User Tools

Site Tools


Sidebar

Innehåll

Ta ställning

Ekonomi

Etanol

Fossila bränslen
Förnyelsebar energi
Global uppvärmning

Klimatförändringen (avvecklas)
Klimatkänslighet

Kärnkraft
−− Teknik
Livsmedel
Moln
Mysteriet med vattenångan

Naturgas

Skatter och avgifter

Sverige
Vatten
Vindkraft
Växthusgaser
Synpunkter
Aktuell statistik
Källor
Ordlista
FAQ om Klimatfakta
Klimatfakta i Facebook
Senaste ändringar

teknik

Kärnkraftsteknik

Kärnkraft avser utvinning av energi ur atomkärnor, antingen genom att spjälka tunga atomkärnor (framförallt uran) eller genom att slå ihop lätta atomkärnor (väte). 1)

Kärnkraftverk är en anläggning för framställning av elektricitet med hjälp av kärnkraft, det vill säga fission (klyvning) av tunga atomkärnor. I praktiken används i första hand isotopen 235U, men även inblandningar av mindre mängder 239Pu förekommer i vissa typer.

Vid fissionen frigörs energi i kärnbränslet som värmer upp ett kylmedium, (oftast vatten), så att ånga bildas antingen direkt som i en kokvattenreaktor eller indirekt via en ånggenerator som i en tryckvattenreaktor. Ångan används för att driva en turbin, kopplad till en generator som producerar elektricitet. Endast en tredjedel av den energi som frigörs i fissionsprocessen kan, i praktiken, tas tillvara i ett sådant kondenskraftverk.

De flesta kärnkraftverk i världen använder lättvatten som moderator och kylmedium, och är antingen av typen kokvattenreaktor eller tryckvattenreaktor. Även andra typer finns såsom grafitmodererade reaktorer i bland annat Ryssland och Ukraina. Den olycksdrabbade reaktorn i Tjernobyl var av grafitmodererad typ. Dessa använder ofta gas som kylning.

Tungt vatten kan också användas som moderator, något som en gång var den svenska linjens bärande idé och fortfarande används i Kanada i deras tungvattenreaktorer av CANDU-typ. Fördelen med dessa är att de kan använda icke anrikat uran. En utveckling har även skett av så kallade bridreaktorer, som kyls med till exempel flytande natrium och därmed kan arbeta vid högre temperatur. Detta innebär en högre verkningsgrad hos reaktorn, det vill säga mer el kan utvinnas ur en given mängd bränsle, men ställer större krav på reaktorns konstruktion. Ett fåtal bridreaktorer finns idag i drift.2)

Kärnkraft generation 4

Fjärde generationens reaktor (Gen IV) är en kärnreaktordesign inom en uppsättning teoretiska typer, som för närvarande är föremål för intensiv forskning. Reaktorerna avses användas i kärnkraftverk för att som i dag främst ta tillvara elektrisk energi från kärnbränslen.3)

Utveckling av en ny generation av kärnreaktioner pågår. En internationell arbetsgrupp utvecklas sex olika kärnkraftsteknologier för leverans mellan 2020 och 2030. Fyra av den basers på neutronreaktorer. Alla använder högre temperaturer, speciellt fyra som är utvecklade för väteproduktion. Alla de sex systemet är baserade på framsteg inom hållbarhet, ekonomi, säkerhet, tillförlitlighet och spridning-motstånd (proliferation-resistance). Europa driver utvecklingen av tre av de snabba reaktorkonstruktioner. 4)

Thoriumbaserad kärnkraft

Kärnreaktorer kan drivas med thorium i stället för med uran. Thorium har flera fördelar. Det är mer rikligt förekommande än uran. Vid användningen av thorium skapas klyvbart uran-233 som kananvändas kärnreaktorer. Det kan dock bara användas som bränsle i samband med ett klyvbart material, t.ex återvunnet plutonium. Reaktorer baserade på smält salt är lämpliga för för användning av torium. 5)

Forskning och utveckling av thorium-baserade kärnreaktioner, primärt Liquid fluoride thorium reactor, (LFTR), MSR design, har pågått eller pågår i USA, England., Tyskland, Barsilien, Indien, Kina, Frankrike, Tjeckien, Japan, Ryssland, Kanada, Israel and Holland.[13][15] 6)

Liquid fluoride thorium reactor (LFTR) är en thermal breeder reactor. LFTRs använder thoriumbränsle med en fluoride-baserad, molten, liquid salt som bränsle. Den kan uppnå hög driftstemperatur vid normalt lufttryck.7)

I Indien är det första thoriumreaktor färdig. 8)

Avfall och upparbetning

Radioaktivt avfall är radioaktivt material, en restprodukt. Vid sitt sönderfall avger det joniserande strålning, som kan vara hälsofarlig. I kärnbränslecykeln kan nyligen använt avfall vara tillräckligt radioaktivt för att orsaka död genom strålsjuka. Radioaktiviteten avtar dock med tiden och efter 40 år är strålningsflödet en tusendel av vad det var, när en reaktor stängdes, men behöver ändå vila i hundratusen år9) för att återgå till en nivå motsvarande berggrundens. Avfallshanteringen är därför besvärlig och underkastad rigorösa säkerhetsbestämmelser. Slutförvaring av radioaktivt avfall är ett vägval och en svår utmaning. Det mesta avfallet förvaras för närvarande i tillfälliga lagerutrymmen, medan bästa permanenta förvaringsalternativ övervägs.

En svensk reaktor producerar årligen mellan 15 och 25 ton använt kärnbränsle. Om dagens reaktorer drivs i 50–60 år blir det totalt 12 000 ton som måste tas om hand.10)

I Sverige förvaras låg- och medelaktivt avfall i slutförvaring av radioaktivt avfall, medan det högaktiva mellanlagras i Clab11) i väntan på att ett definitivt slutförvar ska konstrueras. Alternativa lösningar är upparbetning, transmutation, spallation eller användning i fjärde generationens reaktorer 12)

Den 16 mars 2011 lämnade industrins dotterbolag SKB in sin ansökningar om att bygga ett slutförvar enligt KBS 3-metoden. Ansökningarna lämnades in och granskas av Mark- och miljödomstolen vid Nacka tingsrätt och av Strålsäkerhetsmyndigheten. Därefter fattar regeringen sitt beslut om ett eventuellt tillstånd.

SKB:s val av metod för slutförvaring är KBS 3-metoden. Det finns dock andra metoder för hantering och slutförvaring av använt kärnbränsle som har utvecklats i Sverige under de senaste 30 åren, exempelvis KBS-3, djupa borrhål, WP-cave och transmutation.13)

Upparbetning kan återvinna upp till 95 procent av det kvarvarande uranet genom att blanda det med plutonium från använt kärnbränsle eller kärnvapen och omvandla det till MOX-bränsle. Upparbetning av använt bränsle från kärnkraftverk görs i stor skala i Sellafield i England, La Hague i Frankrike och Majak i Ryssland. Under de senaste åren har intresset för upparbetning minskat på grund av de fallande uranpriserna.14)

Transmutation innebär att ett grundämne omvandlas till ett annat. Detta inträffar antingen genom kärnreaktioner orsakade av en partikel utifrån eller genom radioaktivt sönderfall i kärnan. Artificiell transmutation används för att ta fram radioaktiva isotoper och för direkt neutronbestrålnig för medicinska ändamål. Transmutation övervägs även som en möjlig åtgärd för att reducera mängden och därvid delvis nyttiggöra radioaktivt avfall.15)

Spallation är processen när en tung atomkärna sänder iväg nukleoner efter att träffats av en högenergipartikel. 16)

Radioaktivitet

Radioaktivitet är ett fysikaliskt fenomen när atomkärnor spontant omvandlas till andra typer av kärnor, samtidigt som de avger joniserande strålning.17)

Alfastrålning

Alfastrålning, eller α-strålning, är en typ av joniserande strålning bestående av alfapartiklar. De är atomkärnor av helium (två protoner och två neutroner). Alfastrålning avges i samband med radioaktivt sönderfall.

Alfastrålning stoppas lätt av material i dess väg. Dess räckvidd är cirka 10 cm i luft och den stoppas av ett papper. Den kan inte tränga igenom det yttersta lagret hud på människokroppen. Alfastrålning är därför endast farlig vid direkt kontakt med levande celler, exempelvis genom att alfapartiklar kommer in i kroppen med föda eller luft.18)

SI-enheten för radioaktiv intensitet är becquerel (Bq). 1 Bq innebär 1 kärnsönderfall per sekund. En äldre enhet är curie (Ci), 1 Ci = 3,7·1010 Bq. Dessa enheter anger antal sönderfall och inte vilken typ av sönderfall som sker.

Om man ska mäta “farligheten” hos strålning, måste man ta hänsyn till flera faktorer. För det första strålningens typ. Alfastrålning når högst några millimeter i kroppen och är i princip ofarlig så länge strålkällan befinner sig utanför kroppen. Skulle man däremot få i sig en alfastrålare, kan resultatet bli förödande.

Betastrålning

Betastrålning, eller β-strålning, är en typ av joniserande strålning bestående av betapartiklar, det vill säga, elektroner och/eller positroner, som uppstår vid radioaktivt betasönderfall. Det är en form av partikelstrålning. Eftersom elektronerna har elektrisk laddning växelverkar de med andra laddade partiklar via elektromagnetisk växelverkan, därför är de lätta att stoppa.19)

Gammastrålning

Gammastrålning eller γ-strålning är fotonstrålning, det vill säga joniserande strålning av fotoner. Gammastrålning är den mest genomträngande formen av strålar som förekommer i samband med radioaktivitet. Gammastrålning finns i den kosmiska strålningen. Gammastrålning går rakt igenom kroppen och kan orsaka cellskador i alla organ som kommer i vägen. 20)

Kärnkraftsolyckor

Radioaktivitet är ett fysikaliskt fenomen när atomkärnor spontant omvandlas till andra typer av kärnor, samtidigt som de avger joniserande strålning.21)

Three Mile Island

Three Mile Island är ett kärnkraftverk, som ligger vid Susquehannafloden i Londonderry Township, Dauphin County, Pennsylvania i USA. Anläggningen har numera bara en reaktor i drift, allt sedan 1979 då reaktor nummer 2 totalförstördes i en härdsmälta, i folkmun kallad Harrisburgolyckan.22)

Ingen dog akut vid olyckan. Enligt American Nuclear Society så var den strålning som inträffade vid olyckan inte mer än 100 millirem vilket motsvarar 1/3-del av normal bakgrundsdos 23)

Tjernobyl

Tjernobylolyckan, eller Tjernobylkatastrofen var en allvarlig reaktorolycka i kärnkraftverket i Tjernobyl norr om Kiev i Ukraina (dåvarande Sovjetunionen). Olyckan inträffade natten till lördagen den 26 april 1986 klockan 01.23.45 (lokal tid) när reaktor fyra i utkanten av staden Pripjat förstördes genom en explosion och ett moln med radioaktiva partiklar spreds med vindarna över stora delar av Europa.

Orsaken till olyckan var en kombination av reaktortypens konstruktion och den mänskliga faktorn. Personalen stängde av flera säkerhetssystem i strid med gällande regler för att kunna genomföra vissa test.24)

I en sammanställning 15 år efter olyckan har hälsoeffekter i Ryssland, Ukraina och Vitryssland kartlagts. 30 personer dog till följd av räddningsarbetet i april 1986, varav 28 av strålskador. Cirka 2000 barn har fått sköldkörtelcancer till följd av att radioaktivt jod tillförts kroppen genom inandning då det radioaktiva molnet passerade och genom mjölk som innehöll radioaktivt jod. Det är svårt att få fram tillförlitliga uppgifter om hur många barn som kan ha dött av sin sjukdom men enligt tillgängliga uppgifter rör det sig om ett tiotal. Vid rätt medicinsk behandling är prognosen vid sköldkörtelcancer normalt god. Antalet sköldkörtelcancerfall hos barn födda efter 1987 är lågt och jämförbart med situationen före 1986. Det betyder att barn födda efter 1987 inte har någon ökad risk att få sköldkörtelcancer till följd av Tjernobylolyckan. Större delen av befolkningen i övrigt exponerades för strålning som motsvarar, eller är några gånger högre än, den naturliga bakgrunden.

Olyckan resulterade i omfattande markbeläggning av radioaktiva ämnen i Ryssland, Ukraina och Vitryssland men också exempelvis i Sverige, Norge och Finland. Cirka 300.000 människor har flyttats från områden med för hög beläggning. Inom vissa områden gäller fortfarande restriktioner särskilt avseende lokalt producerade livsmedel. 25)

Fukushima

Kärnkraftkatastrofen Fukushima Daiichi inträffade den 11 mars 2011. Den orsakades av en tsunami utlöst av en jordbävning. Anläggningen började släppa ut påtagliga mängden radioaktivt material den 12 mars. Det är den största kärnkraftsolyckan efter Tjernobyl. Olyckan klassades som sju på International Nuclear Event Scale26). Fukushima släpte ut 10-30% strålning jämfört med utsläppen från Tjernobyl.

Fukushima Daiichi startades 1971 och var alltså 40 år vid olyckan.

Ingen har avlidit av strålning från Fukushima. Däremot dog 1,600 av jordbävningen och tsunamin.27) 28)

IAEA gjorde hösten 2013 en uppföljning av tidigare inspektioner och har lämnat en slutrapport29). IAEA förbereder en ny rapport som ska utges i slutet av 2014.30)

Spridningen gjorde det nödvändigt att genomföra en omfattande evakuering. Kartan visar läget augusti 2013. Grönt betyder att rätt att återvända. Gult betyder att befolkningen fortfarande inte kan återvända. Rött betyder att befolkningen inte kommer att kunna återvända under lång tid. 31)

Tre år efter kärnkraftsolyckan i Japan pågår fortfarande saneringsarbete, men snart kan människor flytta tillbaka till tidigare evakuerade områden. Det beror bland annat på att cesium-134, ett av de radioaktiva ämnen som släpptes ut i samband med olyckan, har en halveringstid på två år. Dessutom påverkas kontaminationen av den sanering som genomförs samt av att de radioaktiva ämnena transporteras bort av naturliga orsaker.32)

Japanska regeringen har klargjort att reaktorerna i landets kärnkraftverk kommer att startas igen så fort det är fastställt att det är riskfritt.33)

Källor

Synpunkter?

Kom gärna med synpunkter på Klimatfakta

teknik.txt · Last modified: 2017/04/15 11:40 (external edit)