Det spesielle ved atomkraft er at det produseres enormt store mengder radioaktive stoffer som ikke finnes i naturen.
Før start er ikke brenselselementene i en atomreaktor spesielt radioaktive. Naturlig uran sender ut alfastråling. Alfastråling går ikke mer enn et par centimeter i luft. Brenselselementene er dessuten kapslet inn, uran ligger ikke fritt.
Men etter hvert som energi produseres i reaktoren, dannes det mer og mer av de radioaktive fisjonsproduktene og transuranene. Brenselselementene «forgiftes» og må skiftes ut før selve uranbrenselet egentlig er brukt opp.
Det brukte brenselet er sterkt radioaktivt, det utvikler mye varme og brenselselementene må kjøles ned i flere år før de kan håndteres videre. Disse brenselselementene inneholder nå forskjellige radioaktive isotoper, hver med sin halveringstid, noen av dem med alfastråling, noen med beta- og gammastråling. (Halveringstid er tiden det tar til halvparten av energien er sendt ut i form av stråling.)
Plutonium, Pu-239, som er en av de radioaktive isotopene som dannes, har halveringstid på 24 000 år. Normalt regner en 10 halveringstider til en radioaktiv isotop er ufarlig. Derfor snakker vi om at brukt atombrensel må oppbevares trygt i minst 100 000 år.
Her er en forenklet beskrivelse av hvorfor de ulike radioaktive isotopene spres i naturen og dannes i brenselet:
Radioaktive stoffer som frigis ved gruvedrift
Det starter med gruvevirksomheten for å skaffe spaltbart uran.
Uran, U, med atomnummer 92 er et giftig, svakt radioaktivt element som forekommer i flere varianter, isotoper. Hovedinnholdet er U-238 (~ 99,27%), i tillegg U-235 (~ 0,72%) og U-234 (~ 0.0055%).
Atomnummer, her 92, er antall positive protoner i kjerne, mens tallet etter symbolet forteller hvor mange partikler det er i kjernen; protoner pluss nøytroner.
Det er det fissile U-235, det som er spaltbart, som er av interesse når det gjelder atomkraft og atomvåpen.
Vi har tre «radioaktive familier»; fra U-238, U-234 og Th-232. (Egentlig fire, men Np-237 finnes ikke lenger som opprinnelig grunnstoff.) Ved «henfall» gjennom flere radioaktive isotoper ender disse med stabilt bly, henholdsvis Pb-206, Pb-207 og Pb-208. Vi kaller isotopene underveis for «døtre». (Th er thorium)
Eksempel: U-238-familien –> Th-234 –> Pa-234 –> U-234 –> Th-230 –> Ra-226 –> Rn-222 (gass) –> Po-218 –> Pb-214 –> Bi-214 –> Tl-210/Po-214 –> Pb-210 –> Bi-210 –> Po-210 –> Pb-206 (stabilt)
Tilsvarende for U-235 og Th-232 (og Np-237, neptunium)
(Pa er palladium, Ra er radium, Rn er radon, Po er polonium, Bi er vismut, Tl er thallium)
Vil du se en animasjon over hvordan disse familiene oppfører seg, kan du gå inn på Vladimír Vaščáks side, klikke på familien og se hvilke type stråling og halveringstiden for de enkelte isotopene.
Så lenge malmen ligger i jorda, er det bare radon som kan komme ut dersom om forholdene ligger til rette, fordi radon er en gass. Så vil alle de faste partiklene, isotopene, som følger etter, spre seg som støv.
Når en driver gruvedrift, kommer alle disse isotopene, også de før radon, ut i naturen og kan spres; i luft, jord og vann. Gruvedriften etterfølges av knusing og finmaling, noe som også gjør at alle disse isotopene kan spres. Via innånding og inntak av forurenset vann og mat kan disse stoffene komme inn i kroppen. Se side 10 og 11 i Uranium Atlas om hvor noen av disse isotopene havner.
“Nuclear Free Future Foundation/Hoffmann, CC BY 4.0”
Alle de etterfølgende prosessene, ekstrahering, konvertering og anrikning, vil kunne føre til uranforurensing pluss de tilhørende «datterproduktene». I tillegg kommer forurensing fra alle de kjemikaliene som brukes fram til det fissile U-235 er anriket til riktig grad.
Så langt er det altså naturlige radioaktive isotoper som spres.
I atomreaktoren dannes nye radioaktive stoffer
Brenselselementene inneholder for de fleste reaktorer briketter med urandioksid, UO2.
Energien skapes i reaktoren ved at U-235 treffes av et nøytron, blir ustabilt og deles i to andre atomer. Vi får fisjonsprodukter. Figurer viser som regel bare en slik reaksjon. Men det er svært mange muligheter for deling. De nye isotopene grupperer seg i to hovedområder, de med atommasse omkring 90 og de omkring 140. Du kan lese mer om dette i f.eks. Store norske leksikon.
Der er det fine figurer for selve fisjonsprosessen og fordelingen av isotopene som dannes.
Figuren under er et slikt eksempel på deling av U-235:
Creative commons (BY, NC, SA) UngEnergi
Fordi delingen av uranatomet ikke skjer nøyaktig likt, kan det i det brukte brenselet være omkring 200 ulike isotoper. Ikke alle disse er radioaktive, men ingen av dem finnes naturlig, de er menneskeskapte.
Etter Tsjernobylulykken husker kanskje noen at det var snakk om Cs-134 og Cs-137. To varianter av cesium, samme antall protoner, men ulikt antall nøytroner i kjernen. Begge er radioaktive, men de har ulik halveringstid. Cs-134 har halveringstid på bare 2 år, mens Cs-137 har halveringstid på ca. 30 år. Cs-137 er grunnen til at sauer på beite i Norge helt fram til 2025 ble sjekket for radioaktivt cesium før levering til slakt i områder med mye nedfall etter Tsjernobyl.
Jod er et annet grunnstoff som forekommer i ulike isotoper. Vi hørte stort sett om radioaktivt I-131 etter Tsjernobylulykken, men det finnes 30 ulike kunstige, radioaktive jodisotoper.
I NOU’en 1987:1 om Tsjernobylulykken står det:
- I nedfallet i Norge ble det identifisert Zr-95, Nb-95, Mo-99, Tc-99m, Ru-103, I-131, Te-132, Cs-134, Cs-136, Cs-137, Ba-140, La-140, Ce-141, Ce-144, Np-239.
• Skal sjekke Sr-89, Sr-90, Y-90, Pu-239 og Pu-240. - Bør sjekkes H-3, C-14, Tc-99, I-129, U-234, U-236 og U-238.
De isotopene som har massetall høyere enn uranisotopene, kalles transuraner. De dannes ved at uranatomer fanger inn nøytroner.
Eksempel: U-238 fanger inn et nøytron til U-239, det sender ut betastråling og går over til Np-239 som i sin tur sender ut betastråling og går over til Pu-239. (Np er neptunium)
I tillegg får vi også noen aktiveringsprodukter. Det er stabile atomer som har fanget inn nøytroner. F.eks. det stabile Co-59 som blir det radioaktive Co-60. Materialene som omgir reaktoren gir opphav til aktiveringsprodukter. Det er grunnen til at også det som har omgitt reaktorkjernen må sjekkes for radioaktivitet ved dekommisjonering.
Atomkraft skaper altså radioaktive stoffer som ikke finnes i naturen fra før.
Disse stoffene finnes i en blanding som gjør det brukte brenselet vanskelig å håndtere.
Her er en fin, instruktiv video som viser mye av det vi har skrevet om over, «Radioactivity – an introduction – with a special emphasis on uranium«. En liten time med dr. Gordon Edwards, president i Canadian Coalition for Nuclear Responsibility (www.ccnr.org). Følg også med på spørsmålsrunden der han snakker om SMR.
Selv om noen land driver reprosesseringsanlegg for å skille ut uran og plutonium, står en fortsatt igjen med en blanding av alle de andre radioaktive isotopene.
