Henrik Andersson-Östling vet väldigt mycket om kopparkryp i de svetsar med vilka locket till kapslarna med det använda kärnbränslet ska fästas. Till vardags arbetar han på korrosions- och metallforskningsinstitutet Swerea KIMAB. Nyligen disputerade han vid institutionen för materialvetenskap på KTH på en avhandling om kryprörelser i både stål och koppar.
– Kryp är långsamma förändringar i ett materials struktur, berättar han.
– Yttre krafter och förhöjd temperatur leder till att det i tur och ordning bildas defekter, mikrosprickor och i slutändan riktiga sprickor.
Ofta rör sig kryp om en process som inte går att vända. Har det en gång bildats sprickor går dessa inte tillbaka av sig själva. Materialet måste smältas ned och kristallisera om för att kunna användas igen.
Störst töjning i röret
I Kärnbränsleförvaret kommer kapslarna med det använda kärnbränslet att vara utsatt för både tryck ovanifrån och från sidan. Tvärt emot vad man kanske tror orsakar krafterna från sidan på kapselröret större töjning av materialet än krafterna rakt ovanifrån på locket.
– I och med att vi vet de yttre belastningarna kan vi också bestämma påfrestningarna i locksvetsen, säger Henrik.
Även temperaturen påverkar i vilken omfattning ett material kryper. Förändringarna blir större vid hög temperatur. I förvaret kommer kopparkapslarna att hålla en temperatur på i genomsnitt cirka 75 grader C under de första hundra åren för att sedan svalna ytterligare.
Fosfor ökar töjbarheten
Den kopparkvalitet som kapslarna ska tillverkas av är väl specificerad. Kopparn är syrefri och har en liten tillsats av fosfor, som kan variera mellan 30 och 60 ppm (miljondelar).
Tillsatsen av fosfor görs i syfte att öka materialets så kallade krypduktilitet. Med krypduktilitet menas materialets förmåga att töja sig utan att spricka.
Henriks kryptester visar att fosfortillsatsen har avsedd effekt. Koppar med en fosforhalt mellan 30 och 120 ppm har betydligt bättre krypegenskaper än fosforfri koppar.
– Kopparkornens storlek har också betydelse för krypegenskaperna, påpekar Henrik.
– Det är bättre med små korn än med stora.
När det gäller så stora och tjocka föremål som kapseln kan det vara svårt att få tillräckligt finkornigt material vid tillverkningen. I kapseln och locksvetsen ska kornstorleken understiga 360 mikrometer.
– Detta räcker gott och väl för att få de krypegenskaper man vill ha, anser Henrik.
Svetsen lika bra som röret
Ett annat krav på kapseln är att krypegenskaperna i locksvetsen inte ska göra denna väsentligt sämre än kapselröret och locket. Så är det inte heller. De tester som Henrik genomför visar att krypegenskaperna i svetsen är i stort sett lika goda som i ursprungsmaterialet.
Arbetet med kopparkryp går nu vidare. För Henriks del innebär det fler experiment.
– Nästa steg i arbetet med kryp i koppar blir att utsätta kopparmaterialet för så stora påfrestningar att man provocerar fram sprickor.