”Katastrofalt” – koppar för kärnavfall korroderar

Svensk kärnbränslehanterings underjordiska bergslaboratorium på Äspö norr om Oskarshamn som byggts för att testa framtidens slutförvar. Det riktiga slutförvaret kommer att ligga vid Forsmark. FOTO: Sanna Dolck/TT

”Katastrofalt” – koppar för kärnavfall korroderar

Katastrofalt. Det säger KTH-forskaren Peter Szakalos om de kopparprover som Svensk kärnbränslehantering plockat upp från sin försöksanläggning. Korrosion kommer att göra att de kapslar som ska användas vid slutförvar av kärnavfall kanske inte ens håller i hundra år. Och då är ändå strålningen inte med i beräkningarna, konstaterar professor Christofer Leygraf.

Skribent Kerstin Lundell

15 december 2020, kl 12:49

Nu har Svensk kärnbränslehantering presenterat resultat från sina långtidsförsök av det som behövs för slutförvar av kärnbränsle. Efter 20 år i berggrunden i närheten av kärnkraftverket i Oskarshamn har kopparbitar plockats upp som nu analyserats.

Professor Christofer Leygraf och forskaren Peter Szakalos, båda vid Kungliga tekniska högskolan i Stockholm, KTH, har sett delar av materialet. De har bland annat studerat foton av några av de kopparbitar som plockats upp från marken under småländska Äspö, en plats som liknar dendär slutförvaret i Forsmark planeras.

LÄS MER: Strålsäkerhetsmyndigheten mörkade risker med slutförvaret

”Katastrofal korrosion”

Precis som där, har kopparn i Äspö omgetts av bentonitlera som ska hindra vatten från omgivningen, syrgas i luft och annat korrosivt från att nå kopparytan. Kopparbitarna har också värmts upp till olika temperaturer. Ju varmare desto mer korrosion.

De bitar som de två KTH-forskarna kunnat studera, är inte de som värmts upp mest och är därför inte de som påverkats mest av omgivningen. Ändå anser Peter Szakalos som studerat kopparfrågan under många år att resultatet är katastrofalt. Han säger att det nu är tydligt att den koppar som är så omdiskuterad inte kommer att hålla alls så länge som Svensk kärnbränslehantering räknar med.

På de bilder han sett från kopparen som hämtats upp från berggrunden i Äspö syns tydliga spår av korrosion. Hade processen gått så långsamt som Svensk kärnbränslehantering säger, borde nästan inget alls ha synts, utan kopparytan skulle fortfarande ha varit kopparfärgad, kanske inte helt blank men ändå tydligt metallskimrande.

– Man kan summera att det är katastrofal korrosion jämfört med vad modellen har angivit. Den anger närmast obefintlig korrosion, säger Peter Szakalos.

Kopparen blir sprödare

Det finns även dokumentation av kopparbitarna i genomskärning. Där syns tydliga spår av gropkorrosion, alltså att kopparen inte rostar jämnt, utan att korrosionen i vissa områden går längre in i materialet. Gropar bildas som riskerar att bli allt djupare tills dess att det gått hål i det fem centimeter tjocka kopparlagret i de kapslar som ska användas i slutförvaret.

– Det finns många tvärsnittsbilder gjorda vid lägre temperatur. De visar redan så mycket korrosion att man förstår att det måste vara illa vid hög temperatur.

Korrosionen ökar flera gånger om när temperaturen ökar med tio grader. De bitar som hettats upp mest, till 90 grader, har forskarna inte fått se. För dem kan det handla om tusen gånger värre angrepp, kanske upp till tiotusen till och med, enligt Peter Szakalos.

Korrosionen leder till en annan process som kan skada kopparen, nämligen väteförsprödning. För när kopparen korroderar, reagerar den enligt Peter Szakalos med syre från vatten. Då frigörs väte. Och de små och mycket reaktiva väteatomerna ger sig in bland de större kopparatomerna och skapar svagheter och spänningar, som gör att kopparens hållfasthet försämras ytterligare. Den blir sprödare och har svårare att stå emot spänningar och tryck från omgivningen. Risken för hål i barriären ökar ytterligare.

– De första kapslarna kommer med all sannolikhet att spricka efter mellan 50 till 100 år. Att de håller i 100 000 år som krävs enligt villkoret är uteslutet, säger Peter Szakalos.

Snabbare hål i barriären

Christofer Leygraf som är expert på just korrosion håller med om att kapslarna inte kommer att hålla så länge som utlovat.

– Vi kan ju se på bilderna att det förekommer korrosionsangrepp. Det är högre korrosionshastighet än vad Svensk kärnbränslehantering påstår, säger Christofer Leygraf.

Och då har kopparbitarna ändå inte utsatts för strålning från det kraftigt radioaktiva använda kärnbränsle som kopparen ska omsluta i det planerade slutförvaret i Forsmark. En effekt av strålningen är att den förvärrar väteförsprödningen. Strålning splittrar vattnets molekyler så att väte frigörs och det gör att kopparen skadas mycket snabbare. Det har varit ämnet för en doktorsavhandling där Christofer Leygraf var handledare. Resultatet var tydligt.

– Doktoranden visade att korrosionen blev tusenfaldigt större med strålning än utan, säger Christofer Leygraf.

Bild ur SKB:s rapport. Klicka på bilden för att ladda ned rapporten.

Problemet förvärrades av att angreppen på ytan var lokala, vilket gör att det blir hål i kopparbarriären ännu snabbare än om korrosionen hade var jämnt utspridd över ytan. Strålning ensamt ställer inte till med lika stora problem, utan den stora skadan uppstår vid kontakt med både vatten och strålning.

Christofer Leygraf tycker att det är underligt att inga försök gjorts under mer realistiska förhållanden, med kopparkapslar som omsluter radioaktiva bränslestavar i en berggrund som liknar den i Forsmark. Tio år hade kanske räckt för att ge något bättre underlag för kunna säga om den föreslagna metoden håller måttet eller inte.

– Man har aldrig testat hela konceptet under verkliga förhållanden. Att man trots det kan påstå att något ska hålla i 100 000 år det förstår jag inte, säger Christofer Leygraf.

LÄS MER: Slutförvaret av kärnavfall fortfarande osäkert menar forskare

40 år har gått

Han tänker att förslaget kanske verkade bra när det först presenterades för 40 år sedan. Forskarna bakom det var framstående. En av dem var för övrigt liksom Leygraf själv professor i kemi vid KTH. Men de ansåg inte själva att sista ordet var sagt. Christofer Leygraf berättar att de räknade med att ny kunskap med tiden skulle göra att metoden modifierades. Så här skrev de när de presenterade sin metod:

”Gruppen vill avslutningsvis påtala fördelen med att uppskjuta den slutliga förvaringen av avfallet i minst 30 år – gärna 100 år.” De tyckte att det var bra att vänta in teknikutvecklingen ”så att förvaringen kan utföras på ett teknisk-ekonomiskt optimalt sätt”.

Mer än 40 år har gått sedan det här skrevs. Men tekniken har inte utvecklats nämnvärt, enligt Christofer Leygraf.

Han tycker att det är underligt. För det hade gått att hitta en bättre metod anser han. Och det går fortfarande att ändra tekniken så att risken för att förvaret börjar läcka radioaktiva isotoper minskar. Det går också fortfarande att testa den teknik som finns på ett bättre sätt.

– Ingenting är för sent, säger Christofer Leygraf.

Hos Svensk Kärnbränslehantering svarar Simon Hoff på presstjänsten.

”Försöket innehåller kopparkomponenter men är inte utformat för att ge detaljerade svar på korrosionsfrågor, de svaren har vi fått genom andra experiment och studier. Trots det visar resultaten inte på något som motsäger slutsatserna i SKB:s säkerhetsanalys.”