Hvad er atomkraft? – Niels Bohr Institutet - Københavns Universitet

Videresend til en ven Resize Print Bookmark and Share

Niels Bohr Institutet > Spørg om fysik > ? om Fysik > Hvad er atomkraft?

03. februar 2013

Hvad er atomkraft?

Hej Malte
Hvad er atomkraft? Hvad er atombomber? Og hvilke konsekvenser kan de have? Hvorfor skal der være atomkraft? Eller hvorfor ikke?

Og jeg vil gerne spørge om jeg må citere dig?

Med venlig hilsen
J B P

Når man skal producere varme eller elektrisk energi til samfundet, sker det normalt i et kraftværk, som har en varmekilde der f.eks. kan være træflis/halm, brunkul, stenkul, olie, gas eller atomkraft.

Vindmøller i Øresund ved indsejlingen til Københavns havn.

Valget har indflydelse på omkostningerne såvel i penge som i menneskeliv og miljøbelastning. De menneskelige skader fremkommer ved brydning (miner, boringer mm.) af brændstoffet samt forureningen ved afbrænding (røg, flyveaske, gasarter) og deponering af aske eller tilsvarende. Der findes en række tal i litteraturen.

Det synes, at de gamle brunkulsværker i DDR var noget af det meste belastende, der har optrådt i større skala, men der er jo også belastning fra de forholdsvis få, men alvorlige uheld, der har været på atomkraftværker. Ifølge aviserne synes de vestlige lande at udbygge atomkraft meget begrænset, hvorimod Kina har annonceret en kraftig udbygning.

Ud over de nævnte kilder er der også vindkraft, som hvis det anvendes i omfattende grad muligvis kan betyde klimaændringer, og som i alle tilfælde er begrænser sig selv af den lavere vindhastighed bag den enkelte mølle (se Hvordan bliver en orkan dannet?), samt solenergi i form af solfangere eller solcelle paneler, samt endeligt den eneste kraftkilde, hvor større energimængder kan opbevares i stor skala, nemlig vandkraft.

Fukushima i Japan (Sunami ødelagt)

Sådan fungerer atomkraft

Varmekilden i de nuværende atomkraftværker er fission i uran (eller plutonium).Når en langsom neutron rammer et uran 235-atom eller hurtige neutroner 235- og 238- atomer, kan atomkernen gå ca. midt over og danne to nye kerner, samt bevirke udsendelsen af et antal meget hurtige neutroner (i gennemsnit 2,5) i processen (de hurtige neutroner har energier på 1-2 MeV, 1 MeV = 1,6*10-13 J). Spaltningsprodukterne er normalt kerner imellem nr. 30 og 64. Spaltningen kan ske på mange forskellige måder.

Iransk atombrændsel produktion

Energiudviklingen ved fissionen er omkring 200 MeV pr. fission, hvilket er en stor energi, når man tænker på, at der i 238 g uran er 6,02*1023 atomer, som principielt kan sønderdeles. De udsendte neutroner fra fissionen vil igen kunne bevirke, at nye uranatomer fissionernes, og man får en forgrenet kædereaktion, som løber hurtigere og hurtigere. I en atomreaktor er uranen normalt i stave indkapslet i en stållegering, og udenom er der en moderator, som oftest kan være vand, tungt vand eller grafit, som nedsætter neutronernes hastighed. Herved opnår man større mulighed for, at de udsendte neutroner fremkalder en ny fission. I reaktoren er der desuden normalt bevægelige kontrol stave, det er stoffer som absorbere neutroner.

Når man samler 235U nok i en kugle, den kritiske masse, vil processen starte af sig selv, og kunne forløbe voldsomt. Det kræver ca. 21 kg uran 235 (som for eksempel i atombomber). I en normal kraftreaktor snakker man om uran fordelt på brændselsstave af måske 200 tons beriget uran (beriget dvs. større indhold af 235U end i naturen). Man regulerer til omkring kritisk masse med kontrolstavene. Uranen bruges efterhånden og omdannes til andre stoffer. Når en brændselsstav er udbrændt efter et antal år, og indeholder for mange henfaldsprodukter, sendes den til genoparbejdning i særlige anlæg, hvor stavene i lukket anlæg findeles, hvorefter brugbare rester omdannes til nye stave.

Varmen, der opstår, fås ud enten som kogende vand eller damp fra vandmodererede reaktorer eller ofte varm CO2 fra grafitreaktorer. Den varme, der er i reaktorkølingen, sendes ind i en varmeveksler inde i reaktoren, og den kommer så ud som højtryksdamp fra vand, der ikke har været i berøring med reaktoren. Denne højtryksdamp bruges som normalt til kraftkilde til dampturbiner, og derefter til opvarmning af brugsvand og fjernvarme.

Både atomkraft og kul har konsekvenser

Tjernobyl

Natten til den 26. april 1986 skete en stor kernekraftulykke på Tjernobyl-atomkraftværk.

Konsekvenserne af atomkraft kan være udslip af radioaktivt stof ved uheld i reaktorer (Tjernobyl, Three mile Island, Fukushima. Udslippet ved de to sidste nævnte var hver ca. 10 % af Tjernobyl-udslippet), som kan gøre områder ubeboelige og skade levende organismer. Desuden kommer der rester af radioaktive stoffer, som ikke er brugbare fra reaktorbrændslet, og senere fra nedlæggelsen af reaktoren.

Disse skal deponeres sikkert i mindst ca. 400 år (afhængigt af, hvor lavt et niveau af radioaktivitet man kræver de skal ende med). Det skal nok her bemærkes, at de danske kulfyrede kraftværker, indtil der kom støvfiltre på alle (sidst i 1980-erne), udsendte 640 tons radioaktivt affald pr. år fra uran mm., der fandtes i de anvendte kul. Desuden var der bly og andre tungmetaller i kullene. Af økonomiske grunde købte vi det billige kul med højt indhold af uran. Kernekraft ville tilsvarende give 2,7 tons radioaktivt affald pr. år (Berlingske 3/11-82, fra Folketingets miljøudvalg).

Solfangere

Der var tilsyneladende ingen ubehag i befolkningen ved at fordele dette radioaktive stof dengang (NB, det var efter starten af anti-atomkraft-bevægelsen). I de sidste mange år er man gradvis gået væk fra kul, og vores støvfiltre (udgift siges at være 6-10 milliarder kroner) har yderligere fanget det meste af disse stoffer. Store dele er indgået i cementbrænding, så de radioaktive stoffer er i ufarlige mængder fordelt bl.a. i vore fortovsfliser. Atomkraft er altså ikke problemfrit, men det er kraftværker med forbrænding heller ikke, idet de bortset fra evt. luftforurening, også bidrager til CO2 produktionen, samt en del uheld ved brydning og boring.

Om der skal være atomkraft eller ikke er en politisk afgørelse. I Danmark har der i mange år været politisk enighed om, at vi ikke ønsker atomkraftværker, men vi har ikke noget imod at importere strøm produceret på atomkraftværker (Sverige, Tyskland), og det har vi faktisk gjort i mange år. Afgørelsen er til dels en prioritering af de problemer og risici, der er ved de forskellige energiproduktionsmetoder, delvis måske et informationsspørgsmål.  Endeligt er spørgsmålet om placering. Ingen bo ved et atomkraftværk (endsige kulkraftværker eller vindmøller) , så jeg formoder ikke sagen kommer op med mindre, der bliver akut mangel på energi med meget høje energipriser. Vores politisk vedtagne alternativ er sol og vind, vi ligger ikke optimalt for sol, og begge har den ulempe, at det ikke er en konstant energikilde. Indtil vi finder en metode til opbevaring af meget store energimængder på landsplan, er det ikke problemfrit, det kræver andre konventionelle kraftværker, som er klar til at overtage i perioder uden sol og vind.

Solceller til elproduktion

For at det kan ske hurtigt, bruger de 30 – 50 % af den energi, de anvender ved fuld belastning, så det er en dyr løsning og i praksis, kan de fleste alternative energikilder ikke gøres økonomiske, uden væsentlige tilskud fra de øvrige brugere, i form af generelt forhøjede priser stc. I øvrigt fremgår det ogå af elprisen, sammenlignet med mange andre lande, at sol og vind er dyre løsninger for os alle. Desværre viser de meteorologiske data, at det nordeuropæiske område enten har god vind over det hele eller næste ingen vind, så vi kan ikke regne med de omgivende lande for vores forsyning med vindenergi. Vi har desværre ikke vandkraftværker at kunne støtte os på, så vi må se på de øvrige kilder. Fusionskraftværker (brintbombeprocessen og den proces, der sker i solen) er i praksis i dag ikke et alternativt, det er endnu ikke endnu lykkedes at udvikle noget, som kommercielt er brugbart. Fusionsreaktorer, når eller hvis de kommer, vil også skabe radioaktive materialer, men i mindre omfang, idet det nok kun er selve reaktormaterialerne, som apparatet bygges af, der bliver aktiveret.

Vindmøller

Atombomber og andre a-våben

Det er uran eller plutonium, hvor man ved sprængning eller sammenskydning af to masser, fremkalder den kritiske mængde stof. Desuden anbringer man sprængstoffer omkring uranen, som kan holde sammen på klumpen, medens processen sker. Der opstår så en ildkugle med temperaturer i milliongraders området. Det bevirker en supersonisk trykbølge udad, som kan vælte huse og slynge biler og løse genstande rundt. Desuden kommer der en varmestråling, som kan antænde brandbare genstande på mange km afstand, og endeligt kommer der neutronstråling nær bomben samt senere nedfald af radioaktive stoffer (halveringstid af nedfald ca. 6,5 timer). Se i øvrigt:  Kan skrottede atombomber bruges i A-kraft?

Atombombe sprængning

Man kan ud fra en atombombe fremstille en brintbombe, ved at omgive atombomben med en række lette stoffer, som kan fusionere. De vægtmæssigt letteste a-våben jeg har læst om, siges at veje 75 kg brugsklare. Store atomvåben eller brintvåben vejer flere tons.

Naturgas, olie og kul

Et par ord om en af de nuværende hovedvarmekilder naturgas. Vi er via el-kraft forbundet til vore naboer bl.a. Sverige, Tyskland og ad den vej til Rusland, men vi har selv betydelige mængder af naturgas i Nordsøen. Som kul og olie, er det dog en endelig ressource, men indtil videre er der nok.

I USA er der udviklet en ny teknologi som tillader udvinding af skifergas. Ifølge aviserne har vi sådanne ressourcer under dele af Danmark. Men det er ikke problemfrit, for der kan ligge en fare for en mulig grundvandsforurening, samt et stort vandforbrug i processen, som er ret omfattende i de dybe lag skifergassen findes i. Men gassen kan på den anden side ledes direkte ind i vort nuværende gassystem, så transportsystemet findes allerede.

Processen deler de problemer vi kender fra bl.a. kul, olie og den nuværende naturgas, at der udvikles CO2. Der er ikke truffet nogen politisk afgørelse i Danmark endnu, om det er en ressource vi vil udnytte, men det er klart, at det gøres i hastigt voksende skala i USA, og det vil nok også udvikle sig i Europa, for at mindske den politiske afhængighed af uhensigtsmæssige energileverandører.

Citater

Det gælder for alle svar i ”Spørg om fysik”, at de kan citeres og bruges på sædvanlig måde med kildeangivelse.

Med venlig hilsen
Malte Olsen