– Kjernekraft er den mest energitette energiformen vi har. Spalting av uran-atomer gir femti millioner ganger mer energi enn ved en kjemisk reaksjon, slik som ? forbrenne kull. Det er relevant ? vite n?r vi diskuterer kjernekraft i forhold til andre energikilder. Dette handler om energitetthet og derfor ogs? om arealbruk og mengden med avfall per kilowattime, poengterer kjernefysiker Sunniva Rose.
Rose er f?rsteamanuensis 2 p? Fysisk institutt ved UiO og kommunikasjonsdirekt?r i Norsk Kjernekraft. I vinter underviste hun om kjernekraft og atomavfall i UiO-kurset ?Introduksjon til nukle?rteknologi?.
Historien til denne nye energiformen startet i 1938, rett f?r andre verdenskrig, da de to fysikerne Otto Hahn og Lise Meitner oppdaget en helt spesiell egenskap ved atomkjernen.
Da Otto Hahn unders?kte hva som skjedde n?r han beskj?t uran med n?ytroner (ikke-ladete partikler), oppdaget han at uranet delte seg i to mindre atomer. Denne spesielle kjernefysiske reaksjonen kalles for fisjon. Samtidig ble det frigjort enorme mengder med energi. Lise Meitner beskrev matematisk hva som skjedde.
Oppdagelsen f?rte til Manhattan-prosjektet. Under ledelse av fysikeren J. Robert Oppenheimer klarte amerikanerne ? konstruere atombomben.
440 reaktorer i verden i dag
Fysikerne skj?nte ogs? at fisjon kunne brukes til ? produsere str?m. Verdens f?rste kjernekraftverk som ble koblet til str?mnettet og leverte str?m til sivile form?l, var i Obninsk, 100 kilometer s?rvest for Moskva. Det ble ?pnet i 1954.
I dag finnes det 440 reaktorer i 32 land.
– De produserer ti prosent av all elektrisiteten i verden.
Kjernekraftverkene i USA st?r for 20 prosent av landets totale str?mproduksjon. Andelen i S?r-Korea er p? 40 prosent, mens andelen i Frankrike er s? h?y som 70 prosent.
Sunniva Rose p?peker at energi er langt mer enn bare str?m. Fossilt brensel, slik som bensin og diesel, er ogs? viktig.
I praksis betyr dette at dagens kjernekraft st?r for fire til fem prosent av den samlete energiproduksjonen i verden.
Anriket uran
De fleste kjernekraftverkene i verden bruker uran som brensel.
I naturlig uran er det 99,3 prosent uran238 og 0,7 prosent uran235. Forskjellene p? uran235 og uran238 er antallet n?ytroner. Uran235 har tre f?rre n?ytroner enn uran238.
Uran235 er en viktig bestanddel i uran-brenselet. Det er uran235 som fisjonerer og frigj?r energi.
For ? ?ke andelen uran235 m? uranet anrikes. Anriket uran i kjernereaktorer best?r vanligvis av mellom tre og fem prosent uran235.
N?ytronene m? ha lav energi
For ? sette i gang den kjernefysiske reaksjonen skytes n?ytroner inn i brenselet. N?ytroner har ingen ladning. Da kan n?ytronene ?snike seg usett? inn i kjernen. S? vil den kjernefysiske reaksjonen s?rge for at det stadig skytes med nye n?ytroner.
– Denne kjedereaksjonen er viktig for ? kunne lage energi.
Man skulle kanskje tro at effekten blir st?rst mulig hvis n?ytronene har mye energi. Slik er det ikke i den kjernefysiske verden. Sannsynligheten for fisjon ?ker derimot betraktelig hvis n?ytronene har lav energi.
– Dette er det stikk motsatte av hva som er vanlig i den verden vi lever i. Hvis du skal kl?yve ved, hjelper det ? bruke masse energi. Utrolig nok er sannsynligheten 10 000 ganger st?rre for fisjon hvis n?ytronene har lav energi. Det gjelder derfor ? bremse n?ytronene s? mye som mulig. N?ytronene bremses opp ved ? treffe andre atomkjerner.
– Du kan sammenligne dette med biljardkuler. De bremses opp n?r de treffer andre biljardkuler.
I mange kjernekraftverk brukes atomkjernene i hydrogenatomene i vannmolekylene til ? bremse opp n?ytronene.
Enorm varme
N?r atomkjerner fisjonerer, som alts? betyr at de deler seg, frigj?res mye energi. Energien brukes til ? skyve kjernene fra hverandre. Da skapes det mye varme. Og det er nettopp denne varmen som brukes til ? lage str?m. Her er prinsippet det samme som i kullkraftverk. Varmen omdanner vannet til damp. Dampen driver turbinen, og turbinen skaper str?m.
En annen viktig ingrediens i kjernekraftverk er kontrollstavene. De m? t?le de ekstreme forholdene i reaktoren og er vanligvis laget av bor, kadmium, s?lv, hafnium eller indium.
– Kontrollstavene kan senkes ned for ? bremse den kjernefysiske reaksjonen. N?r kontrollstavene senkes helt ned, suger de vekk n?ytronene og stopper kjedereaksjonene momentant.
Kontrollstavene brukes derfor til ? styre hvor mye str?m kraftverket skal produsere.
Fire generasjoner
I dag snakker kjernefysikerne om fire generasjoner reaktorer.
De fleste av dagens reaktorer er annengenerasjonsreaktorer. Brorparten er fra 70- og 80-tallet. Den vanligste typen er lettvannsreaktorer.
– De er den store arbeidshesten.
India og Canada har tungtvannsreaktorer. Der brukes tungtvann i stedet for vanlig vann. Da kan brenselet best? av naturlig uran.
Finland bygger n? tredjegenerasjonsreaktorer.
– Her jobbes det enda mer med sikkerheten.
Det er ogs? laget en rekke prototyper av fjerdegenerasjonsreaktorer.
– Disse reaktorene kan bruke ressursene bedre. De er dessuten enda sikrere.
Her vil det v?re mulig ? bruke thorium som brensel. Norge har med sine 180 000 tonn verdens fjerde st?rste registrerte forekomst av thorium. Et av de ul?ste problemene er bruken av flytende bly i reaktoren. En annen mulighet er ? spe p? med mer thorium i vanlig uranbrensel.
– Thorium er spennende, men du kan betrakte thorium som v?t ved og uran som t?rr ved. Alle vil ha den t?rre veden. Vi trenger fortsatt mer forsk[1]ning p? thorium. Hvis jeg tar p? meg hatten som kjernekraftforkjemper: Den st?rste barrieren er ? g? fra null til ett kjernekraftanlegg i Norge. Hvis vi skal lykkes, vil den raskeste veien v?re en lettvannsreaktor med kjent brenselsteknologi, alts? uran. Hvis jeg skal ta p? meg forskerhatten, h?per jeg at det vil bli forsket mer p? thorium-teknologi etter at vi har f?tt de f?rste kjernekraftanleggene i Norge, poengterer Sunniva Rose.
– Hvor stort er et optimalt kjernekraftverk?
– Det er avhengig av hva det skal brukes til. Hvis det er snakk om ? bygge et best mulig kjernekraftverk for et privat selskap, slik som kraftkrevende industri, vil en mindre enhet v?re rimeligere og raskere ? bygge enn et stort kraftverk for en hel by. Mindre enheter kan bygges der behovet er. Et typisk lite kraftverk produserer 2,5 TWh per ?r. Det tilsvarer str?m til 160 000 norske husstander.