Ny metod för att studera effekter av djupförvar av kärnavfall

Den svenska modellen för att ta hand om utbränt kärnbränsle bygger på slutförvar i berggrunden. I det system som utarbetats av Svensk Kärnbränslehantering AB (SKB) ska avfallet inneslutas i behållare av koppar. Detta material passar perfekt eftersom koppar nästan inte alls korroderar i den syrefattiga miljö som finns på det djup (ungefär 500 meter) där behållarna ska befinna sig.

Kraven är extrema. Avfallet ska vara inneslutet i behållarna under minst 100 000 år, en svindlande tidsrymd. SKBs undersökningar visar att korrosionen är så långsam att behållarna faktiskt kan förväntas vara intakta så länge. Dessa resultat har dock ifrågasatts, och det har uppstått en het debatt med politiska undertoner om hur koppar korroderar.

-    Naturligtvis är inte det här en fråga som kan avgöras med politiska argument. Istället krävs vetenskapliga experiment och noggranna observationer. Detta är en stor utmaning eftersom underliggande processerna är exceptionellt osannolika. Mätmetoderna måste vara känsliga för de minimala förändringar i materialet som kan leda till ansenlig korrosion först under tidsperioder runt 100 000 år, säger Sergei Butorin, forskare vid institutionen för fysik och astronomi.

Uppsalaforskarna har utvecklat en metod där man kan följa de avgörande processerna på atomnivå. I röntgenspridningsexperiment vid synkrotronljusanläggningar kan man studera i detalj hur koppar reagerar i olika miljöer som simulerar möjliga scenarier i berggrunden.

I en syrefri miljö är korrosion genom reaktioner med svavelföreningar den viktigaste processen, och uppsalaforskarna har identifierat vilka kopparsulfider som då bildas. En viktig fråga är hur snabbt de syreatomer som finns i rent vatten skulle reagera med kopparmetallen.

-    En sådan process måste ske i metallens allra yttersta atomlager och där skulle kopparhydroxid bildas. Det kan vi se direkt i våra spektra, säger Sergei Butorin.

-    Ännu har vi inte sett några spår av den reaktionen, men resultaten är fortfarande preliminära. Metoderna förfinas och undersökningarna fortsätter. Med en djup förståelse av processerna på atomär nivå kommer vi att kunna göra förutsägelser över stora tidsrymder som är så säkra att all debatt blir överflödig, menar Sergei Butorin.

Resultaten har just publicerats i Journal of Physical Chemistry och i Journal of Analytical Atomic Spectroscopy, där den lyftes fram på omslaget.