NOU 2001: 30

Vurdering av strategier for sluttlagring av høyaktivt reaktorbrensel

Til innholdsfortegnelse

5 Status for lagring av høyaktivt reaktorbrensel i Norge

5.1 Innledende kommentarer

Alt brukt reaktorbrensel i Norge lagres i dag ved IFE's brenselslagre på Kjeller og i Halden. Lagringen skjer i henhold til internasjonale retningslinjer og de norske myndigheters krav. Lagrene omfattes av konsesjonen for IFE's nukleære anlegg og er under tilsyn av Statens strålevern. IFE følger avtalen ”Safeguards agreement under Non Proliferation Treaty between Norway and IAEA”. Dette krever at det føres nøye regnskap for lagring og bevegelse av alt nukleært materiale. IAEA sender jevnlig inspektører til IFE’s anlegg for å kontrollere og verifisere regnskap, rapporter og beholdning av nukleært materiale.

Det brukte brenselet lagres i form av metallisk naturlig uranbrensel, som oksidbrensel og i flytende form som løsninger. Det siste er bestrålt, naturlig uran fra uranrenseanlegget som var i drift på Kjeller rundt midten av 1960-tallet. Anrikningen, det vil si konsentrasjonen av uran-235, og utbrenningen av det brukte brenselet er sterkt varierende.

Totalt finnes det i dag ca. 16 tonn brukt brensel lagret på IFE's anlegg på Kjeller og i Halden. Ca. 6 tonn er lagret på Kjeller og ca. 10 tonn er lagret i Halden. Av de 6 tonnene med reaktorbrenselet på Kjeller eksisterer ca. ett tonn i form av flytende brenselsløsning.

Brukt brensel på Kjeller er lagret i tre adskilte bygninger. Lagrene betegnes: "Lager i Met. Lab II", "JEEP I stavbrønn" og "Brenselslager i Lagerbygg I".

I Halden lagres det brukte brenselet i kort tid i reaktorhallen inne i fjellet før det overføres til et basseng i en egen bygning utenfor fjellet. I tillegg til det operative bassenget er det i denne bygningen et horisontalt tørrlager. Lagrene betegnes: "Brenselsbassenger i reaktorhallen", "Lagringsbasseng i bunkerbygningen" og "Horisontalt tørrlager".

5.2 Beskrivelse av brensellagrene ved IFE

5.2.1 Kjeller

Lager i Met. Lab. II

Lagerbygget har en grunnflate på ca. 100m2. Veggene er av armert betong, kledd utvendig med stål og aluminiumsplater. Bygget har to kjøreporter av aluminium med rullesjalusi av stål på innsiden. Taket er av tre med stålgitter innvendig. Selve lageret består av en betongblokk under bakkenivå som inneholder 84 vertikale stålrør for tørrlagring av bestrålt brensel. Betongblokken er kledd utvendig med aluminiumsplater og er utvendig drenert til avløpsledningen som går til Radavfallsanlegget. 32 av stålrørsbrønnene er 3 m dype mens 52 er 3,5 m dype. Alle brønnene er skjermet i toppen med en tykk blyplugg. Lageret er illustrert i figur 5.1.

Figur 5-1 Brenselslageret i Met. Lab. II på Kjeller. Figuren viser også skjematiske illustrasjoner av stålrørsbrønnene.

Figur 5-1 Brenselslageret i Met. Lab. II på Kjeller. Figuren viser også skjematiske illustrasjoner av stålrørsbrønnene.

JEEP I stavbrønn

Lageret befinner seg i en frittliggende, mindre lagerbygning. Bygget er fundamentert på betongpeler og er konstruert av trereisverk dekket med Pernit brannhemmende plater innvendig. Utvendig er det trepanel belagt med stålgitter som er kledd med slagfaste polyesterplater. Taket er også av tre med stålgitter montert på utsiden som er dekket med takplater i stål. Lageret har en rullesjalusi kjøreport i stål.

Gulvet i lagerbygget er et betongfundament med 97 hull. Brønnene består av 97 vertikale stål "varerør" som er 2,7m lange. I den nedre enden er disse varerørene støpt fast i en 0,2m tykk betongsåle. På toppen er de festet i betongfundamentet. Toppen av hvert hull er dekket med et metalldeksel og ekspanderende pakning. Rommet rundt rørene mellom den nederste betongsålen og betongfundamentet er fylt med sand og fin pukk, en drenerende og telefri masse. Lagerposisjonene er forseglet med jernskinner som er skrudd fast med bolter og hele lageret er dekket med en aluminiumsplate som er forseglet og plombert av IAEA.

Brenselslager i Lagerbygg I

Dette lageret består av to separate rom i samme betongbygning. Rommene har ikke vinduer.

De flytende brenselsløsningene er oppbevart i syrefaste fat og beholdere. De fire syrefaste fatene har et total volum på 750 liter. Disse er plassert i to syrefaste oppsamlingskar som hvert rommer to fat. I et annet rom er det tre syrefaste, firkantede beholdere med et total volum på 2098 liter. Beholderne er plassert i syrefaste oppsamlingskar som hvert rommer en beholder.

5.2.2 Halden

Brenselsbassenger i reaktorhallen

Reaktorhallen er sprengt inn i fjellet og har et total volum på 4500m3. Tre brenselsbassenger er bygget i betong i gulvet i reaktorhallen. De er innvendig kledd med en malt stålkappe, og hvert basseng er beskyttet med hvert sitt stållokk. Det er boret gjennomføringer for 23 lagringsposisjoner i basseng 1, og gjennomføringer for 30 lagringsposisjoner hver i basseng 2 og basseng 3. For hver lagringsposisjon i brenselsbassengene 1 og 2 er det satt ned et aluminiumsrør hvor brenselselementene eller brenselspinner i lagringsbeholdere plasseres. Rørene er festet i styreplater på toppen og i bunnen av bassengene.

Brenselsbassengene er fylte med "demineralisert" vann. Vannet renses og kjøles ved at vannet sirkulerer gjennom en kjøle- og rensekrets. Brenselsbassengene er instrumentert med nivåmålere, temperaturmålere og strømningsmålere, for kontinuerlig kartlegging av tilstanden i brenselbassengene. Kvaliteten på vannet kontrolleres med faste intervaller. Luften over vannoverflaten ventileres over et filtersystem, og luften som slippes ut til omgivelsene er kontinuerlig kontrollert for innhold av radioaktivitet.

Lagerbassenget i bunkerbygningen

Bunkerbygningen har et volum på ca 1000 m3. Bygningen har betonggulv, og to av veggene er av betong med en høyde på ca. 6 m. Taket og de to andre veggene, samt øvre del av de to betongveggene, er konstruert av stål og er kledd med gipsplater, isolasjon og aluminiumsplater. Det er et eget ventilasjonsanlegg i bunkerbygningen, og all luft som ventileres ut av bygget kontrolleres for radioaktivitet. Bygningen har en kjøre/heveport i aluminium som låses når den ikke er i bruk.

Lagerbassenget i bunkerbygningen er 2,1 m x 3,2 m og 5,2 m dypt. Det er bygget i betong og er innvendig kledd med syrefaste stålplater som kan skiftes om nødvendig. Lagerbassenget er beskyttet med et 200 mm stållokk med 97 posisjoner boret i lokket. For hver lagringsposisjon i lagerbassenget er det satt ned et aluminiumsrør eller syrefast rør hvor brenselselementene eller beholdere med brenselstaver plasseres. Rørene er festet i styreplater på toppen og i bunnen av bassenget. En pakning er plassert rundt skjermingslokket for å gi en gasstett forbindelse mellom bassenget og lokket. I tillegg er alle hull/gjennomføringer også laget gasstette. Dette er for å gi et undertrykk i bassenget ved at gassfasen i bassenget er koplet til ventilasjonssystemet i bunkerbygningen, og luften kontrolleres kontinuerlig for radioaktivitet.

Bassenget er fylt med demineralisert vann, og vannet kjøles og renses ved at det sirkulerer gjennom en kjøle- og rensekrets med filter og ionebyttekolonne. Kvaliteten på vannet kontrolleres kontinuerlig ved hjelp av instrumentering, og analyseres med faste intervaller.

Horisontalt tørrlager

Det horisontale tørrlageret består av 202 horisontale stållommer som er 7 m lange. Rundt lageret er det en 2 m tykk betongskjerm, og fronten er skjermet med en 1 m tykk vegg av tungbetong. Ved åpningen av hver posisjon er det installert skjermingsplugg. Luft benyttes som kjølemedium for dette lageret.

Lagerbygningen i Halden er illustrert i figur 5.2.

Figur 5-2 Bygning for brenselslagrene i Halden. Bildet viser også lagringsposisjoner i bassenget under gulvet. Det horisontale tørrlageret er bak dekselet som er forseglet av IAEA.

Figur 5-2 Bygning for brenselslagrene i Halden. Bildet viser også lagringsposisjoner i bassenget under gulvet. Det horisontale tørrlageret er bak dekselet som er forseglet av IAEA.

5.3 Brenselstyper og mengder

5.3.1 Totale mengder av brukt brensel

Tabell 5.1 Reaktorbrensel i Norge per 22.06.2001

  Lagret avfall        
Brensels- typeNaturlig uranbrensel i salpetersur løsning2)Naturlig metallisk uran i fast formOksidbrensel i fast formAntatt årlig gjennomsnitts-tilvekst av oksidbrenselGjennomsnitts-mengde oksidbrensel i reaktorkjernene
  Vekt (kg)Volum (liter)Vekt (kg)Volum 1) (liter)Vekt (kg)Volum 1) (liter)Vekt (kg/år)Volum (liter/år)Vekt (kg)Volum (liter)
Halden006920370263023080746040
Kjeller106030003120160171015045422020
Total106030001004053043403801251168060

1)I denne tabellen er enheten liter valgt som enhet for volum av fast stoff isteden for enheten m3 (1 liter = 1 dm3).

2)Det foreligger planer om å redusere volumet av uranbrensel i salpetersur løsning ved å gjøre om avfallet til fast form (Eriksen et al., 2000).

Tabell 5.1 gir en oversikt, i tilnærmede vekter og volumer, av brenselet som er lagret på Kjeller og i Halden per 22.06.2001. Tabellen er basert på mer detaljert informasjon som er inkludert i Vedlegg 5.

Det brenselet som benyttes i dag ved forskningsreaktorene er oksibrensel, og den antatte årlige tilveksten av brukt brensel fra reaktorene er også vist i tabell 5.1. Ved utgangen av den nåværende konsesjonsperioden (slutten av år 2008) vil den totale tilveksten være på ca. 1000 kg i forhold til dagens situasjon.

Uranbrensel i salpetersur løsning

Brensel i flytende form er ikke egnet til deponering og det byr også på spesielle utfordringer ved langtidslagring. En plan for å bringe det flytende avfall over i fast form for fortsatt lagring ble fremlagt Statens strålevern av IFE 20. desember 2000. Arbeidet ventes utført i 2002.

Metallisk uran i fast form

Metallisk uran er meget kjemisk reaktivt. Det reagerer lett med oksygen og reaksjonen innebærer at radioaktiviteten frigjøres fra brenselet. For å oppnå den meget langsiktige inneslutning og isolering av radioaktiviteten som deponering krever, forutsettes det at radioaktiviteten er bundet i brenselet. Metallisk uran egner seg dermed ikke for direkte deponering. Det arbeides internasjonalt med å finne en løsning på å stabilisere denne typen avfall. Den kjemisk reaktiviteten til metallisk uran må også tas hensyn til ved lagring. Tørrlagring er å foretrekke fremfor lagring i vann. Det metallisk uranet som er lagret i Halden og Kjeller stammer fra de første årene med reaktordrift. Dette brenselet krever ikke aktiv kjøling og kan dermed lagres tørt.

Oksidbrensel i fast form

Brensel i denne formen krever ingen forbehandling for lagring under kontrollerte forhold. Deponikonseptene som finnes i dag tar sikte på direkte deponering av oksidbrensel etter en omfattende innkapslingsprosess.

Beregning av isotopinnholdet i brukt oksidbrensel fra dagens reaktorer er vist i tabell 5.2.

Tabell 5.2 Isotopinnhold i brukt reaktorbrensel fra JEEP II og HBWR (IFE, 2000)

  Kjeller (JEEP II) Standard brensel Anrikning: 3,5% Utbrenning: 17.500 MWd/tUHalden (HBWR) Standard drivelement Anrikning: 6% Utbrenning: 30.000 MWd/tU
Isotopergram per tonn opprinnelig urangram per tonn opprinnelig uran
Am-241138
Am-24314
Np-23775149
Pu-2381021
Pu-23930353126
Pu-240684999
Pu-241203365
Pu-2423273
U-2330,00050,001
U-234230376
U-2351672327629
U-23628565189
U-23715
U-238958180931070
Cs-135351297
Cs-1376361107
I-12983141
Pd-1074671
Sr-90368656
Tc-99456775
Zr-93426736

I tillegg til det historiske brenselet som i dag er lagret på Kjeller og i Halden og den tilveksten en forventer fra forskningsreaktorene i årene som kommer, vil det totale høyaktive avfallet også omfatte det drivbrenselet som må tas ut av reaktorene ved avvikling. Den gjennomsnittlige mengden av oksidbrensel i reaktorkjernen til JEEP II på Kjeller er ca. 220 kg og for HBWR i Halden er den ca. 460 kg.

5.3.2 Kjeller

På Kjeller er det lagret ca. 6000 kg brensel, tilsvarende et volum på 310 liter brensel i fast form og 3000 liter brensel som løsning. Det er beregnet en årlig tilvekst på 45 kg oksidbrensel i fast form, tilsvarende et volum på ca. 4 liter.

Lager i Met. Lab. II

I brensellageret i Met. Lab. II lagres standard brensel fra JEEP II reaktoren og eksperimentelt brensel fra Haldenreaktoren som har gjennomgått en etterbestrålingsundersøkelse på Kjeller. Brensel som har gjennomgått en destruktiv undersøkelse pakkes i spesielle lagringsbeholdere før det overføres til lagerbrønnene. JEEP II brenselet kommer fra reaktorens eget mellomlager i reaktorblokken og overføres direkte til lagerbrønnene.

Den dominerende brenselstypen som lagres er urandioksid (UO2) innkapslet i metallrør av zirkoniumlegering (Zircaloy) eller aluminium. Kapslingsmaterialet kan også være rustfritt stål. Det forekommer også uran/plutonium blandingsoksidbrensel (MOX) og thoriumoksidbrensel (ThO2). Øvre anrikningsgrenser for UO2 brensel som lagres er 20% U-235 og for MOX brensel 10% Pu.

Met. Lab. II lageret har tatt hånd om alt brukt brensel som er undersøkt eller mottatt i laboratoriet siden 1965. Det er lagret ca. 2000 kg bestrålt brensel i dette anlegget, tilsvarende et netto volum på ca. 180 liter.

JEEP I stavbrønn

I JEEP I stavbrønn lagres ca. 3000 kg brensel fra den nedlagte forskningsreaktoren JEEP I. Det meste av brenselet er naturlig uranmetall kapslet i aluminiumsrør, mens en mindre del er lavanriket urandioksid. Utbrenningsgraden varierer fra 10-1000 MWd/tU. De fleste elementene har en utbrenning på 200-450 MWd/tU. Brenselet i dette lageret er minst 30 år gammelt og krever ikke kjøling.

Lagerbygg I

I Lagerbygg I som er sammenbygd med Radavfallsanlegget, lagres ca. 1000 kg brukt naturlig uranbrensel som salpetersur løsning i syrefaste tanker. Dette er rester etter driften av forsøksvirksomheten med rensing av bestrålt uranbrensel som foregikk på 1960-tallet. Denne brenselsløsningen vil måtte behandles og bringes over i fast form før den kan deponeres. Det foreligger nå en plan fra IFE for hvordan dette kan utføres (Eriksen et al., 2000).

5.3.3 Halden

I Halden er det lagret ca. 6.900 kg brukt reaktorbrensel i form av lavbestrålt uranmetall (volum ca. 370 liter) og ca. 2600 kg i form av urandioksidbrensel (volum ca 230 liter). Årlig tilvekst av brukt urandioksidbrensel vil, med dagens virksomhet, være ca. 80 kg (volum ca. 7 liter).

Standardbrensel i Haldenreaktoren består av sintrede urandioksid pellets kapslet i zircalloy kapslingsrør. Anrikningen på brenselspinnene i standardelementene er normalt 6% og en representativ utbrenning er 30.000 MWd/tUO2.

Brenselspinner i eksperimentalbrenselet er bygd opp av sintrede pellets i zircaloy kapslingsrør. Anrikningen kan være opp til 20%. I noe brensel benyttes også plutonium som PuO2 i naturlig uran. Dette betegnes som blandingsbrensel (Mixed Oxide Fuel (MOX). Representativ utbrenning for eksperimentalbrensel er 40.000 MWd/tUO2.

Brenselsbassenger i reaktorhall

Her oppbevares brenselselementene, både standard- og eksperimentalbrensel, midlertidig for kjøling etter at de tas ut av reaktoren.

Lagerbasseng i bunkerbygning

Etter den midlertidige lagringen i bassengene i reaktorhallen, som sikrer tilstrekkelig kjøling og omdannelse av de mest kortlivete spaltningsprodukter, blir både standard- og eksperimentalbrensel flyttet ut til lagerbassenget i bunkerbygningen.

Horisontalt tørrlager

Haldenreaktorens horisontale tørrbunker rommer Haldenreaktorens første brenselladning som består av naturlig metallisk uran i aluminiumskapsling. Dette brenselet ble lastet ut av reaktoren i 1961 og har en svært lav utbrenning, ca. 11 MWd/tU. Lageret er forseglet og plombert av IAEA som utfører en kontroll av brenselsregnskap ved Haldenreaktoren fire ganger i året.

5.4 Annet langlivet, radioaktivt avfall

5.4.1 Radium-nåler

På Kjeller står det åtte tønner med brukte radium-nåler. Dette er avfall fra tidligere medisinsk virksomhet ved Radiumhospitalet. Slike nåler er ikke lenger i bruk. Avfallet avgir en sterk gammastråling og har en lang levetid. Det er derfor klassifisert som høyaktivt avfall og må deponeres på tilsvarende måte som bestrålt brensel.

5.4.2 Avfall forurenset med plutonium

På IFE sitt anlegg på Kjeller har det ifølge de siste tall fra Statens strålevern vært nedgravd 166 tønner med avfall kontaminert med plutonium. Dette ble gravd opp høsten 2001 og flyttet til lagerdelen av det kombinerte lageret og deponiet for lav- og mellomaktivt avfall i Himdalen. På grunn av innholdet av plutonium i dette avfallet har Stortinget bestemt at det i fremtiden skal være mulig å flytte dette avfallet fra anlegget i Himdalen, og eventuelt overføre det til et fremtidig deponi for høyaktivt avfall.

5.4.3 Rivningsavfall

Radioaktivt avfall fra en fremtidig riving av de eksisterende nuklære anleggene på Kjeller og Halden skal deponeres i Himdalenanlegget. Det er tatt høyde for dette rivningsavfallet i sikkerhetsanalysen for deponiet. Det kan imidlertid også fremkomme noe høyaktivt avfall ved denne rivingen. Dette kan være noen av de mest sentrale reaktorkomponentene, samt avfall som oppstår ved rivning av Metallurgisk laboratorium på Kjeller. Langlivete nuklider i sentrale reaktorkomponenter produseres i svært små mengder og er mindre radiotoksisk enn transuraner i bestrålt brensel. Det er dermed ikke nødvendig å stille like strenge krav til deponering av disse. Imidlertid, i lys av de små volumer av både brensel og annet høyaktivt avfall som vil bli produsert i Norge, kan det være hensiktsmessige å velge den samme deponiløsningen for begge avfallstyper.

Før Met.lab II kan rives må lageret dekontamineres for radioaktivt støv som har blitt liggende igjen etter brenselsundersøkelsene som gjennomføres der. Dette støvet må behandles som høyaktivt avfall. Utstyr en eventuelt ikke klarer å dekontaminere for bestrålte brenselsrester må også tas hånd om som annet høyaktivt avfall

5.4.4 Radioaktive kilder fra industri og forskningsvirksomhet

Det finnes en del høyaktive og langlivete radioaktive kilder i bruk i industri og forskning både på fastlands-Norge og i olje- og gassvirksomheten på norsk sokkel. Disse kildene er ikke egnet til lagring i Himdalen. Et eksempel er americium/beryllium kilder som brukes i forbindelse med oljeproduksjon i Nordsjøen. Det er for tiden lagret 3 slike kilder på Kjeller.

Som prinsipp ønskes det etablert avtaler som forplikter produsenten av radioaktive kilder til å ta disse tilbake til opprinnelsesland for deponering. Dimensjonering av et fremtidig deponi vil være avhengig av en nøyaktig kartlegging av alle eksisterende langlivete kilder i bruk i Norge og hvilke avtaler som er knyttet til disse.

Til dokumentets forside