Nya bränslen för säkrare kärnkraft

Presentation
Andrea Fazi, doktorand och Mattias Thuvander, docent på Chalmers. Foto: Patrik Bergenstav
Andrea Fazi, doktorand och Mattias Thuvander, docent på Chalmers. Foto: Patrik Bergenstav

Förbättrad säkerhet i kärnkraftverk är syftet med ett spännande forskningsprojekt som är ett samarbete mellan Chalmers, KTH och Uppsala universitet. En beläggning på rör kan förhindra olyckor.

Genom att utveckla kärnbränslen med förbättrad tålighet mot höga temperaturer kan effekterna av en eventuell olycka minskas betydligt. Mattias Thuvander, docent på Chalmers, berättar:
– Vid olyckan i Fukushima 2011 blev det tydligt att dagens bränsle inte klarar av längre tider utan kylning. När cirkulationen av vattnet försvann ökade temperaturen snabbt. Bränslet oxiderade under kraftig vätgasutveckling, vilket ledde till explosioner. I vårt projekt vill vi förbättra materialen och därmed ge mer tid för att vidta åtgärder och undvika allvarliga olyckor.

Två sätt att förbättra bränslen
Själva kärnbränslet består av urandioxid i cylindrar som är en centimeter stora. Fyra meter långa kapslingsrör av zirkonium fylls med dessa små cylindrar.
– Vi vill utveckla bättre bränslen på två olika sätt. Om rören förbättras så de klarar högre temperaturer, börjar de inte oxidera lika fort. Genom att placera en tunn beläggning på zirkoniumrören, kan vi skydda dem mot oxidation inne i reaktorn om kylningen försvinner. Den andra delen handlar om att ersätta urandioxiden med urannitrid som har flera fördelar. Bland annat har urannitrid bättre värmeledningsförmåga, högre densitet och en bättre förmåga att ta upp farliga ämnen.
Kärnbränslets egenskaper utvärderas under normal drift och under simulerade olyckor. Vattentemperaturen höjs stegvis medan forskarna studerar korrosionen.

På marknaden inom tio år
Forskningen avseende beläggning på zirkoniumrören har gett lovande resultat, berättar Mattias Thuvander:
– För tryckvattenreaktorer verkar metalliskt krom fungera väldigt väl som skydd mot både korrosion och nötning. Denna beläggning bör även betyda att rören håller längre vid normal drift. Inom en tioårsperiod tror jag att vi har dessa rör ute på marknaden.
När det gäller kokarvattenreaktorer är vattenkemin svårare att hantera och forskarna letar vidare efter beläggningar som fungerar för denna typ av reaktor. Den vattenkänsliga urannitriden kräver också mer forskning innan man hittar en lösning.

Chalmers – Kärnbränsle
Mattias Thuvander, docent på Chalmers, leder ett materialforskningsprojekt med syftet att förbättra säkerheten i kärnkraftverk. Projektet är ett samarbete mellan Chalmers, KTH och Uppsala universitet och får bidrag från Stiftelsen för strategisk forskning, SSF.

För mer information, kontakta:
Mattias Thuvander
Docent, Chalmers
Tel: 031-772 33 22
mattias.thuvander@chalmers.se


Publicerad: 18 juni, 2020