KTH-labb ska förnya tillverkningen av kärnbränsle

– Det handlar om att bygga upp ny infrastruktur som vi inte har i dag i Sverige och i världen, säger Pär Olsson, professor i fysik och kärntekniska material.

De två projekten syftar till att främja forskningsinfrastruktur samt testnings- och experimentinfrastruktur för framtida kärnkraft. Projekten ligger inom ramen för KTH:s strategiska forskningssatsning på kärnenergi, Nexus .

Ska prova nya tekniker

Professor Pavel Kudinovs projekt syftar till att skapa en avancerad experimentell plattform för att bygga kompetens, kunskap och innovation för framtidens kärnkraft.

Pär Olsson ska i det andra projektet bygga upp ett experimentellt forskningslaboratorium för att prova nya tekniker för att tillverka material och komponenter till mindre kärnreaktorer, kallade små modulära reaktorer, SMR. Målet är att hitta nya sätt att tillverka fossilfri värme för industrin, för elektrifiering och samhällets behov.

– Huvudmålet är att vi vill ta bort fossilberoendet från hela samhället. Den största knuten i Sverige är den tunga industrin, för den kan vi än så länge bara erbjuda elektrifiering med hjälp av kärnenergi, säger Pär Olsson.

Mindre reaktorer i anslutning

En tanke är att industri som kräver värme skulle kunna få den direkt från mindre kärnreaktorer som ligger i anslutning.

– Industrikluster om några företag skulle kunna ha en reaktor som tillgodoser deras behov samtidigt. En reaktor skulle kunna producera el och värme flexibelt. Vi har redan ett par forskningsprojekt för att studera just hur man kan koppla kärnenergi till processvärme. Det vi fått nu är möjligheten att bygga komponenter och material som kommer att behövas för en sådan utveckling, säger Pär Olsson.

Ska använda 3D-skrivare

Tekniken som ska prövas handlar om att tillverka det kärntekniska materialet i 3D-skrivare, i stället för att gjuta och forma komponenter på traditionellt vis.

–Det kommer gå att skriva ut till exempel bränsle i vilken form som helst. Ett alternativ är att utgå från tunna trådar, men de är ganska svåra att tillverka till rätt kvalitet av alla möjliga material. Det andra sättet är att utgå från pulver och använda laser eller en elektronstråle för att smälta det. Man tar väldigt lite pulver i taget och lägger på material allt eftersom, Det är den metoden vi satsar på här, säger Pär Olsson.

Metoden kallas additiv tillverkning och Pär Olsson beskriver den som att bygga med lego på mikroskopisk nivå.

Har hittat en maskin

– Vi har hittat en maskin som kan tillverka pulver av nästan vad som helst. Man tar en stålbit, smälter den till droppar och låter det stelna till pulver. Sen matar man en 3D-skrivare med detta och så får man ut det man vill i ny form. Matar man in stål får man ut stål i ny form och på samma sätt med kärnbränsle. Det som är utmanande är att olika material innebär olika svårigheter att göra det på och det är det vi kommer att lägga personalresurser på för att försöka förstå, säger han.

I dagsläget finns endast laboratorium i USA som har möjligheten att använda den här tekniken för att tillverka kärnbränsle.

– Vi vill kunna driva forskning och utveckling i Sverige. Kan vi bygga upp en starkare laborativ miljö behöver vi inte begränsa oss till det gamla sättet att tillverka kärnbränsle och komponenter till reaktorer, säger Pär Olsson.

Text: Sabina Fabrizi ( sabina@kth.se )

Läs om alla KTH:s strategiska forskningsinitiativ

Projektet NUCLEAR

Projektet ”Avancerat kärntekniskt laboratorium”, NUCLEAR, är ett samarbete mellan KTH, Luleå tekniska universitet samt företagen Westinghouse och Blykalla. Det tvååriga projektet syftar till att etablera ett forskningslaboratorium för kärntekniska material och komponenter. Infrastrukturen innebär ett viktigt steg i att stärka upp den nationella plattformen NuMaP .

Enligt Energimyndighetens bedömning är projektets nyttiggörande högt ”eftersom forskningslaboratoriet möjliggör forskning som nyttjar tekniker som inte finns tillgängliga i Sverige i dag och behovet av infrastrukturen har identifierats både i Sverige och inom internationella samarbeten”.

Projektet ExPaNS

Projektet ”Experimentell plattform för utveckling av nya reaktorer i Sverige”, ExPaNS, ska skapa en avancerad experimentell plattform för att bygga kompetens, kunskap och innovation för framtidens kärnkraft.

Framtidens reaktorer förlitar sig på passiva säkerhetssystem, vilket kräver kunskap om de fenomen som driver systemet i olika olycksscenarier. Blykylda reaktorer, populära kandidater för framtida utbyggnad, har nackdelen att blykylvätskan får reaktorkomponenterna att korrodera. Därför fokuserar projektet på att uppgradera befintliga forskningsanläggningar och bygga nya för att bedriva analys.