Kärnkraft på nytt sätt med små reaktorer

Forskningen kring kärnkraft har gått på sparlåga de senaste decennierna, men nu startar ett projekt där målet är att bygga en liten reaktor av en modell som är ny för Sverige. Den ska bli mindre, billigare och säkrare än de traditionella reaktorerna, är det tänkt.

Om allt går enligt planerna ska en första modell för forskningsbruk vara igång i Oskarshamn om lite drygt tio år. Stiftelsen för Strategisk forskning har lagt femtio miljoner på att driva den första fasen av projektet.

Satsning på småskalig kärnkraft

– Vad jag vet så är det här den största enskilda satsningen på kärnkraftsforskning sedan man byggde landets första forskningsreaktor R1 här på KTH 1954, säger Pär Olsson, professor i fysik och samordnare av projektet som går under namnet Sunrise.

Tanken är att många små reaktorer ska komplettera eller ersätta de stora anläggningar som idag står i Forsmark, Ringhals och Oskarshamn.

Flygbild över Forsmarks kärnkraftverk. Bild: Anders Sandberg, WikiMedia, CC-BY-2.0

En nyckelfigur i projektet är Janne Wallenius, reaktorfysiker vid KTH i Stockholm. Han har under flera år arbetat med att ta fram en reaktor av just den här typen, och nu är hans tänkta reaktorkonstruktion en central del av Sunrise-projektet.

Vad betyder då ”liten” i det här sammanhanget?

För den som inte är hemma i reaktorvärlden kanske den låter stor; det ska bli en cirka fem meter hög och ungefär lika bred cylinder. Den är alltså ungefär som en mindre stadsbuss i storlek, och är därmed betydligt mer hanterbar än ett vanligt kärnkraftverk.

– Det här är en ”snabb” reaktor, en så kallad brid-reaktor, säger Janne Wallenius. Det innebär att den utnyttjar uranbränslet effektivare och att den skapar nytt bränsle i form av plutonium.

En snabb reaktor ger därmed ifrån sig mindre mängder farligt avfall, och kallas för kärnkraftens generation 4.

– Det viktigaste med snabba reaktorer är att de kan tillverkas i serier, och därmed konstrueras billigare och snabbare än ett traditionellt kärnkraftverk, säger Janne Wallenius. Man slipper också allt det som följer med de stora byggen som dagens kraftverk innebär, där varje projekt är unikt med stora kostnader för finansiering, tid för alla tillstånd, med mera.

En sådan här snabb reaktor kan göras liten, men den kan inte kylas med vatten, som en traditionell kärnreaktor. Vattnet fångar nämligen in de neutroner som driver kedjereaktionen i uranet, den process som frigör energin. Så med vatten kring härden, som i dagens vanliga reaktorer, stannar kärnreaktionen av. Man behöver alltså ett alternativt kylmedel.

Flytande bly som kyler

En beprövad idé är att använda flytande natrium för kylning. Det fungerar, men skapar risker. Natrium reagerar våldsamt med både vatten och luft, och kan vara besvärligt att hantera.

Den lösning som Wallenius sedan flera år har jobbat med är att använda flytande bly som inte alls är lika reaktivt. Det låter kanske främmande att använda en smälta av het metall som kylmedel, men det är en fråga om temperaturskillnader.

Det flytande blyet är runt 400 grader varmt och reaktorhärden är flera hundra grader varmare. Det flytande blyet tar upp värme från härden och värmer sedan vatten till ånga, som i sin tur driver en ångturbin – som i traditionell kraftverksteknik.

Blyet ger också högre säkerhet är det tänkt. Eftersom bly, som används för att kyla reaktorn skyddar mot strålning så skulle bara en minimal mängd radioaktivitet läcka ut vid en eventuell olycka. Det flytande blyet är också självcirkulerande runt reaktorhärden, vilket innebär att kylningen inte är beroende av elförsörjning utifrån – det gör att man inte riskerar en händelse som den i Fukushima 2011, när elektriciteten till kylningens vattenpumpar försvann och reaktorn överhettades.

Nytt stål skyddar blyet

Men det är materialet där blyet cirkulerar som är den känsliga frågan och en nyckel till att lyckas med hela projektet. Problemet är att blyet äter sig in i metallrören, de korroderar.

– Vi hade kunnat bygga sådana här reaktorer för längesen om det inte var för korrosionsproblemet, säger Peter Szakalos, materialforskare vid KTH i Stockholm och en annan av de centrala personerna i projektet.

– Tekniken är känd sedan 1960-talet, men det har varit svårt att hitta ett material till kylrören som håller.

Men sedan ett par år har Peter Szakalos och hans kolleger tillsammans med metallexperter på verkstadskoncernen Sandvik tagit fram ett nytt stål innehållande krom och aluminium samt lite andra tillsatser som skapar ett självläkande tunt och starkt skyddande skikt av aluminiumoxid som tål det korroderande blyflödet upp till 800 graders värme, och det ska räcka, anser man.

Det som återstår att göra är bland annat att göra materialet hårdare så att det tål trycket i ledningarna. Testningar av stålet och de svetsningar som behövs ska göras vid KTH och Luleå Tekniska Universitet.

Flera steg till färdig reaktor

Sunrise-projektet är det första steget mot en fungerande reaktor och innefattar förberedelser, planering och tester av material.
Det andra steget är att bygga en reaktor med den här tekniken fast utan uranbränsle, en blykyld elektriskt uppvärmd prototyp, en testmodell utan radioaktivt bränsle där material och konstruktion kan prövas under drift.

Det tredje steget är en fullskalig reaktor som drivs av uranbränsle och som man i projektet föreslår kan placeras i Oskarshamn, även om inga tillstånd för det finns dag.

– Än så länge räcker anslaget till den första fasen, säger projektsamordnare Pär Olsson. Om vi får finansiering på ytterligare 200 miljoner så kan vi ha den eldrivna prototypen klar om ungefär fem år. Sen tar det tio till femton år att bygga en färdig forskningsreaktor, troligen det senare. Det som tar mycket tid är själva tillståndsprocessen. Kostnaden för en fungerande forskningsreaktor blir drygt en miljard.

Men kärnkraft är en omstridd fråga i Sverige.

Även om de nya reaktorerna är säkrare och ger mindre farligt avfall så finns det en kritik mot att satsa på ny kärnkraft. Nu handlar det inte så mycket om säkerhetsfrågor utan mer om att några nya reaktorer kommer att dröja så länge innan de är i kommersiell drift, kanske trettio år, och då täcks vårt elbehov av allt billigare vindkraft och elektricitet från solceller. Det skulle då bara bli en dyr lösning på ett problem som inte längre finns, har det sagts.

Men Pär Olsson håller inte med om det.

– De som säger så underskattar kostnaderna och problemen med att ställa om hela vårt elsystem till de förnybara energislagen. Det finns ekonomi i ny kärnkraft, anser jag. Och det behöver inte ta så mycket som trettio år att utveckla de nya reaktorerna om man bara driver på utvecklingen. Dessutom är det så att det här inte bara handlar om Sverige. Den teknik som vi utvecklar kan ersätta fossilenergi globalt, till exempel gamla kolkraftverk i andra länder, säger Pär Olsson.

Text: Tomas Lindblad på uppdrag av forskning.se