Kärnkraft
Fission
Vissa klyvbara grundämnen eller isotoper kan klyvas genom att deras atomkärnor bombarderas med neutroner, en av de grundläggande partiklar som ingår i atomkärnan.
Atomkärnan klyvs i två delar när den träffas av en neutron. Denna process fungerar olika bra på olika ämnen. Exempel på ämnen den fungerar bra med är uranisotopen U 235 eller plutonium isotopen Pu 239. När en kärna klyvs frigörs två eller tre "nya" neutroner. Om dessa, så kallade fissionsneutronema, kan fås att träffa kärnor som klyvs och frigör nya neutroner som i sin tur träffar nya och så vidare uppstår en accelererande kedjereaktion.
Då neutroner klyver uran- eller plutoniumkämor frigörs dels energi, dels 2-3 nya neutroner som klyver fler kärnor. En kedjereaktion har startat. Kedjereaktionen kan regleras med neutronabsorberande styrstavar av kadmium. En förutsättning för att allt skall fungera är att inte allt för många neutroner förloras ut till omgivningen eller absorberas av kärnor som inte klyvs. För att fel som dessa inte skall uppstå måste materialet bestå av en hög halt av den klyvbara isotopen. Det kallas att materialet är anrikat.
Så fungerar en kärnreaktor
En kämreaktor är en anordning för frigörande av kärnkraft i industriell skala för el- och värmeproduktion. Det kärnbränsle som används i reaktorerna är i de flesta fall uran. Den kärnreaktion som äger rum i en reaktor är, den ovan nämnda, fission. Man kan reglera neutronflödet och på så sätt styra reaktionen. Detta sker med hjälp av en så kallade moderator, denna kan vara grafit eller vatten. Man kan också ‘finjustera’ reaktionen genom att föra in neutronabsorberande ämnen i reaktorhärden. Dessa kallas styrstavar och är vanligtvis av kadmium.
I svenska kärnkraftverk används vanligt vatten, lättvatten, som moderator. Grafit är vanligast i England eller forna Sovjet. Reaktorer med tungt vatten används främst vid forskning. Något som också skiljer reaktorer åt är på vilket sätt de kyls. Även här är vatten vanligast men man använder även koldioxid eller helium. Blir reaktorn för varm riskerar man en härdsmälta vilket innebär att reaktorns inre del helt eller delvis smälter.
I reaktorn finns bränslet i form av bränslepatroner. Värmeutvecklingen styrs med hjälp av styrstavama som kan föras in mellan bränslepatronema. När vattnet passerar bränslepatronema blir det varmt och börjar koka och därav bildas vattenånga. Reaktorns övre del fylls med ånga som leds vidare till turbinen. När ångan träffar turbinen börjar denna rotera. Turbinen är kopplad till en generator som då börjar producera elenergi. Ångan i sin tur kyls ner och återgår då till vatten som leds tillbaka till reaktorn.
Fusion
Kärnenergi kan också frigöras genom en sammanslagning av lätta atomkärnor. De är positivt elektriskt laddade och eftersom lika laddningar stöter bort varandra måste kärnorna ha en mycket hög hastighet för att övervinna denna bortstötning. För att detta skall fungera måste materialet som skall sammansmältas värmas upp till omkring 100 miljoner grader. De material man vanligtvis använder vid fusionsreaktioner är väteisotoper, nämligen deuterium (D) och tritium (T). Den reaktion som är lättast att starta är D+T. Då sänds det ut en snabb energirik neutron. Även D+D fungerar bra och här kan det, som i D+T, produceras en neutron men sannolikheten är lika stor att det bildas en tritiumkärna.
1.
Två kärnor av tunga väteisotoper kolliderar med hög hastighet.
2.
En energirik heliumkäma med mycket kort livslängd bildas.
3.
Kärnan sönderfaller i två delar. Den frigjorda energin återfinns i dessa delars rörelseenergi. Observera att den undre reaktionen kan gå två vägar.
Fusionsreaktioner sker i stjärnor och det är således på detta sätt solen får sin energi. Man har ännu inte lyckats kontrollera fusionsreaktioner mer än under korta ögonblick. De tekniska problemen är extremt svårlösta. Lyckas man lösa problemen innebär “vätekraften” billigt bränsle i obegränsad mängd.
För- och nackdelar med kärnkraft
Det värsta som kan hända vid ett kärnkraftverk är härdsmälta. Enligt amerikanska rapporter, från 1975, skulle risken för detta vara statistiskt försumbar. 1979 inträffade dock en härdsmälta i kärnkraftverket vid Harrisburg i USA. 1986 inträffade katastrofen i Tjemobyl i Ukraina. Orsaken var härdsmälta och även ang- och gasexplosioner samt brand i grafitmoderatorn. Stora områden omkring platsen blev obeboeliga och enorma areal jordbruksmark kunde inte längre brukas. Strålskadorna är svåra att helt överblicka. Faktum är dock att cancerfrekvensen ökade hos befolkningen och antal barn föddes missbildade. Radioaktivt nedfall drabbad även stora delar av Europa inklusive Sverige. Risken för en olycka i ett kärnkraftverk är relativt liten men när olyckan väl är framme blir följderna katastrofala.
En annan av de största nackdelarna med kärnkraft är de stora mängder kärnavfall som bildas. Kärnbränslet kan inte användas hur länge som helst utan måste successivt bytas ut. Det förbrukade radioaktiva bränslet går till upparbetning eller slutförvaring. Upparbetning innebär att man avskiljer de delar av bränslet som fortfarande kan användas. Resten blir högaktivt avfall som måste förvaras avskilt (slutförvaring) i tiotusentals år eller mer. Denna upparbetning har lätt till allvarliga miljöproblem. På grund av detta skall allt avfall från de svenska kärnkraftverken så direkt till slutförvaring utan upparbetning. Slutförvaringen sker i stora väl tillslutna bergrum vid Forsmarks kärnkraftverk. Detta gäller emellertid bara det låg- och medelaktiva avfallet. En del av avfallet från reaktorerna blir dock högaktivt utan att upparbetas. För detta avfall finns idag ingen helt fastställd plan för dess slutförvaring men troligtvis kommer även detta att förvaras i bergrum någonstans i Sverige. Man räknar med att börja slutförvara det högaktiva avfallet omkring år 2020.
En nackdel som man ofta inte tänker på är att det bränsle man använder, uran, måste brytas. Vid uranbrytning bildas stora mängder avfall. Detta avfall är radioaktivt och borde förvaras skyddat. Man brukar vanligtvis inte ta till några speciella metoder för att undvika de radioaktiva restprodukterna. Detta har lett till stora miljöproblem i framför allt Kanada, Ryssland och Australien där stora områden har förstörts. Ett kärnkraftverk ger ifrån sig vissa utsläpp men dessa är knappt märkbara. Många gifter sprids ut i miljön.
En av kärnkraftens främsta fördelar är att det ger så enormt mycket energi i förhållande till andra energikällor. Till skillnad från till exempel vindkraft, som är beroende av gynnsamt väder, kan ett kraftverk producera energi med en konstant effekt dygnet runt varje dygn. Den energi som bildas blir därav billigare.
Risken för en olycka är i det närmaste minimal. Det finns numera säkerhetssystem för alla tänkbara scenarion och ju längre tiden går desto mer förbättras dessa. Dock kan man tänka sig terroristangrepp eller stölder av plutonium elle annat radioaktivt materiel.
Slutsats
Jag anser att fördelarna med kärnkraft är fler än dess nackdelar. Skulle dock olyckan vara framme är katastrofen total för det område som drabbas. Tänk på Tjernobylolyckan ! Säkerligen kommer också områden vida omkring att drabbas enormt hårt. Enligt min mening är kärnkraft den bästa energikällan vi har idag. Jag kan naturligtvis inte blunda för riskerna men kanske är denna chansning på att inget skall hända priset vi får betala för den enorma energiförbrukning vi tar oss rätt till. En lösning skulle alltså kunna vara att inte förbruka lika mycket energi som vi gör idag. För att kärnkraften skall tas ur bruk måste det till en sänkning av energiförbrukningen.
Skrivet av Lars N.
