Säkrare och effektivare kärnkraft i SSF-projekt

Kärnkraft är en viktig del av energimixen och säkerheten är avgörande. Krombelagda bränslerör och nya bränslen kan vara en lösning för att både minska risken för olyckor och öka energieffektiviteten. I ett stort SSF-finansierat projekt leder Mattias Thuvander en grupp forskare som studerar detta ända ner på atomnivå.

Projektet har tre fokusområden: att utveckla nya beläggningar på bränslerören och på så sätt göra dem mindre känsliga för korrosion, att studera om bränslet, som idag består av urandioxid, kan ersättas av urannitrid i framtida reaktorer, samt att utveckla undersökningsmetoder för att studera använt radioaktivt bränsle. Urannitrid har högre effekt i kärnklyvning och bättre termiska egenskaper, i synnerhet i ett olycksscenario. Forskningen är en del av SSF-programmet Material för energiapplikationer och är ett samarbete mellan Chalmers, Uppsala universitet och KTH.
På Chalmers fysikinstitution är fokus framför allt på den renodlade materialforskningen.
– Ett problem med dagens bränslerör är att de korroderar snabbt vid hög värmeutveckling och vi såg mycket allvarliga konsekvenser av detta vid olyckan i Fukushima 2011. Vi forskar om hur man genom att belägga rören exempelvis med krom kan förhindra korrosion och då också få ut mer energi från bränslet, berättar Mattias Thuvander, docent på Chalmers.

Bra resultat
Genom avancerad tomografi studerar forskarna på Chalmers materialet atom för atom efter såväl normal drift som efter simulerade olyckor. Metallisk krombeläggning har visat sig fungera mycket bra i tryckvattenreaktorer, som är den typ som används på bland annat Ringhals, och Mattias tror att krombelagda rör kommersialiseras inom några år.
– De testas idag i sådana reaktorer i Belgien och USA och visar goda resultat, med mindre oxidering och högre nötningsbeständighet. I kokvattenreaktorer, som finns vid exempelvis Oskarshamn och Forsmark, är vattenmiljön mer oxiderande, så där återstår en del utmaningar. En lösning som vi studerar är att använda krom/niob-nitrider, säger han.

Energieffektiva
Förutom förhöjd säkerhet och tålighet gör krombelagda rör att man kan få ut mer energi ur samma mängd uran.
– De kostar mer att tillverka, men långsiktigt kan de bidra till att få ner driftskostnaderna och därmed visa sig vara kostnadseffektiva och ge mindre mängd avfall för slutförvaret, förklarar Mattias Thuvander.
Mattias vill gärna lyfta fram vikten av SSF:s finansiering.
– Den här typen av tvärvetenskapliga projekt ger spännande synergier och får effekt på många plan. Delar av detta kommer exempelvis att ingå i Energimyndighetens projekt om små modulära reaktorer, så det kommer till nytta även där, liksom i projekt om fjärde generationens reaktorer.