Kärnreaktor

Från Wikipedia
Hoppa till: navigering, sök

En kärnreaktor (i äldre svenska atommila eller mila[1]) är en enhet, där en kedjereaktion initieras, kontrolleras och bibehålls i en jämn takt. Det finns sådana reaktorer för olika användningsområden och av ett otal olika typer.

Den vanligaste användningen av kärnreaktorer är som energikälla för att alstra elkraft från kärnkraft och för att driva vissa fartyg. Detta uppnås vanligtvis med metoder som innefattar att värme från kärnreaktionen går till att driva ångturbiner,[2] varvid större delen av värmeenergin går förlorad för att processen måste kylas.[3]

Så fungerar den[redigera | redigera wikitext]

Klyvning av U-235: En neutron absorberas av en uran-235 atomkärna, som i sin tur delar sig i snabba lätta fissionsprodukter och nya fria neutroner.

I en kärnreaktor utvinns energin som frigörs vid kärnreaktioner. Vanligtvis görs det genom att klyva uran-235-atomer. Vid klyvningen bombarderas urankärnorna med neutroner. Om en atomkärna träffas av en neutron med lämplig hastighet, kan den falla sönder till lättare atomkärnor (normalt två stycken; en lättare och en tyngre) samt 2-3 stycken nya neutroner. De uppkomna kärnorna är i allmänhet radioaktiva, och avger alfa-, beta- och/eller gammastrålning medan de sönderfaller till stabila isotoper. Produkterna har en lägre bindningsenergi än de ingående reaktanterna (urankärna + neutron) och därmed frigörs energiöverskottet som värmeenergi.

Vid klyvning av en kärna uran-235 uppstår normalt 2-3 nya neutroner. Dessa kan sedan starta nya reaktioner med andra atomkärnor. Så kallade fördröjda neutroner utgör ca 1% av neutronerna, som bildas av kärnklyvning och de möjliggör mekanisk reglering av reaktorn.

I kärnkraftverk vill man att varje kärna i medeltal ska ge upphov till en neutron, som inducerar (framkallar) en ny klyvning. Detta beror på att man vill ha ett konstant antal klyvningar per tidsenhet. Om fler neutroner ger upphov till klyvningar, accelererar processen och ger en hela tiden ökande energiproduktion, vilken förr eller senare kommer att överträffa vad reaktorn klarar av att hantera. Ytterst skulle ett sådant scenario kunna ge upphov till en härdsmälta, om inte reaktionen bromsas. Omvänt riskerar processen att dö ut, om andelen klyvningsinducerande frigjorda neutroner är för låg. För att reglera kvoten använder man styrstavar, som kan föras in i härden och minska mängden klyvningsbenägna neutroner. Stavarna innehåller ämnet bor, vilket har förmågan att bromsa neutronerna till en hastighet som är för liten för att de ska kunna inducera klyvning. Stavarna är upphängda över reaktorhärden på ett sådant sätt att de vid oförutsedda händelser automatiskt kommer att sänkas ned i härden för att stilla reaktionerna. Om detta inte räcker, kan borsyra injiceras.[2]

Reaktorgenerationer[redigera | redigera wikitext]

Allt efter anläggningarnas ålder och tekniska status brukar man tala om skilda generationer.

Generation 1: Den första generationens reaktorer avser försöks- och demonstrationsanläggningar från 1950- och 60-talen. Dessa har redan tagits ur drift.
Generation 2: De äldre kommersiella, fullskaliga kärnkraftverk med olika typer av säkerhetssystem, som i dag är i produktion, är andra generationens reaktorer. Samtliga svenska kärnkraftverk hör till denna kategori, vars säkerhet under 2011 uppgraderats med haverifilter och kylsystem för att klara härdsmältor.
Generation 3: Den tredje generationens reaktorer är moderna anläggningar, där säkerhetssystemen har inbyggd redundans och fortfarande nybyggs. De modernaste reaktorerna i dag har fått beteckningen generation 3+. De har passiva säkerhetssystem som fungerar utan el och reaktorn ska klara att ett trafikflygplan kraschar in i anläggningen. 3+ är också effektivare än äldre reaktorer på att producera nyttig energi. Det är denna typ som nu (2012) byggs i Frankrike och Olkiluoto i Finland och svenska Vattenfall planerar bygga.[4]
Generation 4: Den fjärde generationens reaktorer är fortfarande på forskning och utvecklingsstadiet och väntas kunna utnyttja bränslet upp till 100 gånger effektivare än dagens reaktorer. Det innebär att avfallet och dess lagringstid kan avsevärt minimeras. De första av generation 4 planeras vara igång på 2020-talet.

Reaktortyper[redigera | redigera wikitext]

Inom de olika generationerna finns ett antal skilda reaktortyper och de kan delas upp på flera olika sätt.

Typ av kärnreaktion[redigera | redigera wikitext]

Dagens kärnreaktorer använder fission för att producera energi och man kan använda en moderator[5] för att få termiska neutroner (termisk reaktor) eller utan moderator för snabba neutroner (snabb reaktor). Andra klyvbara ämnen som torium kan användas i kärnkraftverk tillsammans med uran. Tidigare forskning har bedrivits i Tyskland och USA, men idag är Indien med sina stora toriumreserver det land, som mest intensivt forskar kring att använda torium som kärnbränsle i stor skala. Indiens kärnkraftsprogram är inriktat på att slutligen uteslutande använda torium och fasa ut uran. Carlo Rubbia har också förespråkat en kommande generation baserad på torium. En variant baseras på acceleratordrivna system med en underkritisk reaktor.

Väte kunde i teorin användas som kärnbränsle, med fusion, men de praktiska problemen har inte lösts. Forsknings- och enstaka demonstrationsanläggningar för fusion finns, men de kan inte producera något nettotillskott av energi.

Vedertagna, oftast engelskspråkiga, förkortningar anges med versaler nedan.

Typ av moderatormaterial[redigera | redigera wikitext]

Typ av kylmedel[redigera | redigera wikitext]

Indelning efter bränslets fas[redigera | redigera wikitext]

  • Fast
  • Flytande
  • Gas

Användningsområde[redigera | redigera wikitext]

Enligt kylmedium och moderator[redigera | redigera wikitext]

Om man sorterar efter kylmedium och moderator, kan man skapa nedanstående tabell. Observera att de båda utgörs av samma ämne i många vanliga reaktortyper.

  • Vattenkylda reaktorer (Lättvatten om inte annat anges)
  • Gaskylda reaktorer (GCR, oftast grafitmodererade)
    • Luftkylda reaktorer
    • Koldioxidkylda reaktorer
    • Heliumkylda reaktorer
      • Exempel PBMR
  • Smält salt-reaktorer (MSR, oftast grafitmodererade)
  • Flytande metall-reaktorer (LMFR, som också arbetar med snabba neutroner och därför saknar moderator)
    • Blykylda reaktorer
    • Natriumkylda reaktorer

Se även[redigera | redigera wikitext]

Noter och referenser[redigera | redigera wikitext]

  1. ^ "Mila". Synonymer.se. Läst 2012-09-26.
  2. ^ [a b] ”Reactor Protection & Engineered Safety Feature Systems”. The Nuclear Tourist. http://www.nucleartourist.com/systems/rp.htm. Läst 1 april 2011. .
  3. ^ ”How nuclear power works”. HowStuffWorks.com. http://science.howstuffworks.com/nuclear-power3.htm. Läst 1 april 2011. 
  4. ^ Eddie Pröckl; Vattenfall väntar med generation 4, Ny Teknik (2012-08-15).
  5. ^ ”DOE Fundamentals Handbook: Nuclear Physics and Reactor Theory” (PDF). US Department of Energy. Arkiverad från originalet. http://web.archive.org/web/20080423194722/http://www.hss.energy.gov/NuclearSafety/techstds/standard/hdbk1019/h1019v2.pdf. Läst 1 april 2011.