Kärnkraft
Wikipedia
- Inom fysiken är kärnkraft en benämning på två typer av växelverkan i atomkärnor, svag växelverkan och stark växelverkan. Se kärnkrafter.
I vardagligt tal används begreppet kärnkraft för energiutvinning ur atomkärnor, genom antingen en fissionsprocess eller genom en fusionsprocess. Se kärnenergi, kärnteknik och kärnkraftverk. För politiska aspekter se kärnkraftsfrågan.
Innehåll |
[redigera] Fysikalisk bakgrund
Egentligen är namnet kärnkraft något missvisande eftersom det är hela atomerna som utnyttjas. Ordet kärnkraft kom i bruk efter all negativ publicitet kring atombomben efter andra världskriget.
De två sätten att utvinna energi ur atomerna är fission och fusion.
Fission innebär att man använder tunga atomer som uran-, torium- eller plutoniumisotoper och skjuter sedan in en neutron mot atomen, som då delar sig i två ungefär lika stora delar och släpper iväg 2-3 nya neutroner samt värmeenergi. De nya neutronerna kan sen användas till att dela nya atomer och på så sätt skapa en kedjereaktion. Denna kedjereaktion kan lätt urarta till en explosion och man använder därför moderatorer och styrstavar för att kunna kontrollera reaktionen. Moderatorn används för att bromsa neutroner genom att låta dem krocka med vattenmolekyler eller kolatomer. Styrstavarna innehåller bor eller kadmium och används för att absorbera överflödiga neutroner.
Naturligt uran innehåller 99,3 % uran-238 och 0,7 % uran-235. Uran-238 absorberar snabba neutroner och förhindrar kedjereaktioner. Därför använder man en metod som kallas anrikning för att höja andelen uran-235 till 3 % och man använder moderatorn för att bromsa ner snabba neutroner så att de har lättare för att ge kedjereaktioner.
För fusion använder man lätta atomkärnor, väteisotoperna deuterium (D) och tritium (T), som slås ihop för att bilda en heliumatom. Då båda atomkärnorna är positivt laddade måste man övervinna coulombkraften så att den starka kärnkraften kan ta över. Detta kräver högt tryck och temperatur, cirka 100 miljoner Kelvin. Varje sådan fusion ger 3-18 MeV energi. Fusion har än så länge inte kunnat användas för kommersiell drift, det är framförallt de höga temperaturerna som ställer till problem. Ett projekt på området är ITER.
[redigera] Historia
De första lyckade experimenten med nukleär fission utfördes i Berlin 1938 av de tyska fysikerna Otto Hahn, Lise Meitner och Fritz Strassmann.
Under andra världskriget började flera nationer att forska inom området. Motivet var då framförallt framställning av kärnvapen. Den första självuppehållande nukleära kedjereaktionen skapades av Enrico Fermi den 2 december 1942 och reaktorer baserade på hans forskning användes för att tillverka plutoniumet som användes i Fat Man-bomben som fälldes över Nagasaki, Japan.
I ett tal ("Atoms for peace") i december 1953 av USA:s president Dwight Eisenhower, förklarade han den amerikanska regeringens stöd för internationellt användande av kärnkraft. Den 27 juni 1954 startades det första kärnkraftverket i Obninsk, Ryssland. Reaktorn var grafitmodererad, vattenkyld och hade en kapacitet på 5 megawatt (MW). Världens första kommersiella kärnkraftverk, Calder Hall i Sellafield, England öppnades 1956. Det var en gaskyld magnoxreaktor med en kapacitet på 50 MW (senare 200 MW). 1957 startades Euratom och det internationella atomenergiorganet (IAEA).
Kapaciteten på kärnkraftverken ökade snabbt. Från mindre än 1 gigawatt (GW) 1960 till 100 GW i slutet på 1970-talet och 300 GW i slutet på 1980-talet. Sedan dess har kapaciteten ökat långsammare till 366 GW 2005. Under 1970- och 1980-talen gjorde den långa konstruktionstiden och det fallande priset på fossila bränslen kärnkraftverken mindre attraktiva.
En rörelse mot kärnkraft tog fart under den sista tredjedelen av 1900-talet. Man protesterade mot olycksrisken, strålning från kraftverken och slutförvaringen av radioaktivt avfall. Olyckorna på Three Mile Island (1979) och i Tjernobyl (1986) bidrog till att stoppa utvecklingen i flera länder. Österrike (1978), Sverige (1980) och Italien (1987) beslutade i folkomröstningar att avsluta eller gradvis avveckla kärnkraftsprogrammen där.
[redigera] Reaktortyper
- Lättvattenreaktor
- Bridreaktor
- flytandemetalreaktorer
- Blykyldreaktor
[redigera] Bränsle
Uran är ett vanligt grundämne som kan hittas överallt på land och i havet. Det är ungefär lika vanligt som tenn och 500 gånger vanligare än guld. De flesta typerna av berggrund innehåller uran, dock ofta i låga koncentrationer. För närvarande räknas de områden med minst 0,1 % uran som ekonomiskt försvarbara att bryta uran från. Med nuvarande uranpriser och tillgängliga reserver beräknas uranreserverna räcka i 50 år med nuvarande användning. Om man skulle fördubbla uranpriserna skulle de nuvarande reserverna räcka i 100 år. Denna prishöjning skulle bara öka totalkostnaden för kärnkraft med 5 %, vilket kan jämföras med om priset för naturgas dubblas skulle det ge en 60 procentig höjning av gaskraftpriserna. Motsvarande siffra för kol är 30 %.
Nuvarande lättvattenreaktorer använder inte bränslet särskilt effektivt, vilket leder till energiöverskott som inte kan tas om hand. En bättre reaktordesign eller upparbetning skulle reducera mängden överskottsmaterial och ge bättre användning av de tillgängliga resurserna.
Till skillnad från lättvattenreaktorerna, som använder uran-235 (0,7 % av allt naturligt uran), använder bridreaktorerna uran-238 (99,3 % av allt naturligt uran). Det har uppskattats att det tillgängliga uranet skulle räcka i mellan 10 000 och fem miljarder år i dessa reaktorer. För närvarande finns fyra bridreaktorer i Japan, Frankrike och Ryssland.[1]
Ett annat alternativ vore att använda uran-233 som kan fås genom att låta torium-232 absorbera en långsam neutron. Torium är tre gånger vanligare än uran i jordskorpan och teoretiskt sett kan allt användas till bränsle. Till skillnad från uran-238 är bridreaktorer inte nödvändiga utan konventionella anläggningar kan användas.
Fusionsreaktorer använder sig av deuterium, en väteisotop, som bränsle och i de senaste modellerna också litium. Om man antar att energiförbrukningen inte ökar kommer de kända litiumlagren att räcka i 3000 år, litium från havsvattnet skulle räcka i 60 miljoner år och en mer komplicerad process som bara använder deuterium från havsvatten skulle räcka i 150 miljarder år. Jämförelsevis kommer solens bränsle att räcka i fem miljarder år till.
[redigera] Upparbetning
- Huvudartikel: Upparbetning
Upparbetning kan återvinna upp till 95 % av det kvarvarande uranet och plutoniumet i använt kärnbränsle och omvandla det till MOX-bränsle. Upparbetning av använt bränsle från kärnkraftverk görs i stor skala i Sellafield, England, La Hague, Frankrike och Majak, Ryssland. Under de senaste åren har intresset för upparbetning minskat på grund av de fallande uranpriserna.[2] Upparbetning görs inte i USA på grund av oro för att det plutonium som produceras där ska användas i kärnvapen. I Sverige är upparbetningsanläggningar inte aktuella eftersom de kräver stora anläggningar och mycket transporter med starkt radioaktiva ämnen.[3]
[redigera] Miljöpåverkan
[redigera] Luftföroreningar
Vattenånga är det enda signifikanta utsläppet direkt från driften. Fissionen producerar även gaser som jod-131 och krypton-85 som måste lagras i flera halveringstider innan strålningen har avtagit till en säker nivå.
Kärnkraftverken ger inte direkt några utsläpp av svaveldioxid, kväveoxider, kvicksilver eller andra ämnen som avges vid förbränning av fossila bränslen. Processen att utvinna energi från en värmekälla (även kallat rankinecykeln) innebär att ångan behöver kylas ned. Floder är den vanligaste källan kylvatten såväl som destination för överskottsvärmen. Temperaturen på det utsläppta vattnet måste regleras för att undvika att döda fiskar och långtidsverkan av varmt vatten på ekosystemet. I de flesta nya anläggningar löses problemet med att använda kyltorn.
Behovet att kunna reglera utsläppstemperaturen begränsar också kapaciteten. Extremt varma dagar, då behovet av ström i vissa länder är högt, kan kapaciteten på kärnkraftverket gå ner eftersom kylvattnet är varmare än normalt och därför inte lika effektivt till kylning. Detta är också ett problem för kolkraftverk.
[redigera] Radioaktivt avfall
Kärnkraftverk producerar radioaktivt avfall, ett unikt problem inom kraftindustrin. Sådant avfall måste behandlas med stor försiktighet och eftertanke på grund av de långa halveringstiderna för de radioaktiva isotoperna i avfallet. Nyligen använt avfall är så radioaktivt att en minuts strålning leder till döden, men radioaktiviteten avtar med tiden och efter 40 år är strålningsflödet bara 1 promille av vad det var när reaktorn stängdes, men ändå fortfarande farligt. Slutförvaringen av radioaktivt avfall är en svår utmaning. Det mesta avfallet förvaras för närvarande i tillfälliga lagerutrymmen medan permanenta förvaringsalternativ diskuteras.
Avfallet består av oanvänt uran såväl som andra ämnen (mest plutonium och curium). Dessutom utgörs ungefär 3 procent av avfallet av fissionsprodukter. Aktiniderna (uran, plutonium och curium) står för det mesta av långtidsradioaktiviteten, medan fissionsprodukterna är ansvariga för den kortlivade radioaktivteten. Det är möjligt att separera ut aktiniderna och använda dem igen, vilket ger en reducering i den långtida radioaktiviteten. Det kvarvarande avfallet kommer dock trots detta att vara radioaktivt i åtminstone 300 år, jämfört med upp till 1 000 år om aktiniderna inte tas bort.
Ett stort kärnkraftverk producerar 3 kubikmeter (25-30 ton) avfall varje år. År 2003 hade USA samlat ihop 49 000 ton avfall från kärnreaktorer. Till skillnad från andra länder tillåter inte USA återvinning av använt bränsle. Enligt Environmental Protection Agency kommer avfallet efter 10 000 år inte längre att utgöra någon hälsorisk. Kärnkraftverken producerar också många ton utarmat uran, som består av uran-238 med den lättfissionerade isotopen uran-235 borttagen. Uran-238 är en metall med flera användningsområden, till exempel i flygplan, avskärmning av strålning och för att tillverka kulor och pansar då det har högre densitet än bly. Det finns oro för hälsoeffekterna hos utarmat uran bland dem som utsätts för materialet i vardagen, till exempel stridsvagnsförare och civila i områden där stora mängder ammunition av utarmat uran har använts.
[redigera] Kritik
- Huvudartikel: Kärnkraftsfrågan
Utnyttjandet av kärnkraft för elektrisk ström protesteras det mot av kärnkraftsmotståndare. De menar att både för- och efterbehandlingen av kärnbränsle medför oacceptabla risker.
Produktionen av uran medför att stora mängder av det radioaktiva ämnet radon frisläpps. I det tidigare DDR finns många cancerfall i närheten av urangruvor. Anläggningar för anrikning av uran kan också ställas om för tillverkning av kärnvapen, med en andel av uran-235 på 80 %.
Driften av kärnkraftverk är osäker, då katastrofer som den i Tjernobyl inte kan uteslutas. Kärnkraftsverk av den typ som byggdes i det tidigare Sovjet (med grafitisolering) har utpekats som särskilt farliga. En härdsmälta, eller liknande kärnkraftsolycka skulle innebära att stora landområden blir obeboeliga för många år framöver. Det finns också en oro för att kärnkraftverk kan vara lämpliga framtida mål för terrorister, då en sådan attack skulle kunna göra enormt stor skada.
Den största kritiken mot kärnkraftverk är transporter och lagring av radioaktivt avfall. Kärnavfall transporteras till upparbetningsanläggningarna La Hague i Frankrike eller Sellafield i England. Dessa transporter har orsakat stora protester, på grund av att olyckor med någon av dessa transporter skulle orsaka stora skador på miljön. Även upparbetningsanläggningarna har fått mycket kritik i massmedia på grund av att många är oroliga att radioaktiva ämnen kan läcka ut och orsaka bland annat leukemi bland kringboende.
På grund av att det radioaktiva avfallet måste förvaras så länge menar kärnkraftsmotståndare att inget säkert förvaringsutrymme existerar.
[redigera] Källor
- Nuclear power på Engelskspråkiga Wikipedia
- Kernenergie på Tyskspråkiga Wikipedia
- Kärnkraft – ett sätt att producera el, av Bobil Poli
[redigera] Se även
[redigera] Referenser
[redigera] FotNoter
- ^ http://www.barsebackkraft.org/index.asp?ItemId=1793&OItemID=1546
- ^ http://www.skb.se/templates/SKBPage____8051.aspx
- ^ http://www.ski.se/page/1/61.html?32157
[redigera] Externa länkar
Wikimedia Commons har media som rör Kärnkraft
