande till andra områden inom Fud-programmet.
5.2.4 Kriticitet
SSM redovisar i detta avsnitt synpunkter på avsnitt 7.5 i SKB:s Fud-program.
SKB:s redovisning
SKB:s program avseende fördjupad och breddad kriticitetsanalys har som övergripande mål att kriticitetsanalyserna för alla SKB:s nuvarande och framtida anläggningar ska vara gjorda efter samma metodik för utbränningskreditering och BA-kreditering (brännbara absorbatorer).
SKB redovisar att det huvudsakliga arbetet i framtiden med avseende på kriticitets- säkerhet är att säkerställa kompetens och följa med i utvecklingen av beräkningsmetoder. Specifika frågeställningar som SKB planerar fortsätta med under kommande Fud-period är till exempel hantering av kriticitetsanalyser av icke-nominella geometrier i kapseln och utarbetning av strategi för att ta hand om de bränsleknippen som inte möter kapselns utbränningskrav.
SSM anser att SKB i Fud-program 2016 har redovisat en godtagbar plan för fortsatt arbete med kriticitetssäkerhetsanalyser genom att effektivisera analyskapaciteten både hos SKB och hos Vattenfall Nuclear Fuel (VNF), analysera specialfall samt att fortsätta följa utvecklingen av metoder och acceptanskriterier. SSM bedömer att de åtgärder som SKB redogör för innebär ett aktivt arbete med att säkerställa kompetens inom området.
5.2.5 Bränsleupplösning samt radionuklidspeciering och lösligheter
SSM redovisar i detta avsnitt synpunkter på avsnitt 7.7 i SKB:s Fud-program.
SKB:s redovisning avseende bränsleupplösning
Omfattande tester och forskning har gjorts under åren för att undersöka hur olika bränslematerial och driftsätt påverkar egenskaper som antas i långtids- och slutförvar. SKB har beaktat riskerna från två håll, dels upplösning av kärnbränslekutsar
(bränslematris), dels löslighet av radionuklider. Resultaten används för slutförvarets säkerhetsanalyser inom modellering av transport av radionuklider ut ur en skadad kapsel. Om upplösning av kärnbränslekutsar innehåller Fud-redovisningen i korthet:
• SKB har studerat upplösning av bränslekutsar (bränslematris) under inverkan av vattenradiolys. Både den elektrokemiska reaktiviteten mellan radiolysoxidanter och urandioxid och den katalytiska sönderdelningen av väteperoxid som radiolysoxidant har beaktats i utredningen. Vid vissa tester noteras att Simfuel har en lägre redox-reaktivitet än urandioxid och de katalytiska effekterna sker främst vid korngränserna i proverna. Andra faktorer som möjligen kan minska upplösningen kan vara omgivningsmiljön såsom förekomst av reducerande ämnen i bentoniten.
• SKB har även studerat brackvatten och bromidhaltens inverkan på upplösningen av alfadopade prover i EU-projektet Redupp.
• SKB redovisar resultat från EU-projektet First Nuclides om driftsättets påverkan på frigörelsehastigheten hos fraktionen snabbt frigjorda nuklider. Där noteras att längdvärmebelastning (linjär effekt) har större påverkan än utbränning samt att dopat bränsle med tillsatt krom och aluminium kan ha en lägre frigörelsehastighet än standardbränsle. Dessutom visar det att endast en obetydlig del av Se-79 frigörs som den snabbt frigjorda fraktionen.
• SKB har under pågående Fud-period börjat testa upplösning av högutbränt kärnbränsle.
• Materialen i styrstavar har testats och hittills har ingen signifikant upplösning av Ag, In och Cd från legeringen i styrstavarna noterats.
Fortsatta tester angående strålningsinducerad bränsleupplösning planeras i ett par doktorandprojekt på KTH och fokuseras på de processer som sker på bränsleytan för att kunna belysa fissionsprodukternas inverkan på den strålinducerade upplösningen. SKB har även planerat tester på högutbränt bränsle i autoklav hos Studsvik Nuclear AB (SNAB) för att fastställa matrisupplösningshastighet under reducerande förhållanden. Vidare planerar SKB att ansöka om ett nytt EU-projekt för att studera effekterna av krom och aluminium på matrisupplösningen. Även lakningsstudier av MOX-bränsle har planerats. Dessa studier ska kompletteras med försök med modellsystem samt med kopplade modelleringsstudier i åtanke. Slutligen planeras studier som ska adressera de frågor om den snabbt frigjorda fraktionen som inte kunde besvaras under genomförandet av EU-projektet First Nuclides.
SSM:s bedömning
SSM bedömer att SKB:s omfattande forskning inom området är ändamålsenlig. SSM ser positivt på att utredningarna och testerna sprids på olika inriktningar. SSM ser positivt på doktorandprojekt vid de svenska lärosätena, att den infrastruktur som finns i Studsvik utnyttjas och att SKB samtidigt bedriver ett aktivt internationellt arbete.
SSM anser dock att SKB i sin kommande forskning bör fortsätta att sträva efter en systematisk och ömsesidigt konsistent förståelse av mekanismerna, i syfte att minimera osäkerhet i kvantifieringen av bränsleupplösning i säkerhetsanalysen. Ett exempel kan vara att vidare utreda nivån av bakgrundsgammastrålning i de alfadopade proven och jämföra denna nivå med den nivå som det använda kärnbränslet har i Kärnbränsleförvaret
många tusen år efter förslutning. På detta sätt kan inverkan av bakgrundsgamma-
strålningens förmåga att aktivera väte utvärderas liksom om proven är representativa för använt kärnbränsle i framtiden i detta sammanhang.
SKB:s redovisning avseende radionuklidspeciering och lösligheter
Om löslighet av radionuklider innehåller Fud-redovisningen i korthet:
• EU-projektet Skin undersökte sorptions- och upptagsmekanismer och har resulterat i en vetenskaplig metodik för att kvantifiera graden av irreversibelt upptag av radionuklider i mineralfaser efter initial ytadsorption. Även radium- barium-samfällning har studerats. Resultaten visar att den fasta lösningen radium- barium-sulfat bör behandlas som ett termodynamiskt jämviktssystem i ett
långsiktigt geologiskt perspektiv.
• Inom EU-projektet Redupp studerades ytorna hos material med fluoritstruktur, det vill säga samma kristallstruktur som UO2 och använt bränsle. En förlängning av detta arbete resulterade i en beskrivning av hur vatten sorberar och reagerar med UO2-ytor.
• En stor del av undersökningarna från Fud inom urlakning och upplösning görs tillgängliga i internationella databaser. Inverkan av karbonathalt och pH på lösningen av toriumdioxid har studerats.
Arbete med att studera radionuklidlöslighet i olika former av uranmineraler planeras fortsätta. Detta görs till stor del inom internationella samarbeten, och SKB tar upp Amphos 21, OECD/NEA Thermochemical Database samt ett planerat EU-projekt.
Remissinstansernas synpunkter
Kungliga vetenskapsakademien (KVA) framför att kunskapsläget rörande relevant
radionuklidkemi generellt är gott och att av SKB redovisat planerat program är
välmotiverat. KVA framför i anslutning till detta att det skulle vara av intresse att även göra lakförsök med UO2 i alkalisk miljö och vid höga karbonathalter med syfte att undersöka om ett anjoniskt komplex kan bildas under förvarsbetingelserna.
KVA framför också att det finns en teoretisk möjlighet att U(V) kan existera under anoxiska betingelser (inom ett smalt Eh-pH-”fönster”), vilket skulle påverka uranets löslighet och mobilitet. KVA anser därför att en eventuell möjlig bildning av U(V) bör verifieras eller falsifieras.
SSM:s bedömning
SSM bedömer att de av SKB redovisade planerna för det fortsatta arbetet med löslighet av radionuklider förefaller vara ändamålsenliga.