Kernekraft

Fra Wikipedia, den frie encyklopædi

Kernekraft (i daglig tale også atomkraft) betegner udnyttelse af atomkernereaktioner til energiforsyningsformål i en kernereaktor. Kernekraft udgør et vigtigt alternativ til energiforsyning baseret på fossilt brændsel og indgår i flere landes energistrategi. Cirka 17 procent af verdens samlede omsætning af elektrisk energi stammer fra kernekraft.

Der findes to grundlæggende forskellige måder at udvinde energi af kernereaktioner på. Ved fusion forenes to lette kerner til en tungere. Ved fission spaltes tunge kerner i lette. I begge tilfælde konverteres en del af kernebrændslets masse til energi i form af varme og gammastråling. Sammenhængen mellem massetab (Δm) og energigevinst (ΔE) er givet ved Einsteins berømte ligning ΔE = Δmc2, hvor c er lysets hastighed. Det følger af formlen, at man høster af størrelsesorden 1017 joule svarende til Danmarks samlede, årlige el-forbrug, når man omdanner 1 kilogram masse til energi. Til sammenligning skal der afbrændes cirka 3 millioner ton kul for at frigøre samme energi. Som følge heraf regnes kernekraft af mange for at være det bedste bud på, hvordan de lande som har tiltrådt Kyoto-aftalen, skal kunne reducere deres CO2-udslip med henblik på at begrænse den menneskeskabte drivhuseffekt.

[redigér] Fissionsenergi

Fissionskraft betegner energiforsyning, som bygger på spaltning af atomkerner. I mange sammenhænge benyttes kernekraft synonymt med fissionskraft, eftersom fusionskraft endnu befinder sig på et tidligt udviklingsstadium. Fissionsreaktionerne foregår i en kernereaktor, hvis opbygning retter sig efter brændslets art og kernekraftværkets øvrige udformning.

I de fleste tilfælde udgøres brændslet af uran i form af stave. Urankernerne spaltes i mindre kerner og neutroner. Naturligt uran forekommer i to varianter: U-235 (1 %) med 143 neutroner og U-238 (99 %) med 146 neutroner. U-238 kan spaltes af hurtige neutroner, men kun med lille sandsynlighed, og U-238 er derfor uegnet til formålet. U-235 kan spaltes af langsomme neutroner. f.eks. ifølge reaktionsligningen herunder:

{}^{235}_{\ 92}\mathrm{U} \ + \ ^1_0\mathrm{n} \ \rightarrow \ ^{236}_{\ 92}\mathrm{U} \ \rightarrow \ ^{140}_{\ 54}\mathrm{Xe} \ + \ ^{94}_{38}\mathrm{Sr} \ + \ 2 \ ^1_0\mathrm{n} \ + \ \varepsilon

hvor {}^1_0\mathrm{n} betegner en neutron, og hvor den frigjorte energi, \varepsilon, er lig 179 megaelektronvolt. 1 kilogram U-235 leverer hermed en energimængde, som svarer til afbrænding af 2,4 megaton fossilt brændstof.

De neutroner som frigives ved fissionsprocesser er hurtige. For at få en kædereaktion til at forløbe må man derfor nedbremse neutronerne vha. en såkaldt moderator, som typisk består af grafit eller tungt vand. Afhængigt af reaktortypen er det også nødvendigt at berige uranet, dvs. øge andelen af U-235. Kædereaktionen holdes i ave af neutronabsorberende kontrolstænger.

Kernekraft har i perioder været mødt af betydelig folkelig modstand, også i Danmark hvor kernekraft siden 1970'erne er et tabubelagt emne i den offentlige debat. Indvendingerne mod kernekraft går dels på risikoen for reaktorhavari og deraf følgende forurening af omgivelserne med radioaktive isotoper, dels på det uløste opbevaringsproblem, som opstår, når man skal deponere de udbrændte, men fortsat radioaktve brændselsstave. Den hidtil alvorligste kernekraftulykke skete på kernekraftværket Tjernobyl i Ukraine i det tidligere Sovjetunionen i 1986. En anden bekymring knytter sig til den kendsgerning, at den fredelige udnyttelse af kernekraft kan fungere som skalkeskjul for stater som ønsker at udvikle kernevåben. Overvågningsorganisationen IAEA forsøger at forhindre noget sådant i at finde sted.

I nutiden er kernekraft under afvikling i visse lande (først og fremmest Tyskland), medens den udbygges i andre (Frankrig og Finland). I Frankrig (2006) genereres cirka 78% af den elektriske energi af kernekraft.

[redigér] Fusionsenergi

Fusionskraft betegner energiforsyning som bygger på sammensmeltning af atomkerner. Medens kernekraft byggende på fission er en længst etableret teknologi, støder man ved fusionskraft på den hindring, at man skal overvinde den elektriske frastødning mellem kernernes protoner for at sammensmelte dem. I Solen og andre stjerner sker det ved en temperatur af størrelsesorden 1 million kelvin, og selv om der er gjort ihærdige bestræbelser på at realisere kold fusion, er opvarmning af fusionbrændslet vha. elektromagnetiske felter fortsat den foretrukne angrebsvinkel. Alternative strategier inkluderer fokusering af laserstråler på små dråber kernebrændsel (laserstrålernes mission er at skabe stort tryk og høj temperatur) og myon-katalyseret fusion (ved udskiftning af atomernes elektroner med de tungere myoner opnår man at gøre atomets radius mindre, hvorved atomkernerne lettere kan bringes tæt på hinanden).

Det har vist sig at deuterium (D) og tritium (T) er de bedste kandidater til at være reaktanter i den energiudviklende proces. Deuterium er en isotop af hydrogen som findes i tungt vand, der kan udvindes af sædvanligt ferskvand ved elektrolyse efterfulgt af destillation. Tritium fremstilles af metallet lithium ved beskydning med neutroner efter følgende reaktionsligning:

{}^6_3\mathrm{Li} \ + \ ^1_0\mathrm{n} \ \rightarrow \ ^3_1\mathrm{T} \ + \ ^4_2\mathrm{He}.

T/D-blandingen opvarmes til 100 millioner kelvin i et torusformet kammer, hvor superledende spoler genererer et magnetfelt som restringerer det opståede plasma til at bevæge sig langs omdrejningsaksen. Den energiudviklende reaktion er som følger:

{}^2_1\mathrm{D} \ + \ ^3_1 \mathrm{T} \rightarrow \ ^4_2 \mathrm{He} \ + \ ^1_0 \mathrm{n} \ + \ \varepsilon,

hvor {}^1_0\mathrm{n} betegner en neutron, og hvor den frisatte energi, \varepsilon, er lig 17,9 megaelektronvolt. 1 kilogram fusionsbrændsel leverer hermed en energimængde som svarer til afbrænding af 12 megaton fossilt brændstof.

Indtil videre er det kun lykkedes at få fusionsprocessen til at forløbe i meget korte tidsrum, og energiforbruget ved opvarmningen af plasmaet m.v. er indtil videre større end den energi, der frigøres ved kernesammensmeltningen. USA, Japan, Rusland, Canada, Sydkorea og EU samarbejder i projektet ITER (International Thermonuclear Experimental Reactor) om at udvikle prototypen på en fusionsreaktor, der udvikler mere energi end den forbruger. Lykkes det, haves i fusionskraft en praktisk taget uudtømmelig energikilde.

[redigér] Eksterne henvisninger

  • Atomkraft og elproduktion
  • dmoz: Energi
  • dmoz: Nuclear Power Plants
  • Science in Africa, 2003: South Africa's nuclear programme. Tom Ferreira Citat: "...Indeed a feather in the cap for South Africa considering that Eskom is internationally regarded as the leader in the field of the Pebble Bed Modular Reactor (PBMR) technology...If a fault occurs during reactor operations, the system, at worst, will come to a standstill and merely dissipate heat on a decreasing curve without any core failure or release of radioactivity to the environment. In fact, the PBMR's inherent safety is fundamental to the cost reduction achieved over other nuclear designs..."
  • 29 June, 2005, BBC News: Cost of nuclear 'underestimated' Citat: "...According to British Energy and British Nuclear Fuels, the cost of nuclear generation is between 2.2 and 3.0p/kWh. But the NEF says that this figure is probably a severe underestimate, with the real cost being somewhere between 3.4 and 8.3/kWh...At a cost of 3.0-4.0p/kWh for offshore and 1.5-2.5/kWh for onshore production, wind is a far cheaper option than nuclear, the NEF claims..."