Uran som bränsle

Hur blir uran till kärnbränsle?

Uranet måste omvandlas i ett antal steg för att kunna användas som kärnbränsle för elproduktion. Efter brytningen transporteras uranmalmen till ett uranverk där den mals ner till pulver. Målet är sedan att öka uranhalten genom olika processer. Slutresultatet är ett urankoncentrat i form av ett gult pulver.

Uranverken finns ofta i närheten av de gruvor som bryter uranet. Urankoncentratet omvandlas sedan till uranhexafluorid, ett ämne som liknar paraffin. Uranhexafluoriden värms upp och anrikas, vilket innebär att den bearbetas så att halten av klyvbart uran-235 ökar till de cirka 3 procent som kärnbränsle kräver. Anrikning av uran görs bland annat i Frankrike och Holland.

Uranet pressas till kutsar

Efter anrikningen kyls uranhexafluoriden och omvandlas till urandioxid i fast form. Själva kärnbränslet tillverkas slutligen av urandioxid som pressas samman till små cylindrar, så kallade kutsar.

Brytning av uran


Den svagt radioaktiva metallen uran är det tyngsta naturliga grundämnet och en av de vanligaste metallerna i alla världsdelars berggrund. Uran består av tre isotoper (olika former av samma grundämne): uran-234, uran-235, och uran-238. Den isotop som är lättast att klyva är uran-235, och därför används den som kärnbränsle. Uranmalmen bryts i gruvor eller dagbrott ovan jord. Uran till svenska reaktorer importeras. Kanada och Australien är de största uranproducenterna, men uran bryts även i Namibia, Sydafrika, Kazakstan, Uzbekistan och Ryssland.  Sverige importerar cirka 1500 ton uran per år. Merparten av det uran vi använder i Sverige kommer från Australien och Kanada. Brytningen av uran i gruvor är ofta helt automatiserad på grund av den höga strålningen från radon nere i marken.
 

Ingen förnybar energikälla

Uran är en uthållig men inte förnybar energikälla. De totala urantillgångarna i jordskorpa och havsvatten är mycket stora i jämförelse med vad som används vid kärnkraftsproduktion. Uran finns både i jordens inre och i jordskorpan. I jordens inre är halterna låga och i jordskorpan något högre.
Nuvarande globala urantillgångar väntas räcka till ytterligare mellan 100 och 200 års reaktorförbrukning, uranet i havsvattnen inte inräknat. Hittills har det inte varit lönsamt att utvinna uran ur havsvatten, men japanska forskare undersöker en metod för utvinning i stor skala av uran ur havsvatten.

Urantillgångar i Sverige

Mindre än en procent av världens samlade urantillgångar anses finnas i Sverige. De svenska uranfyndigheterna kan delas in i två grupper, alunskiffrar och fyndigheter i urberget.
SGU (Sveriges Geologiska Undersökningar) och Svensk Kärnbränsleförsörjning AB bedrev en omfattande prospektering efter uran i Sverige under 1970- och 1980-talen. Halterna av uran är låga vilket i dagsläget gör det svårt att få en lönsam brytning. Det finns inget förbud mot uranbrytning i Sverige och sedan några år undersöker utländska företag möjligheterna att bryta uran här.

Torium — nästa alternativ?

I jordskorpan finns ännu ett potentiellt kärnbränsle: torium. Man uppskattar att det finns tre gånger så mycket torium som uran i jordskorpan globalt sett. Världens hav innehåller också stora mänger av uran som potentiellt skulle kunna utvinnas.

Fördjupning om plutonium

Plutonium är ett radioaktivt grundämne som är tyngre än uran och i huvudsak bildas på konstgjord väg i kärnreaktorer genom att neutroner fångas in i kärnbränslet uran-238. Rent plutonium är ett metalliskt ämne som används i kärnbränsle, kärnladdningar och i batterier för särskilda ändamål.  Plutonium kan också användas som ingrediens i kärnvapen. Det plutonium som finns i batterier utgörs i huvudsak av plutonium-238, en stark alfastrålare och därmed en långlivad värmekälla. Sådana batterier har använts som energikälla i satelliter, för att driva instrument på månen, i fyrar och andra typer av apparater på isolerade platser, men även i så kallade "pace-makers".
I metallisk form reagerar plutonium med luft och bildar oxider. Den reaktionen sker spontant vid rumstemperatur och därför måste all hantering med plutoniummetall ske i slutna utrymmen med syrefri atmosfär.
Metallen ser ut som silver men avmattas och gulnar vid oxidering. Ett stycke plutonium kan kännas varmt på grund av den radioaktiva alfastrålningen. Större stycken plutonium kan avge tillräckligt med energi för att koka vatten.
Små mängder plutonium finns i naturen, och de bildas genom att fria neutroner infångas av uran på samma sätt som i en kärnreaktor. I naturen finns också spår av plutonium-244 (med en halveringstid på 82,6 miljoner år) som bildades när jordens alla övriga grundämnen bildades men framförallt i de naturliga kärnreaktorerna som till exempel den i Oklo i Gabon, Centralafrika.

Plutonium blir kärnbränsle

En del av det plutonium som bildas förbränns (genom kärnklyvning) medan bränslet sitter kvar i reaktorn och bidrar till energiproduktionen.
I en modern lättvattenreaktor med anrikat uranbränsle kommer i genomsnitt cirka en tredjedel av energiuttaget från kärnklyvningar av plutonium. Utbränt lättvattenreaktorbränsle innehåller knappt tio kilo plutonium per ton uran. Det plutonium som finns kvar kan återvinnas genom upparbetning och återanvändas i reaktorer som så kallat MOX-bränsle, (MOX = Mixed Oxide Fuel) som är en blandning av plutonium och uranoxider.

Källa: forskning.se
Innehållsansvarig:skc@kth.se
Tillhör: SKC
Senast ändrad: 2013-10-25