Burnupnivåer

Burnupnivåer, eller bränsleburnup, är ett mått på hur mycket energi som har utvunnits ur kärnbränsle per massenhet bränsle. Vanligen anges burnup i enheter MWd/kgU (megawattdag per kilogram uran) eller GWd/tU. Burnup definieras som integralen av reaktorstyrkan över tiden delad med bränslets initiala massa och används för att beskriva hur mycket av bränslets uran som har omvandlats till energi.

I kommersiella vattenreaktorer är slutburnup oftast i intervallet cirka 40–60 MWd/kgU när bränslet tas ur drift. Äldre bränslen är ofta lägre, omkring 20–40 MWd/kgU. Moderna högburnupsbränslen har uppnått cirka 60–70 MWd/kgU, och forsknings- och utvecklingsprojekt har testat bränsle upp mot cirka 80–90 MWd/kgU. Andra reaktortyper, som CANDU, uppnår generellt lägre burnup per massa jämfört med lättvattenreaktorer.

Burnup påverkar bränslets isotopiska sammansättning. Ju högre burnup, desto mer Pu-239/Pu-241 och minor actinides produceras. Denna förändring påverkar avfallets kemiska och radiologiska egenskaper samt hanteringen vid lagring och återvinning. Högre burnup ökar ofta avfallets initiala värmeproduktion och förändrar krav på kylning, kritikalitetskontroll och prestanda i lagringssystem.

Burnup bestäms genom beräkningar av driftens energi och genom post-irradiationsundersökningar (PIE). Vanliga mätmetoder inkluderar gamma-spektroskopi av fissionsprodukter som Cs-137 och Nd-148 samt isotopinventarier som används i kärnkraftverkets uppföljning.

Betydelsen av burnupnivåer ligger i bränslets ekonomiska och säkerhetsmässiga planering. Ökad burnup innebär bättre bränsleutnyttjande och färre laddningar per cykel, men kräver bättre bränslestyrning av mekanisk integritet, termisk-hydraulisk säkerhet och avfallshantering.