brukt kjernebrensel

Brukt kjernebrensel, kjernebrensel som ikke lenger er egnet til bruk i en ordinær termisk kjernereaktor.

Som følge av kjernereaksjonene og kraftige temperaturgradienter gjennomgår brenselet store forandringer, både når det gjelder struktur og stoffsammensetning. Brenselet blir dermed uegnet som brensel før brenselet er brukt opp. I særlig grad skyldes det at fisjonsproduktene som dannes absorberer nøytroner og dermed svekker brenselets evne til å opprettholde kjernereaksjoner.

Brukt kjernebrensel inneholder uran, fisjonsprodukter og transuraner, og blir til slutt enten sendt til opparbeiding eller sluttforvaring.

Mesteparten (96 %) av det brukte kjernebrenselet består av uran. Anrikingsgraden, det vil si prosent innhold av den spaltbare isotopen ²³⁵U, er redusert til nærmere 0,8 %. Det vil også være et lite innslag av uranisotopen ²³⁶U, som ikke finnes i naturlig uran.

I en reaktor som bruker naturlig (uanriket) uran som brensel, for eksempel CANDU-reaktoren, blir den fissile andelen redusert fra 0,71 %, som gjelder for uran i naturlig form, til 0,5 %. Det fissile innholdet består nå av 0,23 % ²³⁵U og 0,27 % Pu.

I en reaktor som bruker thorium, og der thorium gjennom en transmutasjon omdannes til den fissile uranisotopen ²³³U, vil det være et restmengde av denne isotopen i det brukte brenselet.

Brukt kjernebrensel inneholder nærmere 3 % fisjonsprodukter som dannes ved av spalting av uran (²³⁵U), men også av spaltet plutonium. Fisjonsprodukter omtales som radioaktivt avfall, og må fjernes hvis brenselet skal brukes videre. Flere av fisjonsproduktene er ikke-radioaktive eller radioaktive isotoper med en svært kort halveringstid, men en betydelig andel er middels eller langlivede radioisotoper av jod, cesium, strontium, xenon og barium.

Den viktigste transuranen er plutonium (²³⁹Pu og ²⁴⁰Pu) som finnes i en konsentrasjon av cirka 1 %. Transuranene var ikke opprinnelig til stede i brenselet, men ble dannet i reaktorkjernen som følge av nøytroninnfanging med etterfølgende transmutasjon.

Plutonium er fissilt og kan gjenvinnes for bruk i en annen reaktor. Hvis det brukte brenselet i stedet skal lagres, er plutonium å anse som et svært giftig og radioaktivt element med en svært lang halveringstid. Dessuten kan plutonium være egnet som materiale til kjernevåpen. Lagring må derfor skje under sikkerhetstiltak for å unngå at det spres og misbrukes av stater.

Utover plutonium finnes det også spor av neptunium, americium og curium.

Brukt brensel avgir en betydelig mengde restvarme. Denne vil avta raskt, men i det reaktoren stoppes utgjør den rundt 6,5 % av opprinnelig produsert varmeeffekt i reaktoren. Etter en time faller avgitt varmeeffekt til rundt 1,5 %, mens den etter en dag er redusert til 0,4 %. Restvarmen vil deretter langsomt avta over tid, men brukt brensel som fjernes fra reaktoren må likevel lagres i vannfylte bassenger i flere år, ofte 10-20 år. Vannbadet sikrer nedkjøling og avskjerming av radioaktiviteten som er i det brukte brenselet.