Vad är kärnavfall och vad består det av?

Kärnavfall är allt radioaktivt avfall som uppstår i kärntekniska anläggningar, från skyddskläder och filter till använt kärnbränsle. Det använda bränslet består till cirka 96 procent av uran. Resten är 1 procent plutonium, 2,9 procent klyvningsprodukter och 0,1 procent andra tunga grundämnen. Ämnenas halveringstider sträcker sig från en vecka till miljontals år.

Det mesta kärnavfallet är lågaktivt räknat i volym, medan det använda bränslet är den farligaste delen. Sverige delar in avfallet i sex klasser som avgör var det ska slutförvaras. Här nedan är siffrorna för bränslets innehåll, avfallsklasserna, mängderna per år och hur länge ämnena är farliga.

Det använda bränslets innehåll

Färskt kärnbränsle består av urandioxid där halten uran-235 har höjts från naturliga 0,7 procent till mellan 3 och 5 procent. I reaktorn klyvs en del av uranet, vilket frigör energi och skapar nya ämnen. Efter användningen består bränslet till största delen av uran, blandat med plutonium, klyvningsprodukter och minoraktinider.

Andelarna i tabellen gäller ett typiskt använt bränsle från en tryckvattenreaktor efter några år i härden. Halten uran-235 har sjunkit till cirka 0,9 procent, vilket är något mer än i naturligt uran.

Klyvningsprodukter som cesium-137, strontium-90 och jod-131 bildas när urankärnor klyvs. Minoraktiniderna består till ungefär hälften av neptunium, till 47 procent av americium och till 3 procent av curium. Mängden är liten, men ämnena är mycket farliga att få i kroppen.

Ett ton använt bränsle innehåller alltså cirka 10 kilo plutonium. Plutoniumet kan bli nytt bränsle efter upparbetning, men Sverige upparbetar inte sitt använda kärnbränsle.

Vilka avfallsklasser finns i Sverige?

Sverige har inget juridiskt definierat system för att klassa radioaktivt avfall. I stället används sex avfallsklasser som Svensk Kärnbränslehantering (SKB) har tagit fram utifrån hur avfallet ska hanteras och slutförvaras.

Volymerna skiljer sig mycket mellan klasserna. Globalt utgör mycket lågaktivt och lågaktivt avfall omkring 95 procent av volymen, medan det högaktiva avfallet står för mindre än 1 procent.

Hur mycket avfall ger kärnkraftverken varje år?

Kärnkraftverken står för den största delen av det svenska kärnavfallet. I genomsnitt kommer cirka 140 ton använt kärnbränsle till Centralt mellanlager för använt kärnbränsle (Clab) i Oskarshamn varje år. Mellanlagret, som startade 1985, rymmer i dag över 8 000 ton.

Det låg- och medelaktiva avfallet mäts däremot i kubikmeter. SFR tar emot cirka 600 kubikmeter om året. Sjukvården, forskningen och industrin lämnar 10 till 20 kubikmeter per år till SFR. Utöver driftavfallet tillkommer rivningsavfall från reaktorer som avvecklas, vilket är skälet till att SFR byggs ut till cirka 180 000 kubikmeter.

Så ser kärnavfallet ut

Bränslet tillverkas av urandioxid, ett keramiskt material som pressas till cylinderformade kutsar med en diameter på cirka 10 millimeter. Materialet binder fast de flesta radioaktiva ämnen och har en smältpunkt på 2 800 grader. Kutsarna staplas i 0,8 millimeter tjocka rör av metallegeringen zirkaloy, så kallade kapslingsrör.

Ett kapslingsrör fyllt med kutsar kallas för en bränslestav. Stavarna sätts ihop till bränslepatroner, med ungefär 100 stavar per patron i en kokvattenreaktor och 250 i en tryckvattenreaktor.

Driftavfallet ser ut som vanligt industriavfall i form av använda skyddskläder, sopor, metallskrot och filter. Medelaktivt avfall kan gjutas in i betong för att skärma av strålningen.

I SFR placeras avfallet i fyra bergssalar och i en 50 meter hög betongsilo för det medelaktiva avfallet. SFR ligger 60 meter under havsbotten vid Forsmark och togs i drift 1988.

Värmen och strålningen över tid

När en reaktor stängs av avger bränslet fortfarande värme från det radioaktiva sönderfallet. Efter en vecka har resteffekten minskat med 90 procent. Bränslet lyfts då över till en bassäng, där aktiviteten har sjunkit med ännu 90 procent efter ett år.

Bränslet ligger ungefär ett år i bassänger vid kraftverket innan det fraktas till Clab. I mellanlagret står bränslet i vattenbassänger drygt 30 meter ner i berget. Efter cirka 30 år har radioaktiviteten och värmeavgivningen minskat så mycket att bränslet blir lättare att hantera inför inkapslingen.

Hur länge är kärnavfall farligt?

Hur länge ett radioaktivt ämne strålar beror på dess halveringstid, alltså den tid det tar för hälften av atomerna att sönderfalla. Efter tio halveringstider återstår ungefär en tusendel av den ursprungliga mängden.

Halveringstider för några ämnen i använt kärnbränsle

• Jod-131: Hälften är borta efter ungefär en vecka, så ämnet har i stort sett försvunnit innan bränslet når Clab.
• Curium-244: Halveringstiden på 18,1 år gör att mängden minskar till en tusendel på knappt 200 år.
• Strontium-90: Ämnet halveras på 29 år, vilket betyder att ungefär en tusendel återstår efter 290 år.
• Cesium-137: Halveringstiden är 30 år, vilket förklarar att cesium från Tjernobylolyckan 1986 fortfarande finns i svensk natur.
• Plutonium-239: Det tar 24 000 år innan hälften av plutoniumet har sönderfallit.
• Neptunium-237: Halveringstiden på 2,14 miljoner år är längst bland ämnena i listan.

Efter att bränslet har placerats i slutförvaret minskar aktiviteten med ytterligare 99 procent under de första 1 000 åren. Därefter tar det nästan 30 000 år innan aktiviteten har minskat med ytterligare 90 procent. Efter 100 000 år motsvarar aktiviteten den mängd uranmalm som en gång bröts för att tillverka bränslet.

Bränslet ska hållas avskilt från människan och miljön i minst 100 000 år. Säkerhetsanalysen för Kärnbränsleförvaret sträcker sig ändå över en miljon år efter förslutningen.

Vanliga frågor om vad kärnavfall består av

Är kärnavfall flytande?

Nej, kärnavfallet förvaras i fast form. Avfall i flytande form eller gasform görs om till fast form och läggs sedan i behållare som plåtfat. Kärnbränslet är redan fast, eftersom kutsarna består av keramisk urandioxid.

Var finns kärnavfallet i Sverige i dag?

Det använda bränslet finns i Clab i Oskarshamn och i bassänger vid kärnkraftverken. Kortlivat låg- och medelaktivt avfall ligger i SFR i Forsmark, medan mycket lågaktivt avfall finns i markförvar vid kärnkraftverken. Det långlivade avfallet mellanlagras vid de kärntekniska anläggningarna, bland annat i Studsvik.

Vad är historiskt radioaktivt avfall?

Det historiska avfallet är det radioaktiva avfall som producerades före juni 1991 och som i dag förvaras på industriområdet Studsvik utanför Nyköping. En del uppkom när det svenska kärnenergiprogrammet byggdes upp, medan andra delar kommer från sjukvården, industrin och forskningen.

Kan man stå nära använt kärnbränsle?

Nej, använt kärnbränsle kräver strålskärmning med tjocka cementväggar eller vatten. I Clab täcks bränslet av åtta meter vatten, som både skärmar av strålningen och kyler bränslet.

Är använt kärnbränsle samma sak som kärnavfall?

I lagens mening blir använt kärnbränsle kärnavfall först när bränslet har placerats i ett slutförvar. Kärntekniskt avfall är ett samlingsnamn för både kärnavfall och använt kärnbränsle. I vardagligt tal kallas det använda bränslet oftast för kärnavfall.

Hur stor del av det radioaktiva avfallet kommer från sjukvården?

Verksamheter utanför kärnkraften, som sjukhus, industriföretag och forskningslaboratorier, står för cirka fem procent av allt radioaktivt avfall i Sverige. Det kortlivade avfallet från sjukhusen, industriföretagen och forskningslaboratorierna kan slutförvaras i SFR genom avtal med SKB.

Skriven av

Mats Pettersson

Energijournalist & redaktör

Mats Pettersson är energijournalist med fokus på kärnkraft, kärnavfall och Sveriges energiomställning. Han har bevakat frågor om kärnbränslehantering, slutförvaring och strålsäkerhet sedan 2015 och följer utvecklingen inom SSM, SKB och internationella atomenergiorganet IAEA. Mats granskar tekniska rapporter, politiska beslut och ny forskning för att göra komplex energiinformation tillgänglig för allmänheten.