Ett problem vid byggandet av nya kärnkraftverk för elproduktion är de stora investeringskostnaderna samt den långa tiden det att få tillstånd för en reaktor och bygga den. Nyligen färdigställdes den tredje reaktorn vid Olkiluoto I Finland, den tog 18 år att färdigställa exklusive tiden att få tillstånd för reaktorn. Små modulära kärnkraftsreaktorer, SMR är mindre reaktorer med en lägre elektrisk effekt har föreslagits vara en lösning på problemet. Det behövs inte lika stora investeringar för att uppföra en reaktor och de ska också gå snabbare att bygga. Det finns flera fördelar med SMR, de kommer att tillverkas i fabriker vilket minskar konstruktionstiden. Samma reaktormodell behöver bara ett tillstånd för licensering medan stora reaktorer som byggs idag behöver ett nytt för varje reaktor. Det är dessutom billigare att serieproducera reaktorer då kostnaden går ned för varje producerad reaktor. De flesta reaktorer idag använder lättvatten som en moderator och för att kyla ned reaktorn, reaktorerna kallas för lätt vatten reaktorer, LWR. Det finns två vanliga designer, en där vatten kokas inuti reaktorn och driver sedan en turbin, reaktorn kallas för kokvattenreaktor, BWR. Den andra vanliga reaktordesignen är tryckvattenreaktorn, PWR där det är ett högre tryck som gör att vattnet inte kokar i reaktorn, i stället kokar det varma vattnet från reaktorn vatten i en sekundär vattenloop i en ånggenerator. Det är ångan i sekundär loopen som sedan driver turbinen. Det finns även flera reaktorkoncept som inte använder lättvatten. De SMR koncept som är närmast att påbörja konstruktion är alla LWR eftersom det är där den största erfarenheten från tidigare reaktordesigner finns. Genom att undersöka sju SMR koncept, sex PWR och en BWR är bilden att många är väldigt lika reaktorerna som finns idag, däremot så har många tagit bort komplicerade system och infört passiva säkerhetssystem som bland annat naturlig cirkulation för att få en passiv kylning. Materialen som används är också material som tidigare har används. En av de föreslagna förenklingarna är borttagandet av en löst neutronabsorbent i PWR reaktorer, i stället ska kontroll stavar och neutron gift i bränslet användas i en större grad. Den vanligaste neutronabsorbenten som används i lösning är borsyra eftersom bor har ett högt neutrontvärsnitt. Användandet av borsyra i reaktorn leder till lägre pH vilket ökar korrosionen, borsyran påverkar även radiolysen av vatten. I det här arbetet har hastighetskonstanten för reaktionen mellan borsyra och hydroxylradikalen som bildas genom radiolys av vatten undersökts. I experimenten användes coumarin-3-karboxylsyra som en radikalinfångare för att studera reaktionshastigheten genom tävlingskinetik. Den hydroxylerade produkten som bildas har detekterats genom fluorescens. Hastighetskonstanten mättes till 1.25 ∙ 106 M-1 s-1 vilket är högre än tidigare litteraturvärden. Skillnaden kan delvis förklaras genom närvaron av motbasen till borsyra, borat samt trimeren tetraborat som bildas vid höga koncentrationer av borsyra. / One problem with building new nuclear reactors for electricity production is the large investment costs and the long time needed for permissions and construction. Most recently is the Olkiluoto nuclear power plant in Finland where a third reactor was built, it took 18 years to finalize the reactor, and this is not including the time of handling the licencing application. Small modular nuclear reactors, SMR which is a smaller reactor with a reduced effect has been proposed to reduce the cost of investment and the time it takes from license application to finalized reactor. The SMR reactors have many advantages. It will be fabricated in factories reducing the time of construction, since reactor units are the same, the same reactor design only needs one licencing for all reactors. Compared to large reactors built today, where every single reactor needs a new licencing. Smaller reactors lead to shorter construction times and lower investment. It is also less expensive to produce reactors in series where the cost per unit decreases for every unit produced. Most reactors in operation today use light water as a moderator and coolant and are called light water reactors, LWR. Two designs are common, one where the water is boiled in the reactor and goes directly to the turbine, this reactor is called a boiling water reactor, BWR. The other common reactor is a pressurized water reactor, PWR where a higher pressure does not allow the water to boil. Instead, it is heated and boils water in a steam generator that then turns the turbine blades. There are other reactor concepts which do not use light water as a moderator and coolant, The SMR concepts that are the closest to construction are all LWR because it is where most experience from previous reactor designs is. By investigating seven SMR reactor concepts, six PWR and one BWR, it was concluded that they are similar to reactors operating today, but with some simplification and passive safety systems like natural circulation for many of them. The materials that will be used are also materials that have previously been used. One of the simplifications for several of the reactor concepts is the removal of a soluble neutron absorber in PWR reactors and instead, the use of control rods and burnable neutron poison to a larger extent. The soluble neutron absorber is usually boric acid which has a high neutron cross-section. The use of boric acid will reduce the pH in the reactor which increases corrosion, and it also affects the radiolysis of water. This work has investigated the rate constant for the reaction of boric acid with hydroxyl radicals formed in the radiolysis of water. In the experiments, coumarin-3-carboxylic acid was used as a probe to study the reaction rate using competition kinetics. The hydroxylated product formed has been detected using fluorescence. The rate constant measured was 1.25 ∙ 106 M-1 s-1 which is higher than previous literature values. Some of the discrepancies could be explained by the presence of the counter base, borate and the tetraborate that is formed at high concentrations.

A significant portion of cancer patients receive radiotherapy as part of their curative or palliative treatment plan. Radiotherapy is however greatly limited by radiation induced toxicities in healthy tissue surrounding the tumour, which can lead to long-term or acute complications for a patient. In response to this issue, recent studies have considered a new technique called FLASH radiotherapy, where ultra-high dose rates have been shown to effectively reduce toxicity in normal cells whilst maintaining a tumour response equivalent to conventional dose rates. However, the exact mechanism for this effect is not yet well understood. This project seeks to investigate if certain dose delivery patterns exist where there is an increase or reduction of concentration of the toxic radical hydroxyl, which is known to play a key role in the damage of DNA in the cell, for unchanged total dose. This was done by simulating the chemical reactions which take place when water is irradiated with ionizing radiation using a simple model system consisting of water with free oxygen dissolved into it, called RadChemModel. Using basic reaction laws from chemistry, the concentration of each chemical species involved was solved for from a system of linear and non-linear ordinary differential equations. The concentration of hydroxyl was calculated as a function of time for a range of irradiation beam patterns. This model supports that there could be a difference in toxicity between FLASH and conventional beam parameters. Furthermore, a shift in the behaviour of hydroxyl suggesting reduced toxicity was observed at FLASH dose rates with very high beam pulse frequencies. However, the results obtained do not provide enough information to confirm that the concentration of hydroxyl is reduced with FLASH beam parameters. / En stor andel cancerpatienter får strålterapi som läkande eller palliativ behandling. Strålterapi kan ge upphov till allvarliga skador i den friska vävnaden i närheten av tumörområdet. För att förebygga omedelbara så väl som långsiktiga skadliga effekter av strålterapi, har nyligen pulicerade studier undersökt en ny teknik som kallas för FLASH strålterapi. Man har påvisat att ultra-höga doshastigheter kan minska strålskadorna i friska celler samtidigt som tumörkontrollen bevaras. Emellertid finns ännu ingen tillräcklig förklaring för den exakta mekanismen bakom fenomenet. Målet med detta projekt är att undersöka om en ökning eller minskning av koncentrationen hos radikalen hydroxyl, som är känd för att spela en kritisk roll i framkallandet av DNA skador, kunde upptäckas för särskilda doseringsmönster med en oförändrad total dos. Detta studerades med en enkel matematisk modell (RadChemModel) för vatten med upplöst syre. Med denna modell simulerades de kemiska reaktioner som äger rum när vatten bestrålas med joniserande strålning. Från fundamentala kemiska reaktionslagar, kunde koncentrationen av hydroxyl som funktion av tid fås genom att lösa ett system av linjära och icke-linjära ordinära differentialekvationer. Den här modellen visar att det kan finnas en skillnad i strålinducerade skador mellan FLASH och vanlig strålterapi. Resultaten från väldigt höga pulsfrekvenser med FLASH antydde också att mindre hydroxyl producerades och därmed att strålskador kan vara beroende av både doshastighet och pulsfrekvens. Däremot är resultaten inte tillräckliga för bekräfta att koncentrationen av hydroxyl är reducerad för FLASH.