1 INTRODUKSJON IFES BRENSELSLAGRE FOR METALLISK BRENSEL UNDERSØKELSER AV LAGRET BRENSEL

Transkript

1 IFE/KR/F-2013/009 Oppfølging av sikkerhet og videre håndtering av brukt aluminiumkapslet, historisk metallisk brensel i JEEP I stavbrønn og HBWR-bunker

2

3 1 Innholdsfortegnelse 1 INTRODUKSJON SIKKERHETSPRINSIPPER FOR LAGRING AV BRUKT BRENSEL NASJONAL STRATEGI FOR HÅNDTERING AV BRUKT BRENSEL ANBEFALINGER FRA TEKNISK UTVALG OG STRANDENUTVALGET IFES BRENSELSLAGRE FOR METALLISK BRENSEL JEEP I STAVBRØNN HBWR BUNKER UNDERSØKELSER AV LAGRET BRENSEL METODIKK RESULTATER JEEP I STAVBRØNN HBWR VURDERING AV FUNN OG TILHØRENDE RISIKO JEEP I STAVBRØNN UTVIKLING AV HYDROGENGASS FUKTIGHET DANNELSE AV URANHYDRID SAMLET RISIKOVURDERING STAVBRØNN HBWR VIDERE ARBEID SIKKERHET OG STABILISERING SIKKERHET SOM STYRENDE PRINSIPP MINIMERE HÅNDTERING FØR STABILISERING OPPDATERT SIKKERHETSDOKUMENTASJON TILPASSET BEREDSKAP OG OVERVÅKING VIDERE KARAKTERISERING IFES OPPFØLGING KONKLUSJON REFERANSER VEDLEGG

4 2 Figurliste Figur 1 JEEP I stavbrønn, Kjeller Figur 2 Nøytronradiografi (øverst i avbildningen) viser hvite, hydrogenrike områder på brenselsstaven (UH 3 og H 2 ), på steder hvor visuell inspeksjon viser korrosjonsangrep i Alkapslet brensel. Korrosjonsangrepene er synlige enten som blemmer eller pittings (grop) i Alkapslingen (brensel fra JEEP I stavbrønn) Figur 3 Metallografisk tverrsnitt av brenselselement 25 viser korrosjonsangrep / hydrering av det metalliske U-brenselet. Snittet går gjennom blemmen i Al-kapslingen og det hydrerte, korroderte området (UH 3 ) i U-brenselet (brensel fra JEEP I stavbrønn).... 8

5 3 1 Introduksjon Med utgangspunkt i Strandenutvalgets forslag til «prosessen videre ved klarlegging av den best egnede tekniske løsningen for behandling av norsk, instabilt metallisk uran for sikker lagring i framtiden og egnet lokalisering for mellomlagring av brukt brensel og langlivet middelaktivt avfall». har Avdeling NMAT gjennomført undersøkelser og samlet dokumentasjon (se vedlegg) om tilstanden til det historiske brenselet lagret på Kjeller og i Halden. Undersøkelsene gjelder arbeidspunktet som omhandler «å skaffe en oversikt over brukt brensel og avfall i tidsrammen ». Dokumentasjonen ble systematisert og presentert under Teknisk Utvalgs arbeid i 2009 /1/ som inngikk i Strandenutvalget /2/. I tråd med oppfølgingen av anbefalingene fra Teknisk Utvalg og Strandenutvalget er det blitt gjennomført undersøkelser av metallisk brensel lagret i JEEP I stavbrønn på Kjeller og ved lageret ved Haldenreaktoren. Arbeidet ble dokumentert i to rapporter (vedlegg A1, A2). En del av prosjektet var en masteroppgave som ble levert september 2012 ved Chalmers, Gøteborg. I tillegg er det blitt samlet og evaluert relevante tekniske data om det metalliske brenselet. Dette er tegninger og faktiske data om brenselet som blant annet brenselstyper, utbrenning, brenselshistorikk, tilstandsdokumentasjon av kapslingen og eventuelle brenselsfeil. Videre evalueringen av de innsamlede data skal gi grunnlag for utarbeidelse av en detaljert plan for videre arbeid slik IFE nå har tatt initiativ til (se kapittel 5). Denne rapporten beskriver funnene sammen med en foreløpig vurdering for nødvendige tiltak for å ivareta sikkerheten, og hvordan funnene understreker behovet for en nasjonal plan for videre håndtering og lagring av dette materialet. 1.1 Sikkerhetsprinsipper for lagring av brukt brensel IFEs overordnete tilnærming er at all virksomhet skal være sikker, og at sikkerheten skal være ivaretatt ved: - at sikkerhet alltid er et overordnet hensyn, foran økonomiske og driftsmessige forhold. - å forebygge og forhindre helse- og miljøskader fra IFEs virksomhet, og å beskytte Instituttets utstyr, eiendom og omgivelser mot tap og skader. - at Instituttets tekniske installasjoner, anlegg og laboratorier skal være konstruert, bygget, drevet og vedlikeholdt på en slik måte at sikkerhetsmessige krav alltid er ivaretatt og etterleves. Sikkerhetsprinsippene IFE arbeider etter er basert på IAEAs anbefalinger og nasjonale krav og kan oppsummeres som forsvar i dybden som er et sett av tekniske og administrative tiltak for å forebygge eventuelle uhell og dempe konsekvensene hvis uhell skulle inntreffe. Forsvar i dybden omfatter tiltak for å beskytte allmennheten og miljøet mot skader hvis barrierene ikke er fullstendig effektive. Satt i system skal de tekniske og administrative tiltakene alltid ivareta de tre grunnleggende kontrollfunksjonene for reaktoranlegg og håndtering av kjernebrensel: kjøling, kritikalitet og innkapsling av radioaktive stoffer. Ved å påse at disse tre basisfunksjonene er sikret, ivaretas samtidig sikkerheten til anlegget og dermed allmennheten. For brukt brensel er det sentralt å kapsle inn de radioaktive stoffene. Brenselet genererer svært lite varme ettersom utbrenningen er lav og siden det har vært lagret i mange år allerede. Kritikalitet er utelukket siden brenselet har lav anrikning og står lagret i posisjoner

6 4 med god innbyrdes avstand. Når det gjelder innkapsling, er det avgjørende å holde vann utenfor fra å trenge inn, spesielt direkte inn mot selve brenselsmatrisen. Sikkerheten for IFEs brenselslagre for metallisk brensel er vurdert i sikkerhetsrapportene for JEEP I stavbrønn og for Haldenreaktoren /3, 4/. For hver gjennomgang av sikkerheten i forbindelse med nye konsesjoner har IFE revidert sikkerhetsrapportene og lagt disse til grunn for sin søknad om fornyet konsesjon under atomenergiloven. Statens strålevern har i neste omgang vurdert IFEs rapporter og tatt initiativ til endringer enten som en del av konsesjonsbehandlingen eller som en del av vilkårene for konsesjon. Sikkerheten for begge lagrene ble vurdert til å være tilfredsstillende da konsesjon ble gitt i 2008 /5/. 1.2 Nasjonal strategi for håndtering av brukt brensel Fra slutten av 1990-tallet har statlige myndigheter i Norge søkt å etablere en overordnet nasjonal strategi for håndtering av brukt brensel. Berganutvalget ( ) anbefalte en nasjonal strategi for sluttbehandling og deponering av brukt kjernebrensel i Norge /6/. I 2004 ble Fase 1-utvalget etablert for blant annet å identifisere kritiske forhold med hensyn til valg av tekniske løsninger og et mandat for videre utredninger /7/. Mandatet for videre utredninger ble lagt til grunn for det såkalte Fase 2-utvalget (Strandenutvalget) som ble etablert i Samtidig ble det også etablert et Teknisk Utvalg for å utrede stabilisering og sikker lagring av metallisk uranbrensel og brensel med aluminiumskapsling. Utredningen fra Teknisk Utvalg var en selvstendig rapport bestilt av Nærings- og handelsdepartementet (NHD), samtidig som den inngikk i beslutningsgrunnlaget for Strandenutvalget. Teknisk Utvalg kom i 2010 med en entydig anbefaling om å stabilisere brenselet ved et dertil egnet anlegg. Slike anlegg finnes ikke i Norge. Som oppfølging av Teknisk Utvalg anbefalte Strandenutvalget at for brukt brensel bør «informasjon om konstruksjon, materialegenskaper, historikk og tilstand systematiseres og kompletteres» /2/. Begge rapportene er gjennomgått og vurdert av Statens strålevern /9/. IFE støttet konklusjonene fra Teknisk Utvalg og fra Strandenutvalget /10/. Spesielt pekte IFE på Strandenutvalgets initiativ om en forstudie for håndtering av metallisk brensel. Forstudien bør avklare om det er mulig å gjennomføre forsendelse av brensel for opparbeiding, som ledd i en stegvis prosess. De siste funnene har ytterligere aktualisert dette. Det ble for øvrig presisert fra IFEs side at Instituttet ikke kan delta i strategiske valg knyttet til norsk brenselssyklus i fremtiden. Så langt har utredningsarbeidet ikke resultert i en nasjonal strategi eller en beslutning for hvordan videre håndtering og deponering av brukt brensel i Norge skal foregå. NHD har for 2013 for øvrig satt av ressurser til å starte en konseptvalgutredning Anbefalinger fra Teknisk Utvalg og Strandenutvalget I rapporten fra Teknisk Utvalg blir det angitt hvilke tekniske utfordringer som generelt er knyttet til aluminiumskapslet metallisk uranbrensel: «Metallisk uran er pyrofort (selvantennelig i luft) og reagerer med vann slik at det dannes hydrogengass og pyrofort uranhydrid. Aluminiumskapsling reagerer med vann og danner hydrogengass og kan dessuten utsettes for en omfattende, alvorlig lokal korrosjon som kan ødelegge kapslingen og frilegge det metalliske uranbrenselet.» /1/.

7 5 Blandingen av metallisk uran, uranhydrid og hydrogen er reaktivt i romtemperatur og har historisk medført hendelser i form av brann og spontane reaksjoner. Dette er forhold som vil påvirke valg av senere løsninger for lagring og deponering. Dette er mer detaljert beskrevet i rapporten fra Teknisk Utvalg og ulike andre kilder /11, 12, 13/. De rapporterte uhellene internasjonalt har i særlig grad vært knyttet til håndtering av materialet. For eksempel har sterkt korroderte brenselselementer blitt mistet i gulvet ved håndtering eller ved transport. Det er også rapportert om uhell som følge av at lagringsbeholdere med en hydrogenatmosfære åpnes og luft slipper inn. En rekke land har også beskrevet behovet for tiltak og hvordan disse er blitt implementert. Eksempelvis ble korrosjonsskadet brensel fra den svenske R1-reaktoren satt i en kontrollerbar atmosfære gjennom uttak av brensel under overvåkning, jevnlig kontroll av atmosfæren rundt brenselet, før endelig stabilisering og prosessering startet i 2009 /14/. Gjennomføring av slike tiltak der særskilte anlegg bygges opp er tiltak som er nært knyttet til en nasjonal strategi for håndtering av brukt brensel slik dette har vært vurdert av de ulike norske offentlige utvalgene. 2 IFEs brenselslagre for metallisk brensel Brukt brensel i Norge stammer fra driften av JEEP I og II reaktorene og noe fra NORAreaktoren på Kjeller, samt Haldenreaktoren. Noe av dette brenselet kan plasseres direkte i et deponi, mens det øvrige brenselet har dårlig lagringsbestandighet. En vesentlig del av den siste gruppen er metallisk brensel. Avdeling NMAT har dokumentasjon for alle lagrede brenselselementer ved Haldenreaktoren og i JEEP I stavbrønn (vedlegg A3 A7). Denne ble presentert for det offentlig nedsatte Teknisk Utvalg i Dokumentasjonen gir informasjon om utbrenningshistorikk og i noen tilfeller informasjon fra observasjoner gjort fremover i tid etter innplasseringen i lageret. Omlastningen i 1982 er markert spesielt på alle kortene. Den siste oppføringen er innplasseringen av et mindre antall elementer i På kortene er det markert om elementene har merker eller defekter i kapsling og/ eller brensel. Detaljert informasjon om brenslet bør av sikringshensyn unntas offentlighet. Dette gjelder informasjonen i vedleggene (A1 A7). For øvrig vises det til innførte sikringstiltak godkjent av Statens strålevern, revidert og godkjent trusselvurdering (DBT), samt sårbarhetsanalyse for reaktoranlegget i Halden. 2.1 JEEP I stavbrønn JEEP I stavbrønn er et vertikalt tørrlager med hovedsakelig lagret standardbrensel fra JEEP I noe eksperimentalbrensel fra JEEP I, fra NORA-reaktoren og fra Haldenreaktoren. Lageret er beskrevet i sikkerhetsrapporten for anlegget /3/. Lageret består av et betongfundament som er støpt på bakkenivå og en betongsåle støpt ca. 3 meter under bakkenivå. Det er 97 hull (pits) i fundamentet og i hvert hull er det festet et 2,7 meter langt stålrør som er støpt fast i den 0,2 meter tykke betongsålen. Toppen av hvert rør er dekket med et metalldeksel og ekspanderende pakning. Volumet rundt rørene mellom betongsålen og betongfundamentet er fylt med sand, fin pukk og en drenerende masse. Lagerposisjonene er forseglet med jernskinner som er skrudd fast med bolter og hele lageret er dekket med en aluminiumsplate som er forseglet av IAEA.

8 6 Figur 1 JEEP I stavbrønn, Kjeller. I JEEP I stavbrønn er det brensel i 93 av 97 lagringsplasser (pits). I hver lagringsplass er det en rustfri stålbeholder (kvalitet 304L) med vanntette lokk, og hver beholder er senket ned i en pit, dvs. i de innstøpte stålrørene i stavbrønnen. Lagringsbeholderen inneholder et standard brenselselement. I få tilfeller er det 2 mindre elementer i en lagringsbeholder Brenselet i lagringsbeholdere i 71 pits er standard JEEP I brenselselementer med naturlig anriket, metallisk uran, dvs. JEEP I standardbrensel. 22 pits til sammen er lager for lagringsbeholder med brensel av forskjellig design, dette er HBWR type metalliske uranbrenselselementer, brenselselementer med lav anriket, bestrålt UO 2, eller ThO 2, og «void» elementer med UO 2 brensel. Brenselsstavene består av et kapslingsrør av aluminium fylt med uranbolter (slugs) med en diameter av 2,54 cm. Innhold og visuelle observasjoner for hver lagringsplass er beskrevet i vedlegg. Lagerbeholdning, historikk og tilstand med resultatene fra de tidlige observasjonene på 50- og 60-tallet er spesifisert i rapporten til Teknisk Utvalg /1/. JEEP I stavbrønn inngår i Met. Lab. IIs driftsområde og er dermed tillagt avd. NMAT. Anlegget er omfattet av IFEs konsesjon for drift av instituttets atomanlegg som går ut i 2018 /5/. Jeep I stavbrønn er et statisk lager uten endringer mht. mengden nukleært materiale. 2.2 HBWR-bunker Horisontalt hovedlager består av 202 horisontale stållommer for lagring av bestrålt brensel. Lageret er beskrevet i sikkerhetsrapporten for Haldenreaktoren /4/. Hver element har en brenselsstav med aluminiumskapsling og metallisk uran brensel. Hver HBWR I brenselselement inneholder kun en brenselstav. Brenselsstaven består av et kapslingsrør av aluminium fylt med uranbolter (slugs). Hver element er plassert for lagring i en Al beholder med tett lokk. Lagringsbeholderen er vanntett. Rundt lageret er det en 2 meter tykk betongsskjerm, og fronten er skjermet med en 1 meter tykk plate av tungbetong. I hver av stållommene er det 7 meter lange horisontale stålrør. Inne I betongkonstruksjonen er det en metallkonstruksjon som støtter rørene som utgjør lagerposisjoner. Lageret kjøles av luft, og luften ventileres ved naturlig sirkulasjon over taket til bunkerbygningen. Lagerbeholdning, historikk og tilstand, i tråd med informasjonen i

9 7 vedleggene, ble presentert for Teknisk Utvalg. I motsetning til beskrivelsene for JEEP I stavbrønn har det ikke vært rapportert tidligere om blemmer o.l. for brensel i HBWR-bunker. Brenselslageret for metallisk brensel i Halden inngår i ansvaret til avdeling Reaktordrift. Anlegget er omfattet av IFEs konsesjon som går ut 31. desember Det eneste anlegget som ikke er omfattet av denne er Haldenreaktoren der konsesjonen går ut 31. desember IFE har i sin søknad om fornyet konsesjon frem til 2024 også inkludert brenselslagrene i Halden /8/. 3 Undersøkelser av lagret brensel IFE har i 2011 og 2012 gjennomført ulike typer undersøkelser av brenselselementer fra JEEP Is første brenselsladning fra 1951 og av HBWRs første brenselsladning fra Utformingen av undersøkelsene skjedde på bakgrunn av relevante og tilgjengelige metoder, og etter anbefalinger fra Teknisk Utvalg og Strandenutvalget. Utvelgelse, metodikk og resultater er utførlig beskrevet i vedlegg A1 og A2, for detaljer og fullstendige beskrivelser henvises det derfor til disse rapportene. Undersøkelsene omfattet 5 brenselselementer fra Halden og ett element fra JEEP I stavbrønn. Elementene fra HBWR ble valgt ut fra observasjoner beskrevet i dokumentasjonen, utbrenning, hvor i reaktoren disse hadde vært plassert og med sikte på å velge representative elementer for resten av lagrene. Brenselshistorikken for elementene fra Haldenreaktoren viser at de har vært i reaktoren fra oppstart av reaktoren i Etter dette har elementene vært lagret i Halden. Brenselet valgt fra lageret i Halden har vært eloksert, i motsetningen til elementet fra JEEP I stavbrønn. Brenselshistorikken for elementet fra JEEP I stavbrønn beskriver at dette elementet var i bruk i reaktoren fra Etter dette har elementet vært lagret på Kjeller. Brenselselementet nr. 25 fra JEEP I i pit nr. 94 ble valgt fordi det stråler lite og kunne dermed transporteres fra JEEP I stavbrønn til Met. Lab. II uten skjerming. Dessuten var det beskrevet at byller o.l. var observert tidligere. Elementet ble visuelt undersøkt i Brenselet har relativt lav utbrenning. 3.1 Metodikk Preparasjons- og undersøkelsesteknikker ble innøvet på relevante ubestrålt testmaterialer fra tidlig 50-tallet. For å identifisere adekvate metallografiske metoder for hvert av disse materialene og for å samle inn data som grunnlag for sammenligning med resultatene fra bestrålt brensel. Undersøkelsen av elementet fra JEEP I stavbrønn omfattet demontering av brenselselementet, ekstraksjon av elementets to brenselspinner, deretter visuell inspeksjon av hele elementet og hver av pinnene samt nøytronradiografi av en av brenselspinnene. Det ble tatt prøver av brenselspinnen for metallografisk undersøkelse, dvs. hardhetstesting, optisk mikroskopi og elektronmikroskopi. For brenselet fra Halden omfattet undersøkelsene visuell inspeksjon og gammasprektralanalyse.

10 8 3.2 Resultater JEEP I stavbrønn Undersøkelsene viser at årsaken til «blemme/blemmer», eller engelsk blister notert på kartotekkortet, er lokal korrosjon/hydrering. Denne korrosjonsinduserte volumøkningen forårsaker en lokalt avgrenset utbylling av Al-kapslingen. Blemmene skyldes dannelse av uranhydrid. Figur 2 Nøytronradiografi (øverst i avbildningen) viser hvite, hydrogenrike områder på brenselsstaven (UH 3 og H 2 ), på steder hvor visuell inspeksjon viser korrosjonsangrep i Al-kapslet brensel. Korrosjonsangrepene er synlige enten som blemmer eller pittings (grop) i Al-kapslingen (brensel fra JEEP I stavbrønn). Figur 3 Metallografisk tverrsnitt av brenselselement 25 viser korrosjonsangrep / hydrering av det metalliske U-brenselet. Snittet går gjennom blemmen i Al-kapslingen og det hydrerte, korroderte området (UH 3 ) i U-brenselet (brensel fra JEEP I stavbrønn).

11 9 Figur 2 viser bilder av karakteristiske Al-kapslingsmerker på brensel fra JEEP I stavbrønn, dvs. «pittings og blemmer». Utseende av pittings og blemmer er vist i visuelle inspeksjonsbilder, nederst i figur 2. Ved hjelp av nøytronradiografi ble det gjennomført en hydrogenfordelingsanalyse. Figur 2 øverst viser område med kapslingsmerker. Nøytronradiografi dokumenterer hydrogenanrikningen med lyse flekker i området med «pittings og/eller blemmene». Figur 3 viser et tverrsnittsbilde av det samme brenselet. I Figur 3 ser man at kapslingen er tett til tross for utbulingen som følge av dannelse av uranhydrid. Gjennom disse undersøkelsene er det blitt verifisert at de kvalitative observasjonene som er notert om JEEP I stavbrønn når det gjelder brenselets utseende og korrosjonstegn (blemmer, sprekker etc.), stemmer med dagens observasjoner av det undersøkte brenselet HBWR Undersøkelsen av brenselet fra lagerbeholdningen i tørrlageret i Halden viser at kapslingen av de undersøkte brenselselementene ikke viser blemmer eller antydning til uranhydriddannelse. Stikkprøvene viser at det også her er kvalitativt samsvar mellom observasjonene gjort i 2012 og noteringene på kartotekkort. Det som var av irregulariteter vurderes å representere liten risiko for uønskete reaksjoner. Det anbefales likevel å gjøre grundigere undersøkelser. 4 Vurdering av funn og tilhørende risiko I dette kapitlet blir funnene kort oppsummert sammen med en vurdering av hvordan de kan ha oppstått, gitt tilgjengelige opplysninger for håndtering av dette brenselet frem til i dag. Det er lagt særlig vekt på å vurdere resultatene opp mot IFEs sikkerhetsmessige prinsipper for de nukleære anlegg og videre arbeid. 4.1 JEEP I stavbrønn Funnene samsvarer kvalitativt med funn fra visuell undersøkelse av brenselet i JEEP I stavbrønn fra 1982, hvor det ble funnet tilsvarende defekter på brenselet. Det kan ikke konkluderes med i hvilken grad det undersøkte elementet er representativt for de andre elementene i JEEP I stavbrønn. Det er rimelig å anta at de defektene som er notert tidligere, er reelle defekter i likhet med dem som ble funnet på det undersøkte brenselet. Det kan antas at tilstanden for elementer produsert tidlig kan være dårligere enn tilstanden for elementer produsert senere. Dette skyldes at de tidligste elementene ikke ble eloksert, det vil si at kapslingsmaterialet ikke fikk et beskyttende oksidsjikt på inn- og utside ved konstruksjon av brenselet (se også kapittel 4.2). Funnet av uranhydrid i brenselet indikerer at det har vært eller er vann eller hydrogen tilgjengelig i brenselet. Den sannsynlige årsaken til dette er fuktighet, og disse forholdene, sammen med mulige årsakssammenhenger og konsekvenser, diskuteres derfor mer i detalj nedenfor Utvikling av hydrogengass Aluminiumskapsling kan bli skadet gjennom pitting-korrosjon. Det finnes defekter i Alkapslingen til noen elementer. Dette kan føre til vanninntrenging i uranbrenselet. Skadene

12 10 har oppstått ved at kapslingen har sprukket opp. Det er ikke bekreftet at disse sprekkene går gjennom hele kapslingen. Hydrolyse av vann fører til dannelse av hydrogengass. En annen mekanisme for produksjon av hydrogen i brenselsmatrisen er at det oppstår fra hydridet selv. Sprekkdannelse kan være forårsaket av hydrogenatomer som har bygget seg opp i matrisen, re-kombinert til hydrogen i gassform. Hydrogengass inne i brenselet og i lagringsbeholderne representerer en risiko det må tas hensyn til ved undersøkelser, karakterisering, håndtering og transport av brenselet. I gjennomføring av undersøkelsene av lagrene med brensel fra HBWR og JEEP I ble det tatt nødvendige forholdsregler Fuktighet JEEP I brenselselementer er pakket i tette lagringsbeholdere av rustfritt stål med skrulokk. Hver lagringsbeholder står i en lagringsposisjon. Et hovedpoeng er å kunne verifisere at det ikke er vann til stede i elementene. På starten av 1980-tallet ble det gjennomført flere tiltak for å utbedre problemer med fuktighet i stavbrønnen. Både fuktighet som følge av kondens og innlekkasje av grunnvann ble da registrert. En annen sannsynlig årsak til at fuktighet på et tidlig tidspunkt kan ha kommet i kontakt med brenslet er at dette skjedde under produksjon, bestråling i reaktoren og/ eller under tidlig lagring i vann. Ved neste stikkprøveundersøkelse i 2009 hadde brønnene intakte stålrør og ingen fukt i bunnen, det vil si på 4,5 meters dyp. Disse undersøkelsene fant sted etter at man, pga. kalkutslag og sprekker i betongen ved årtusenskiftet ble klar over at lageret trengte en betongrehabilitering. Lageret ble undersøkt av Multiconsult gjennom en visuell kontroll av grunnvannsnivå og inspeksjon av tilstanden til tre brønner ved hjelp av et nedsenkbart videokamera. Under rehabilitering ble deler av det øverste betonglaget fjernet og ny, armert betong ble støpt på plass. All betong ble malt med pustende maling. I brønnen består hver lagringsposisjon av et rør som er støpt fast i en sementsåle. Det ble i 2006 montert en detektor i grunnen i flukt med lagerbygningen. Den vil gi alarm om fuktighet, og detektoren har ikke gitt alarm. På denne bakgrunn er det sannsynlig at eventuell fuktighet i brenselselementene har kommet til brenselet under drift i JEEP I reaktoren allerede fra eller under den videre lagringen på 50-tallet som fant sted i vann. Dette kan forklare at lignende visuelle observasjoner ble registrert i undersøkelsene i som var gjort tidligere. Slik brenselet står i dag i aluminiumskapsling, stålbeholdere, men da fortsatt med en mulighet for fukt, er det en mulighet for korrosjon gjennom galvaniske reaksjoner Dannelse av uranhydrid Uranhydrid (UH 3 ) er identifisert i det undersøkte brenselet i JEEP I stavbrønn. Dette kan ha blitt generert ved en reaksjon der uranbrenselet reagerer med vann eller hydrogen. H 2 gassdannelse og korrosjonsangrep med UH 3 er uønsket. Ved funn av slikt materiale kan det ikke utelukkes spontane reaksjoner. Dette avhenger av karakteristika for korrosjonsproduktet, dvs. hydridmaterialet, så som partikkelstørrelse, morfologi, mengde og distribusjon av hydridmaterialet, fysiske påvirkninger som friksjon, trykk, kjemiske

13 11 påvirkninger (som sammensetning) og egenskaper av omgivelsesatmosfære (fukt) og temperatur. Hydridmaterialet som er påvist i det undersøkte brenselselementet fra JEEP I stavbrønn er begrenset i omfang. Det er lite oksygen tilgjengelig slik at videre reaksjoner er lite sannsynlig. På bakgrunn av hydridets egenskaper som skissert ovenfor, der blant annet tilført energi spiller en viktig rolle, er det allikevel naturlig å ikke foreta noen videre operasjoner (håndtering, videre undersøkelser etc.) før dette er risikovurdert Samlet risikovurdering - stavbrønn Sentrale forhold ved det brukte brenslet i JEEP I stavbrønn og lageret tilstand tilsier at den overordnete risikoen for hendelser er lav. Lageret inneholder flere barrierer mot utslipp; lagerbrønnen, lagringsbeholderen av rustfritt stål til hvert brenselselement, kapsling samt brenselsmatrise. Selv om det er registrert defekter på brenselsmatrisen og på kapslingen til enkeltelementer, utgjør kapslingen en viktig barriere mot inntrengning av vann og luft. Det er sannsynlig at hydriddannelsen skjedde i en tidlig fase av lagringen på bakgrunn av tilgjengelig fukt under produksjon, bruk og/ eller tidlig lagring. Dette samsvarer kvalitativt med de visuelle observasjonene som er gjort i når disse vurderes opp mot tidligere observasjoner. Det er derfor sannsynlig at de forandringene som er synlige i dag, oppsto tidlig og at utviklingen går sakte eller har stanset. Fritt hydrogen var på samme måte sannsynligvis først og fremst tilgjengelig i en tidlig fase på bakgrunn av fuktproblemene, men det kan ikke utelukkes at dette kan frigjøres fra hydridmaterialet også nå. Imidlertid er det lite luft tilgjengelig siden defektene har mindre betydning for kapslingens tetthet, Brenselet har også lav utbrenning og lang hendøingstid (60 år), noe som gjør at det er lite varme tilgjengelig til å initiere reaksjoner i brenselet. Det vurderes derfor som lite sannsynlig at det vil oppstå spontane reaksjoner i det lagrete brenslet. På grunn av at eventuelle reaksjoner vil generere lite energi som følge av lite tilgjengelig materiale som fremmer reaksjonen, er det vanskelig å se for seg hendelser som kan føre til kontaminering ut over den rustfrie stålbeholderen og lagerbrønnen. Dette vil gi liten påvirkning på luft og vann. Som en oppsummering kan man da slå fast at mens kjøling og kritikalitet ikke er relevante problemstillinger, tilsier de funnene som nå er gjort at den nødvendige innkapsling av radioaktive stoffer er til stede. Funnene understreker imidlertid behov for videre tiltak og stabilisering. Det er ønskelig å begrense håndteringen av brenselet før mer detaljerte risikovurderinger av håndtering er gjennomført. 4.2 HBWR En rekke forhold, i tillegg til observasjoner og resultatet av undersøkelsene, gjør allikevel at status for lagring av metallisk brensel ved anlegget i Halden vurderes som sikkerhetsmessig bedre enn status for lagring av slikt brensel i JEEP I stavbrønn. For det første ble brenselet for Haldenreaktoren eloksert, For det andre er lageret i Halden over bakkenivå og har kontinuerlig lufttilførsel mellom rørene som fører til mindre risiko for vanninntrenging og lokalisert korrosjon. De identifiserte funnene, i undersøkelser og dokumentasjon nødvendiggjør videre undersøkelser og karakterisering for å få bedre data på utviklingstrekk i brenselet også for lageret i Halden, samt mer detaljert oversikt over tilhørende risiko. En ny vurdering vil også

14 12 omfatte behov for andre undersøkelsesmetoder og eventuelt nytt utstyr for gjennomføring av disse. Det er ønskelig å begrense håndteringen av brenselet lagret også ved Haldenreaktoren før mer detaljerte risikovurderinger av håndtering er gjennomført. 5 Videre arbeid sikkerhet og stabilisering Av sikkerhetsmessige hensyn er det avgjørende å beholde innkapslingen av radioaktiviteten i brenselsmatrisen, i aluminiumskapslingen, stålbeholderen og i selve lageret. På bakgrunn av funnene vil integriteten til selve brenselsmatrisen, kapslingen og risikoen for hendelser bli vurdert i det videre arbeidet. Det primære målet er å fjerne brenselet hurtigst mulig for stabilisering, og i mellomtiden gjennomføre nødvendige tiltak som ivaretar sikkerheten til brenselet. Sammenlignet med nyere oksidbrensel vil det være riktig å prioritere en løsning for det metalliske brenselet. Dette gjelder spesielt brenselet i JEEP I stavbrønn. Tilgjengelig informasjon om brenselet er ytterligere systematisert gjennom denne rapporten med vedlegg og dermed gjort tilgjengelig for relevante myndigheter, spesielt i forhold til etablering av en nasjonal strategi for videre behandling, stabilisering og mellomlagring. 5.1 Sikkerhet som styrende prinsipp På bakgrunn av de funn som er gjort i JEEP I stavbrønn, er det klart at videre undersøkelser i dette lageret ikke skjer uten at det gjennomføres detaljerte undersøkelser på hvilken måte arbeidet kan påvirke sikkerheten. Dette gjelder i de enkelte lagerposisjoner, mellom lagringsposisjonene, samt rundt lageret over og under grunnen. IFE vil i utgangspunktet ikke gjennomføre lignende undersøkelser som nå er gjort uten at nærmere risikovurderinger er gjennomført. Tiltak med utgangspunkt i en slik risikovurdering kan for eksempel omfatte kontrollerbar atmosfære, dertil egnete lagringsbeholder og anlegg for særlige undersøkelser av slikt brensel. Dette vil nå bli vurdert gjennom IFEs prosjektgruppe som er etablert for å koordinere vurderingene av videre tiltak. 5.2 Minimere håndtering før stabilisering For å redusere risikoen ved håndtering av dette brenselet, bør antall prosesser for håndtering frem til stabilisering minimaliseres. Teknisk Utvalg har gjort en vurdering av mulige behandlingsmåter for dette brenselet og konkluderer at opparbeiding ved et gjenvinningsanlegg er i dag eneste realistiske alternativ. For IFE er det viktig å arbeide for den sikkerhetsmessig beste løsningen for dette brenselet, gitt status og utvikling, og det krever at brenselet på en eller måte stabiliseres. Blant de anleggene som er tilgjengelige, vurderer Strandenutvalget anlegget i Cap LaHague som eneste aktuelle alternativ. Møtereferatet mellom AREVA og Teknisk Utvalg er tydelig i at «There were no obvious reasons why the fuels can not be reprocessed by AREVA NC», selv om det er flere forhold som må avklares. Undersøkelser av brenselet vil være av vesentlig betydning for arbeidet med å forberede brenselet for en endelig løsning. For IFE vil det derfor være naturlig i det videre arbeidet å følge anbefalingene fra Teknisk Utvalg og karakterisere brenselet i samarbeid med relevante aktører for stabilisering av brenselet. En produktiv prosess sikkerhetsmessig videre vedrørende demontering, ompakking, karakterisering og

15 13 dokumentasjon av brenselet er basert på spesifikasjoner som finnes hos relevante etterbehandlingsanlegg og aktuelle transportselskaper. 5.3 Oppdatert sikkerhetsdokumentasjon Dagens sikkerhetsrapport for JEEP I stavbrønn har vurdert brann og vannlekkasje som mulige ulykkesscenarier. Brann omhandler trekonstruksjonen i bygningen, mens vanninntrenging er vurdert som ikke realistisk. Sikkerhetsdokumentasjon for lagrene på Kjeller og i Halden skal oppdateres for å reflektere risiko ved reaksjon med vann, hydrogen og uranhydrid. 5.4 Tilpasset beredskap og overvåking Beredskapsplanen skal oppdateres gjennom å vurdere beredskapstiltak som er tilpasset andre typer uhell enn det som i dag er spesifisert i sikkerhetsrapporten, og å utvide overvåkingen av lagret med spesiell tanke på utvikling av hydrogen. Tiltakene skal bygge på en detaljert risikovurdering og prosjektering. 5.5 Videre karakterisering Innhold og omfang av videre karakterisering avhenger av tilgjengelig utstyr og anlegg, samt hvilken prosess som fastlegges for håndtering av brenselet. Eksempelvis krever nye, omfattende undersøkelser for karakterisering av brenselsstavene fra JEEP I anlegg som i dag ikke finnes i Norge på bakgrunn av at elementene er særlig lange. Både sikkerhetsmessige forhold og relevante tiltak krever derfor omfattende planlegging som nå er påbegynt i IFEs prosjektgruppe. 5.6 IFEs oppfølging. IFE har etablert et prosjekt for å koordinere de ulike tiltakene som nå er påkrevet, og for å sette en struktur som ivaretar både behovet for oppdatert sikkerhetsdokumentasjon, konsekvensanalyser, beredskapstiltak og tiltak for karakterisering av brensel. Prosjektet skal knytte til seg nødvendig kompetanse. IFE er allerede i kontakt med internasjonal ekspertise på området. Alle tiltak av sikkerhetsmessig betydning vil bli vurdert av IFEs Sikkerhetskomité. 6 Konklusjon I sitt arbeid for ivaretakelse av sikkerhet for brukt brensel, arbeider IFE for å vedlikeholde de tre grunnleggende kontrollfunksjonen: kjøling, sub-kritikalitet og innkapsling av radioaktive stoffer. Ved å påse at disse tre basisfunksjonene er sikret, ivaretas samtidig sikkerheten til anlegget og dermed allmennheten. Avdeling NMAT har, blant annet etter anbefalinger fra Teknisk Utvalg og Strandenutvalget, gjennomført undersøkelser av brenselselementer fra JEEP Is første brenselsladning fra 1951 og av HBWRs første brenselsladning fra Den overordnete konklusjonen er at de synlige delene av de fem elementene fra HBWR har tett kapsling. Videre at det ene elementet fra JEEP I har defekter som har mindre betydning for kapslingens tetthet, og at kapslingen er tett på det stedet brenselet er nærmere undersøkt. Det ble observert brune og hvite felt på aluminiumskapslingen, svellinger/

16 14 blemmer, sprekkdannelse og noe deformering. Årsaken til blemmer på brensel fra JEEP I stavbrønn er lokal korrosjon/ hydrering. Dette indikerer at det har vært vann eller hydrogen tilgjengelig for reaksjon med brenslet, sannsynligvis som følge av fukt fra produksjon, bestråling og/ eller tidlig lagring. Stikkprøver fra tørrlageret i Halden (HBWR-bunker) med brukt brensel fra HBWR første lastning viser på sin side ingen blemmer og dermed ingen direkte antydning til uranhydriddannelse. Undersøkelsene bekrefter dermed at korrosjonsproduktene i aluminiumkapslet, metallisk brensel med dårlig lagringsbestandighet, beskrevet generelt i tidligere i offentlige utredninger, også er observert i brenselet i IFEs statiske lagre for historisk brensel. Sentrale forhold ved det brukte brenslet og lagrenes tilstand tilsier at den overordnete risikoen for hendelser er lav, blant annet fordi at lagrene inneholder flere barrierer mot utslipp og inntrengning av vann. Det vurderes som lite sannsynlig at det vil oppstå reaksjoner i det lagrete brenslet som kan medføre utslipp til luft og vann. Det er sannsynlig at de forandringene som er synlige i dag, oppsto tidlig og at utviklingen går sakte eller har stoppet opp. Dette understreker at det er liten risiko for særlige hendelser i tilknytning til lageret. Håndteringen av brenselet ved JEEP I stavbrønn og HBWR bør begrenses før mer detaljerte risikovurderinger gjennomføres. Funnene fra det undersøkte brenselet i JEEP I stavbrønn gjør det nødvendig med intensivert overvåkning og registrering av status og utvikling. IFE har i sin høringsuttalelse til Strandenutvalgets utredning sagt at det er sentralt at tidsplanen som ble foreslått av Utvalget. foreslått av utvalget følges Undersøkelsene av brenselet understreker betydningen av dette.

17 15 7 Referanser 1 Technical Committee, «Recommendations for the Conditioning of Spent Metallic Uranium Fuel and Aluminium Clad Fuel for Interim Storage and Disposal», A report prepared by the Technical Committee on Storage and Disposal of Metallic Uranium Fuel and Al-clad Fuels for Nærings- og handelsdepartementet, januar NOU 2011: 2 «Mellomlagerløsning for brukt reaktorbrensel og langlivet mellomaktivt avfall» (Strandenutvalget), januar Institutt for Energiteknikk, Sikkerhetsrapport for lagrene for bestrålt brensel på Kjeller (KD /KP ), desember Institutt for Energiteknikk, Sikkerhetsrapport for Haldenreaktoren, desember Helsedepartementet, Konsesjon for drift av IFEs atomanlegg, november NOU 2001: 30, «Vurdering av strategier for sluttlagring av høyaktivt reaktorbrensel», (Berganutvalget), desember 2001 (webtilgang 1. februar, 2013: 7 Fase 1 utvalget, «Etablering av nytt mellomlager for høyaktivt avfall, Lagringsbehov, alternative tekniske løsninger og momenter for valg av teknisk løsning og lokalisering», Utredning gjennomført av Fase 1 - utvalget i perioden januar juni 2004 på oppdrag fra Nærings- og handelsdepartementet, juni 2004 (webtilgang 1. februar, 2013: mellomlagerrapportjuli04.pdf). 8 Institutt for Energiteknikk, Søknad om konsesjon for videre drift av Institutt for energiteknikks konsesjonsunderlagte atomanlegg etter 2008, desember Statens strålevern, Høring NOU 2011:2 Utredning av mellomlagerløsning for brukt reaktorbrensel og langlivet mellomaktivt avfall, 30. september IFE, Høringsuttalelse Mellomlagerløsning for brukt reaktorbrensel og langlivet mellomaktivt avfall (NOU 2011:2) (brev), 26. september Technical Information Service, Atomic Energy Commission, The Industrial Atom The Fire Properties of Metallic Uranium, April 12, F. Le Guyadec et al, «Pyrophoric behaviour of uranium hydride and uranium powders», Journal of Nuclear Materials 396 (2010), pp , M- Epstein and B. Malinovic, Uranium Pyrophoricity Phenomenia and Prediction, SNF-6192-FP 2004 (webtilgang 1. februar, 2013: UraniumPyrophoricityPhenomenaandPrediction.pdf). 14 I. Bjørner et al., «Behandling av korrodert R1-brensel ved Forvaringsanlegningen i Studsvik Steg 1 Sikkerhetsrapport», mai 1990.

18 16 8 Vedlegg. A1 A2 A3 A4 A5 A6 A7 V. Andersson, B. C. Oberländer, «HBWR 1st charge fuel- visual inspection & gamma scanning, IFE/KR/F-2012/110 (unntatt offentlighet, jf. atomenergiloven 53). V. Andersson, B. C. Oberländer, H. K. Jenssen, H. J. Kleemann, «Investigation of one fuel element from JEEP I 1st charge from 1951», IFE/KR/F-2012/111 (unntatt offentlighet, jf. atomenergiloven 53). T. A. Gulbrandsen, Kardex-kort fra 1. lastning HBWR. Avd. REAK, samt oversikt over elementer som er reprosessert ved Kjeller (unntatt offentlighet, jf. atomenergiloven 53). E. Lundby, Kartotekkort fra vis.insp. av brenselselementene i JEEP 1 stavbrønn. Avd. NMAT (unntatt offentlighet, jf. atomenergiloven 53). IFE, Tegninger av lagrene, historiske brenselselementer, lagringsbeholdere, og annet utstyr for lagring av historisk metallisk uranbrensel i JEEP I stavbrønn og HWBRbunker (unntatt offentlighet, jf. atomenergiloven 53). IFE, Opplisting av lagerbeholdningen i JEEP I «statisk» stavbrønnlager (unntatt offentlighet, jf. atomenergiloven 53). IFE, Lagerbeholdning i «statisk» lager fot brukt brensel - HBWR-bunker (unntatt offentlighet, jf. atomenergiloven 53).

19 Institutt for energiteknikk Postboks 40 NO-2027 Kjeller, Norge Telefon: (+47) Telefax: (+47)