SKB:s kommentar till masterarbete om deformationsåldring hos kapselns insats

Denna analys är en del i SKB:s kommentar till remitterat material i tillståndsprövningen för Kärnbränsleförvaret. Se övergripande kommentar till remissen här.

Deformationsåldring och dess hantering i SKB:s ansökan

Kapslarna i slutförvaret har en insats av järn. Insatsens funktion är att motstå de mekaniska laster kapslarna kan utsättas för i förvarsmiljön.

Insatsens material och utformning är valda för att med marginal ge tillräckliga prestanda i de lastsituationer som uppkommer i förvaret. I vissa extrema situationer kan järnet i kapseln (liksom metaller i allmänhet) belastas så mycket att det får en bestående formförändring, en permanent deformation. Även efter en sådan händelse har kapseln en betydande förmåga att motstå mekaniska laster, men järnet kan påverkas av den permanenta deformationen. Fenomenet kallas statisk deformationsåldring. Vid statisk deformationsåldring förväntas materialet bli mer hållfast, så att det vid en eventuell ytterligare belastning krävs en ännu större kraft för att åstadkomma ytterligare en permanent deformation. Materialet blir dock samtidigt mindre segt, det vill säga det krävs inte längre lika stora deformationer för att det till slut ska brista.

Enligt den analys av säkerhet efter förslutning som ligger till grund för SKB:s ansökan kan bara stora jordskalv i förvarets närhet ge tillräckliga laster för att leda till permanenta deformationer på kapseln. Sådana händelser är extremt ovanliga eftersom i) stora jordskalv är mycket ovanliga i Sverige också i ett miljonårsperspektiv, ii) deponeringspositioner för kapslar väljs för att minimera påverkan av jordskalv och iii) insatsen dimensionerats för att stå emot de rörelser som ändå kan förekomma.

Betydelsen av statisk deformationsåldring hos kapslarna har utvärderats inom prövningen av SKB:s ansökan om ett slutförvar i Forsmark. Bland annat begärde SSM en komplettering om saken av SKB sommaren 2017. SKB fann i kompletteringen att deformationsåldring inte påverkar kapslarnas funktion i slutförvaret. SKB:s kompletterande material har legat till grund för såväl SSM:s som mark- och miljödomstolens bedömningar av ansökan och ingen av dessa instanser såg att frågan utgjorde hinder för regeringen att bevilja tillstånd för slutförvaret.

Ny studie från Aaltouniversitetet

Nu har en ny studie i ämnet lagts fram i form av en masteruppsats från juli 2021 vid Aaltouniversitetet i Helsingfors¹. Uppsatsen innehåller en genomgång av den föreslagna KBS-3-kapseln, allmän kunskap om deformation och åldring och resultat från en ny serie hållfasthetsförsök, med provmaterial från en kapselinsats. Prov gjordes vid flera temperaturer och man varierade också åldringstiden, dvs tiden mellan den första deformationen och den efterföljande mätningen av materialegenskaperna. Också storleken på den inledande deformationen varierades och var i samtliga fall betydligt större än vad de allra flesta kapslarna i slutförvaret kommer att utsättas för. Proverna belastades vid den efterföljande mätningen tills de gick av och brottytorna undersöktes i mikroskop.

Resultaten visar på en tydlig statisk deformationsåldring. Förbättringen av hållfastheten var något större än förväntat enligt tillgängliga litteraturdata, särskilt vid temperaturer som är relevanta för slutförvaret. Försämringen i seghet (förmåga att deformeras utan att brista) var också något större än förväntat. Brottytorna visade att materialet fortfarande var segt, det vill säga det hade inte blivit sprött av åldringen. Den slumpmässiga variationen mellan prover som utsatts för samma försöksförhållanden är relativt låg.

SKB studerar frågan i enlighet med den plan som redovisas i Fud-program 2019. En liknande försöksserie som i den finländska studien har genomförts, men mätdata är ännu inte färdiganalyserade. Preliminärt kan dock sägas att resultaten påminner om de i den finländska studien. Förbättringen i hållfasthet är ungefär densamma, medan försämringen i seghet inte är lika stor som i den finländska studien.

SKB:s slutsatser

I sammanfattning visar alltså både den finländska studien och SKB:s pågående arbete att statisk deformationsåldring efter stora belastningar kan inträffa i insatsmaterialet, också vid de begränsade temperaturer som förekommer i slutförvaret. Slutsatsen om betydelsen av fenomenet för slutförvaret som SKB tidigare redovisat till SSM kvarstår dock: Deformationsåldring är relevant i slutförvaret endast i situationer där en kapsel först utsatts för en last som ger en bestående deformation och sedan utsätts för ytterligare en sådan last. Deformationer av det slaget bedöms bara kunna förekomma vid kraftiga jordbävningar i förvarets närhet, och då endast på en kapsel som oavsiktligt placerats i ett olämpligt deponeringshål. Stora jordbävningar nära förvaret är mycket sällsynta också i ett miljonårsperspektiv och det skulle dessutom krävas att två sådana händelser påverkar samma kapsel för att deformationsåldring ska ha någon betydelse. Det är också värt att notera att en kapselinsats som åldrats efter deformation faktiskt har ett ökat motstånd mot ytterligare deformationer och också en betydande, om än minskad, förmåga att motstå ytterligare laster utan att brista.

SKB:s arbete kring deformationsåldring fortsätter enligt den plan som redovisades i Fud-program 2019.

1. En masteruppsats är det avslutande arbetet för en masterexamen som omfattar 5 års studier vid universitet eller högskola.