Kärnkraft och kärnvapen


Möjligheten att utvinna energi genom klyvning – fission – av tunga atomkärnor bygger på observationen att då en neutron – den elektriskt neutrala byggstenen i kärnan – träffar kärnor av viss typ klyvs kärnan och frigör energi samt flera neutroner. De här neutronerna kan i sin tur träffa nya kärnor och så få igång en kedjereaktion som antigen är ohejdad som i ett kärnvapen eller som hålls under kontroll som i en kärnreaktor. Men neutronerna kan också infångas av andra slags kärnor som då omvandlas (via olika radioaktiva sönderfallskedjor) till kärnor av andra grundämnen. Denna så kallade transmutationsprocess är en oundviklig följd av kärnfysikens lagar och är orsaken till att all kärnkraftsanvändning som bygger på fission innebär en allvarlig risk för att kärnvapen sprids.

Fissionsreaktorer ger material för kärnvapen

Den praktiskt taget enda naturligt förekommande klyvbara kärnan är uranisotopen med masstalet 235. I naturlig uranmalm utgör halten av U235 bara 0,7 % av uranet, resten består av U238. Vill man bygga en uranbomb bör halten av U235 först anrikas till 90 % eller mera. Hiroshimabomben var av denna typ.

Men det finns en annan väg att åstadkomma kärnvapen. Man kan använda de neutroner som inte behövs till att upprätthålla kedjereaktionen i en kärnreaktor till att bestråla huvudkomponenten i uranet, U238, som då via ett mellanskede som grundämnet neptunium övergår till isotopen plutonium 239, som är ett förträffligt kärnvapenmaterial. 6 kg plutonium räcker vät till en bomb. Nagasakibombens klyvbara material var Pu239.

Lämnar man plutoniet kvar i reaktorn en längre tid bildas också isotopen Pu240, som är besvärligare om man vill göra bomber. Problemet är att Pu240 klyvs oftare spontant än Pu239 eller U235 och sätter därför igång en kedjereaktion för snabbt och önskvärd effekt nås inte. Men det är fullt möjligt att bygga kärnvapen av den blandning av plutoniumisotoper som typiskt bildats under de ca två-tre år bränslestavarna i en kärnkraftsreaktor i snitt ligger i reaktorn. Både USA och Sov jetunionen genomförde i sin tid provsprängningar av vapen byggda av sådant ”reactor-grade” plutonium.

IAEAs kärnbränslekontrollinspektörer i arbete. (Bild: D.Calma/IAEA)

I princip kan man också bygga kärnreaktorer där bränslet utgörs av isotopen Torium232. Torium är mycket vanligare är uran, så incentivet är riklig bränsletillgång. I reaktorn transmuteras toriet till den klyvbara uranisotopen 233 (reaktorns första bränsleladdning måste alltså innehålla tillräckligt med U235 för att få igång processen). Men U233 är också i högsta grad användbart som vapenmaterial.

Slutsatsen blir då att alla fissionsreaktorer samtidigt som de ger oss energi samtidigt producerar material som kan användas till att bygga kärnvapen. Här ligger det allvarliga problem användningen av kärnkraft medför för säkerheten i världen.

Finland producerar plutonium för en bomb per dag

Hur mycket plutonium producerar ett kärnkraftverk? Som tumregel gäller att det antal fissionsprocesser som producerar den termiska energimängden 1 megawattdag ger upphov till 1 gram plutonium i en typisk lättvattenmodererad kraftreaktor. Vi kan då räkna ut att i Finland för närvarande, om Lovisa 1 och 2 (sammanlagt 3000 MW termisk effekt) och Olkiluoto 1 och 2 (sammanlagt 5000 MW termisk effekt) alla körs för fullt, producerar våra kärnkraftverk 8 kg plutonium per dag, dvs plutonium för gott och väl en bomb per dag. Ville vi det skulle vi alltså kunna bygga upp en arsenal på tusentals bomber av det plutonium som finns lagrat i de uttjänta bränslestavarna. För det måste vi naturligtvis först bygga en kemisk fabrik där separeringen av plutoniet skulle ske. Processerna för separeringen är väl kända.

De första kärnreaktorerna byggda av stormakterna var enbart avsedda att tillverka plutonium; man brydde sig inte om att ta tillvara energin som producerades. Senare kombinerades civil elkraftsproduktion med militär plutoniumtillverkning i flera länder. Ett typexempel var det svenska kärnvapenprojektet, där man byggde ett kärnkraftverk (en tungvattenmodererad kokarreaktor som kunde använda svenskt naturligt uran som bränsle) i Marviken i Östergötland som förutom el skulle producera plutoniet till de svenska bomberna. Reaktorn stod färdig att tas i bruk – dock ännu inte laddad med bränsle – när beslutet togs i slutet av 1960-talet att definitivt stoppa det svenska kärnvapenprojektet. Reaktorn ersattes senare med en konventionell ångpanna, och svenskarna kunde stoltsera med att ha ”världens enda olje-eldade kärnkraftverk”.

Att spridning av kärnkraft samtidigt medför en risk för spridning av kärnvapen insågs tidigt. USA lanserade sitt ”Atoms for Peace”-program, där de erbjöd fördelaktig kärnteknik till mottagare som accepterade en strikt kontroll av strategiska material – anrikat uran, plutonium, tungt vatten mm. I fallet Sverige ledde det till att ASEA drog sig ur det svenska kärnvapenprojektet och i stället utvecklade lättvattenmodererade reaktorer av amerikansk modell. Detta försenade det svenska bombprojektet just så mycket, att då den politiska viljan svängde i Sverige i samband med förhandlingarna om ett ickespridningsavtal (se nedan), hade man ännu inte åstadkommit en enda bomb.

Ickespridningsavtalet motarbetar sig självt

För att handha kontrollen av kärnmaterial grundades i FN:s regi det Internationella atomenergiorganet IAEA. Mottagare och användare av civil kärnteknik förutsätts skriva under ett kärnbränslekontrollavtal, som förpliktar till noggrann bokföring av kärnämnen och som tillåter IAEAs inspektörer att på plats kontrollera uppgifterna. Militära program ligger utanför IAEAs jurisdiktion, och för att hindra spridning av kärnvapen väcktes inom FN – först av Irland – tanken på ett avtal där undertecknarna förbinder sig att inte utveckla egna kärnvapen. Ickespridningsavtalet NPT förhandlades fram under 1960-talet, Finland och Sverige var aktiva. Det öppnades för underskrifter 1968 och trädde i kraft 1970. Utanför avtalet står nu endast Indien, Israel, Pakistan och enligt egen mening Nordkorea (de övriga avtalsparterna anser inte Nordkoreas utträde ur avtalet år 2003 som giltigt).

Ickespridningsavtalet sägs stå på tre pelare. Den första pelaren är förhindrandet av spridningen av kärnvapen. Avtalstexten ger de stater, som utvecklat och testat kärnvapen före den 1 december 1967, dvs USA, Ryssland (anses som arvtagare till Sovjetunionen), Storbritannien, Frankrike och Kina rätt att tillsvidare inneha kärnvapen. De övriga avtalsparterna får inte utveckla egna kärnvapen och är tvungna att underkasta sig IAEAs inspektioner. Under den tid avtalet varit i kraft (det slöts ursprungligen för 20 år men förlängdes år 1995 att gälla tillsvidare) har 5 stater utvecklat egna kärnvapen: de fyra ovan nämnda och Sydafrika, som anslöt sig 1991 till NPT och skrotade de sex bomber de hade byggt. Målet med ickespridningsavtalet har alltså i viss mån nåtts gällande denna pelare.

Den andra pelaren gäller kärnvapennedrustningen. De fem stater, som tillåts inneha kärnvapen, förbinder sig att ”i god tro” föra förhandlingar med målet total kärnvapennedrustning. Sådana multilaterala förhandlingar har aldrig förts. Frustrationen över att den fem ”officiella kärnvapenmakterna” (som knappast av en tillfällighet är de som innehar vetorätt i FNs säkerhetsråd, P5-staterna) inte har följt NPT-avtalets bestämmelser var en av de kraftigaste drivfjädrarna för slutandet av ett avtal om förbud mot kärnvapen, som förhandlades fram år 2017. Denna pelare är alltså totalt rutten.

Den tredje pelaren är, i avtalstextens formulering, den oavvisliga rätten för avtalsparterna att använda kärnteknik för fredligt bruk. Här ligger problemet ur den här artikelns synpunkt. Genom att propagera för kärnkraft motarbetar denna pelare huvudsyftet med NPT-avtalet; som vi sett ger användning av kärnkraft möjlighet att bygga egna kärnvapen. Kärnbränslekontrollavtalen med IAEA avser att stänga den möjligheten, men avtalen kan sägas upp eller kringgås, som Iraks hemliga kärnvapenprogram på 1980-talet visade. Visa av den skadan har man infört ett tilläggsprotokoll, som ger IAEA starkare kontrollbefogenheter, men ur NPT-avtalets synpunkt är godkännandet av tilläggsprotokollet frivilligt (drygt 130 stater har tillsvidare godkänt det).

Den tredje pelaren lider alltså av ett konstruktionsfel. I diskussioner om ickespridningsavtalets framtid har man talat om ”NPT 2.0”, där den obegränsade rätten att använda fredlig kärnteknik inte skulle ingå. Det skulle innebära att avtalet skulle sätta parterna i en ännu mera ojämlik situation: de stater som avstår från kärnvapen skulle inte få någon kompensation alls, då P5-staterna inte är intresserade av nedrustning. Det är därför osannolikt att NPT-avtalet ändras på denna punkt i en nära framtid.

Krisområden och terrorrisker

Som känt är kärnkraften i motvind i Amerika och Europa (med det lysande undantaget Finland), men i Afrika och Asien finns det starkt intresse för ny kärnkraft. Det är säkert att kärnvapenoptionen spelar en roll i många länders kärnkraftsplaner. Ett aktuellt fall är Mellanöstern. Israel gick vägen över kärnkraft till kärnvapen. Iranavtalet har tillsvidare stoppat Irans kärnvapenplaner, men avtalets framtid är osäker då USA dragit sig ur det. Arabemiraten har två reaktorer startklara i Barakah och Saudiarabien planerar att bygga sexton kärnkraftverk under de närmaste tjugo åren. Egypten och Jordanien har också avancerade planer på kärnkraft. Kärnkraftsetablering i krisområden eller i instabila länder utgör ett klart riskmoment och bör inte understödas, som Finland gör i fallet Saudiarabien, fastän det där åtminstone på pappret rör sig om transparens och kontroll i kärnbränslekontrollavtalen.

Oberoende av hur det går i framtiden har vi ändå ett massivt problem att tackla: Vad göra med de enorma lager av kärnvapenmaterial som redan finns? I fråga om plutonium var tanken ursprungligen att använda det som bränsle för energiproduktion, och därför byggdes fabriker där plutoniet kunde separeras från uttjänta reaktorbränslestavar. Vill man använda plutoniet i förefintliga kraftreaktorer bör det blandas med uran till s.k. MOX-bränsle (mixed oxides, dvs. en blandning av plutoniumoxid och uranoxid där plutoniumoxidhalten får vara högst 30 %). En annan möjlighet är att använda enbart plutonium i specialbyggda reaktorer, s.k. snabba reaktorer, där neutronernas hastighet inte bromsas upp av ett modererande ämne (vatten eller grafit).

Ett plutoniumlager i Sellafield, England. För att undvika oönskade kedjereaktioner måste pluoniumet uppbevaras i små separata klumpar, klart lättare än den kritiska massan (11 kg vid normalt tryck). (Bild: lakestay.co.uk)

Med dagens uranpriser är MOX-bränslet alltför dyrt jämfört med bränsle framställt ur jungfruligt uran, och används numera så gott som enbart i Frankrike, där skattebetalarna och elkonsumenterna får stå för notan. De snabba reaktorer som byggts har alla varit tvungna att stängas på grund av tekniska problem (förutom en i Ryssland, men den har körts med uran som bränsle och inte med plutonium). En del av problemen hänger ihop med att man inte kan använda vatten som kylmedel utan måste ty sig till flytande natrium eller bly, och då blir enkla komponenter som pumpar och tätningar formidabla problem. Stormakterna har också bromsat stödet för den tekniska utvecklingen av snabba reaktorer, då de insett vilka proliferationsrisker storskalig plutoniumbaserad kärnkraft skulle innebära.

Förhoppningarna att kunna använda plutoniet till energiproduktion har alltså kommit på skam. Som en följd finns det nu på sina håll i världen lager av separerat civilt plutonium, över 290 ton, som ingen egentligen vill ha. Dessutom finns lager av militärt plutonium, åtminstone 230 ton, kvar som arv från den vanvettiga kärnvapenupprustningen på 1960- och 1970-talen. Mängden av plutonium som ligger oseparerat i uttjänta bränslestavar i bassänger vid kärnkraftverk är ännu en storleksordning större.

Det är klart att vi här har ett proliferationsproblem av största magnitud. Det är inte bara fråga om att samvetslösa stater kunde smussla undan plutonium för att bygga kärnladdningar, men också att ”icke-statliga aktörer”, i klarspråk terrorister, kunde komma över material som de kunde använda till så kallade smutsiga bomber. Där är det inte fråga om stor sprängkraft, utan att åstadkomma maximal ekonomisk skada och psykologisk verkan genom att sprida radioaktiva ämnen i t.ex. ekonomiska centra. Man kan tala om “masstörningsvapen” (weapons of mass disruption). En föreställning om hur stora ekonomiska förluster det kan röra sig om får man av uppgiften att det kostade 300 miljoner dollar per dag då Bostons centrum stängdes av då man sökte efter den andra maratonangriparen för något år sedan.

Ett konstant hot mot världens säkerhet

Vad skall man alltså göra med allt plutonium? Väntande på fungerande tekniska lösningar att ta tillvara energin som finns lagrad i plutoniumkärnorna har vi egentligen ännu ingenting bättre att komma med än att sänka ner det i säkrast möjliga lager och låta det falla sönder. Problemet blir alltså detsamma som lagring av högaktivt kärnavfall, där den mest långlivade komponenten är just transuranerna (grundämnen tyngre än uran), speciellt Pu239. Halveringstiden för Pu239 är 24000 år, och avfallet bör ligga i säkert förvar i 8–10 halveringstider för att bli (relativt) ofarligt. Vi lämnar ett trevligt arv till efterkommande generationer.

Jag har här försökt visa, att användningen av kärnkraft utgör ett konstant hot mot världens säkerhet. Om vi också i den bästa av alla världar skulle ha genomfört en fullständig kärnvapennedrustning och dessutom oskadliggjort alla lager av kärnvapenmaterial, finns kunskapen om hur kärnvapen kan byggas kvar. En stat som bryter sig ut ur ett kärnvapenförbudsavtal och som tack vare sina kärnkraftverk har tillgång till vapenmaterial, kan bygga upp en liten kärnvapenarsenal på ett år eller mindre. En logisk uppföljning till kärnvapenförbudsavtalet vore alltså ett avtal om förbud mot kärnkraft byggande på fission. Det skulle göra tillgången till vapenmaterial svårare och öka tidsmarginalerna man har att agera mot aktörer som vill bygga kärnvapen.

I dagens politiska situation är det dock knappast realistiskt att tala om ett globalt kärnkraftförbud. Vi får koncentrera oss på att få kärnvapenförbudsavtalet i kraft och för Finlands del övertyga vår kortsiktiga utrikespolitiska ledning om nödvändigheten av ett kärnvapenförbud.

Claus Montonen
Montonen är fil.dr., docent i teoretisk fysik, Helsingfors universitet, aktiv i ICAN (International Campaign to Abolish Nuclear Weapons), INES (International Network of Engineers and Scientists for Global Responsibility) och Tekniken i livets tjänst r.f.

Bildtext: Marvikens kraftstation – här skulle plutoniumet till den svenska bomben framställas. Den höga byggnaden i mitten hyste reaktorn, till höger därom den senare tillbyggda ångpannan med skorsten. (Bild : Bjurfors)