Kjernekraft

Fra Wikipedia, den frie encyklopedi
Gå til: navigasjon, søk
Atomkraft lenker her, for bandet med samme navn, se Atomkraft (band)
«Atomdrivstoff»

Kjernekraft (også kalt kjerneenergi eller atomkraft) er en teknologi hvor man utvinner brukbar energi i form av elektrisitet og varme ved spalting av atomkjerner, kalt kjernefysisk fisjon. Prosessen foregår i en kontrollert kjedereaksjon i en kjernereaktor. Energien hentes vanligvis ut ved oppvarming av vann i reaktoren, som deretter konverteres til mekanisk arbeid til strømproduksjon eller fremdrift i turbiner. Varmt vann fra prosessen kan også benyttes til oppvarming.

Kjernekraft produserte 14% av verdens forbruk av elektrisk strøm i 2007. I tillegg fins omtrent 150 skip som bruker kjernekraft til fremdrift. Dette er hovedsakelig ubåter, hangarskip og isbrytere. I tillegg er Russland i ferd med å bygge en serie flytende kraftverk for bruk i arktiske strøk.

Det forskes på å utnytte energi fra kjernefysisk fusjon og radioaktiv omdanning.

Historie[rediger | rediger kilde]

Opprinnelse[rediger | rediger kilde]

Den ungarskfødte fysikeren Leó Szilárd fikk i 1933 idéen om å bruke en kjedereaksjon for å utløse de store energimengdene i radioaktive materialer. De første vellykkede forsøk med kjernefysisk fisjon ble utført i 1938 i Berlin av de tyske fysikerne Otto Hahn og Fritz Strassman og østerrikske Lise Meitner.

Under andre verdenskrig gikk en rekke land i gang med intensive forskningsprogrammer for å utvikle kjernekraftteknologi, hvor man først fokuserte på å utvikle kjernekraftverk-reaktorer. Den første selvforsynte kjernereaksjon ble utført 2. desember 1942 under Enrico Fermis ledelse, og reaktorer basert på denne forskningen ble brukt for å produsere det nødvendige plutonium for «Fat Man»-bomben som ble sluppet over Nagasaki mot slutten av krigen. Over Hiroshima ble bomben kalt Little boy sluppet, den var uran-basert. Elektrisitet fra kjernekraft ble produsert første gang av en kjernekraftreaktor 20. desember 1951 ved EBR-I-stasjonen i nærheten av Arco i Idaho i USA, som opprinnelig produserte omkring 100 kW.

I desember 1953 holdt president Dwight Eisenhower en tale, «Atoms for Peace», hvor han annonserte betydelig amerikansk satsning på internasjonal utvikling av kjernekraft.

Funksjon[rediger | rediger kilde]

Reaktor 3 på det svenske atomkraftverket Forsmark

Et kjernekraftverk har mange likhetspunkter med varmekraftverk, som for eksempel kan være drevet med kull, olje eller gass. De henter alle energi fra en varmekilde, og oftest skjer det ved at vann blir varmet opp av varmekilden ved hjelp av en varmeveksler, der vannet omdannes til damp med høyt trykk. Dampen driver en turbin som er koblet til en generator som produserer elektrisk strøm. Dampen føres så til et kjøletårn der den kondenserer og blir til flytende vann igjen. Dette vannet sirkulerer tilbake til starten av prosessen der det varmes opp til damp på nytt. Forskjellen mellom kjernekraftverk og andre termiske kraftverk er at varmen skapes i en reaktor ved en fisjonsprosess.

Reaktoren[rediger | rediger kilde]

Skjematisk tegning av et atomkraftverk

Reaktoren i et kjernekraftverk består av fire hoveddeler: reaktortanken, brenselsstavene, kontrollstavene og kjølemiddel.

Fisjonsprosessen foregår i brenselsstavene der nøytroner frigjøres, treffer urankjernene og deler dem. Dette frigjør tre nye nøytroner som starter prosessen på nytt. Kontrollstavene kontrollerer hvor mange urankjerner som blir spaltet ved å stoppe nøytronene før de treffer. Kontrollstavene består av hafnium, bor eller kadmium. Når uran fisjonerer, frigjøres varme. Den frigjorte varmen varmer opp kjølemiddelet til damp som føres videre til turbinen. Vann, tungtvann eller helium blir ofte benyttet som kjølemiddel.

Eksplosjonsfare[rediger | rediger kilde]

Et kjernekraftverk kan ikke sprenge som en atombombe fordi det ikke er stor nok konsentrasjon av uran-235 i reaktoren. Kontrollstavene sørger for at spaltingen er under kontroll, og det er 3-5 % U-235 i reaktoren. Dette er relativt lite, siden det i en atombombe er 90 % konsentrasjon av stoffet. Krav til vedlikehold av reaktorene og kraftverket er normalt sett veldig strengt.

Katastrofescenarioet er en «nedsmelting» der spaltingen kommer ut av kontroll, grunnet feil i kontrollsystemet, lekkasje av kjølevæske eller svakheter i reaktordesignet. En slik nedsmelting var tilfellet ved Tsjernobylulykken, der varmen som ble utviklet blåste taket av reaktoren og spredte radioaktivt støv ut atmosfæren. Under Three Mile Island-ulykken i USA i 1979 ble uranet så varmt at det delvis smeltet og ble liggende inne i reaktortanken. Det ble ingen kjemisk eksplosjon som ved ulykken i Tsjernobyl.

Fordeler og ulemper[rediger | rediger kilde]

Fordelene med å bruke kjernekraft som energikilde er at det er effektiv og pålitelig. Et menneske bruker, i løpet av ett helt liv, en mengde uran som tilsvarer størrelsen på en tennisball. Kjernekraftverk forurenser ikke miljøet på en direkte måte. Det eneste utslippet som kommer fra et slikt anlegg under produksjon, er vanndamp. Siden bare rundt 8% av uranet blir utnyttet i dagens 2. generasjons kraftverk sitter man igjen med et radioaktivt avfall som består av ubrukt uran, noe plutonium, andre aktinider og spaltingsprodukt. Det er spesielt aktinidene som kan ha lang halveringstid, noe som gjør at en krever lange lagringstider (opptil 100 000 år) for å hindre at de kommer inn i biosfæren.

Trykkvannsreaktor

Et kraftverk av denne typen er totalt sett ganske billig i drift. Det er svært kostbart å bygge og krever høy teknologisk ekspertise, men det krever ikke store ressurser å få tak i råstoffet, og det trengs ikke så mye uran, i motsatt fall trenger man for eksempel i ett gasskraftverk store mengder utvinnet gass. Brenselskostnaden utgjør en relativt liten del av driftskostnaden og dette bidrar til at kraftprisen er forutsigbar og svinger ikke med brenselsprisen selv om prisen på brenselet skulle endres dramatisk. Dagens lettvannsreaktorer opererer ved ca. 300 °C. Den produserte vanndampen driver en tradisjonell turbin. Effektiviteten avhenger av om det er en kokvassreakteor eller en trykkvassreaktor. Mest effektive er trykkvasseaktorene, men disse er mer kompliserte enn kokvassreaktorene. Typiske effektiviteter for dagens reaktorer er fra 32 % til 38 % for de mest moderne. Den resterende varme-energien går i retur, og kalles spillvarme, spillvarme kan utnyttes til å varme opp hus, næringsbygg osv.

Kjernekraftverk er omstridt og møter motstand blant folk i enkelte deler av verden. Land som Norge har ikke tatt i bruk teknologien til å utvinne elektrisk energi, fordi det blir sett på som for risikabelt og man har hatt andre alternativer som vannkraft. Alle nye verk er imidlertid konstruert slik at dersom en ulykke skulle skje vil det få ingen eller liten innvirkning på nærområdet som ved Three Mile Island-ulykka. Radioaktiv forurensning kan skade mennesker, dyr og planter, og kan i verste fall gjøre store områder ubeboelige i lang tid. Enkelte radioaktive stoffer tar lang tid å bryte ned, men ved ei ulykke er det svært lite av disse som slipper ut.

En ulykke som har skremt verden, fant sted i Tsjernobyl i 1986. Vær og vind brakte radioaktivitet langt fra ulykkesområdet, og den økte radioaktive strålingen kunne måles så langt nord som i Finnmark. Selv om Tsjernobylulykken viste hvor farlig kjernekraftverk kan være dersom sikkerhetssystemer til et anlegg kobles ut, så er det svært sjeldent det skjer ulykker på slike verk. I både i-land og u-land er det strenge regler og god sikkerhetskontroll rundt slike anlegg. Kjernekraft har to ulemper, henholdsvis avfall og potensielt store konsekvenser ved alvorlige ulykker, og der er som regel disse som veies opp mot fordeler og ulemper ved andre kraftkilder når beslutninger om å bygge eller ikke bygge atomkraftverk tas. Det er forsket mye på nye typer atomkraftverk siden Tsjernobyl. Enkelte typer er konstruert slik at kjernereaksjonene vil stoppe dersom reaktoren blir for varm, de vil altså slå seg selv av ved fare for en ulykke.

Miljøbevegelsen internasjonalt er splittet over om fordelene (svært lavt CO2-utslipp) er større enn ulempene (avfallshåndtering, ulykkeskonsekvenser og potensiell atomvåpenspredning) for å dekke verdens energibehov. CO2-reduksjon og mer pålitelige strømleveranser enn vind- og solenergi kan tilby har bidratt til at atomkraft på nytt er aktuelt i både eksisterende atomkraftland og i nye land.

Sterkt økende strømpriser i deler av Norge vinteren 2009/2010 gjorde at norske politikere ba svenskene om å holde sine atomkraftverk i gang i stedet for å skru på norske gasskraftverk.

Avfall[rediger | rediger kilde]

I dagens reaktorer er det bare en liten del av uranbrennstoffet som blir brukt. Grunnen til dette er at fisjonsproduktene som dannes vil stoppe de termiske nøytronene slik at fisjonsreaksjonene stanser opp. Avfallet fra kjernereaksjoner kan skilles i tre grupper, ubrent uran, fisjonsprodukter (cesium, strontium) og langliva aktinider (plutonium, neptunium, americium, curium). I et gjenvinningsanlegg for atomavfall (som Sellafield i England) skilles fisjonsproduktene ut slik at gjenværende uran og plutonium kan føres tilbake i reaktoren i form av nytt brensel. Gjenvinning er omstridt men har den fordelen at avfallet som er igjen etter gjenvinningen er betydelig mindre krevende å lagre. Hovedgrunnen til at England har vært lite villig til å stenge Sellafield-anlegget, til tross for protester fra naboland, er at de eldste britiske atomkraftverk produserer relativt store mengder høyaktivt avfall sammenlignet med moderne anlegg slik at gjenvinning ansees av britene til å være mindre risikabelt enn lagring. Plutonium som blir gjenvunnet fra brukt brensel fra kjernekraftverk er lite egnet til bomber pga dette plutoniumet har en ugunstig isotopsammensetning. Plutonium til bomber blir produsert i spesielle reaktorer til det formål. Fisjonsproduktene vil være borte etter 700 år mens de langlevende tungmetallene ikke vil bli borte før på 100 000 år. I framtidens reaktorer vil det være mulig å benytte hurtige nøytroner til å spalte plutonium og annet langtlevende avfall, slik at man sitter igjen med fisjonsproduktene som må langtidslagres i noen hundre år. En rekke forskere har derfor argumentert med at avfallsproblemet i realiteten er løst, og at dagens atomavfall vil være framtidens brennstoff i nye fjerde generasjons atomreaktorer [1].

Ikke-fornybar, men langsiktig, ressurs[rediger | rediger kilde]

Kjernekraft er ikke definert som en fornybar energikilde. Men til forskjell fra andre ikke-fornybare ressurser (typisk: olje og kull), har avfallet fra dagens uran-baserte reaktorer potensial som fortsatt energikilde for framtidige atomkraftverk.

Det er flere typer av framtidige reaktor. Dersom en skal brenne en vesentlig del av uran-238 og de langliva aktinidene kreves hurtige nøytroner. Reaktorteknologien har vært kjent og brukt siden 1950-tallet. Skal denne teknologien implementeres på stor skala må den standardiseres og bli økonomisk attraktiv. Mange av de ledende kjernekraftnasjoner har derfor etablert GenIV programmet som har som mål å utvikle kommersielle prototyper.

Thorium-reaktorer og thorium i Norge[rediger | rediger kilde]

I tillegg til uran og plutonium kan grunnstoffet thorium være drivstoff i en ny type kjernereaktor. Metallet ble oppdaget i 1828 etter et funn på Lauvøya ved Brevik i Telemark og oppkalt etter den norrøne guden Tor. Usikre estimater sier at Norge har opptil 15% av verdens kjente thorium-forekomster, kun Australia og India har mer med ca. 25% hver. I 2007 og 2008 var det stor interesse for å ta i bruk den norske thorium-ressursen i Fen-feltet på Ulefoss. Noen ivrer av den grunn for at staten bør satse på forskning og utvikling på dette området. Talspersoner for bruk av thorium mener slike atomkraftverk er vesentlig renere enn de uran-baserte og at avfallsproduktene ikke vil kreve like lang lagringstid som uran. India planlegger kommersiell kjernekraft basert på thorium og bygger verdens første kommersielle prototyp thorium-reaktor. Det er interesse for å nytte thorium i Canada, Kina og Russland.

Utbredelse[rediger | rediger kilde]

USA og Frankrike er størst på atomkraft i verden, med henholdsvis 20 % og 75 % av totalt energiforbruk dekket av kjernekraft. Det er en betydelig energikilde på verdensbasis, og 17 % av all elektrisk energi kommer fra kjernekraftverk. Det eksisterer i dag 442 kjernekraftverk fordelt på 31 forskjellige land, på verdensbasis.

Eksterne lenker[rediger | rediger kilde]

Se også[rediger | rediger kilde]