atomkraftværk
Atomkraftværket Grundremmingen i Bayern i Tyskland.
Foto: Michael Eichhammer / Ritzau Scanpix

Atomkraft

cand.scient. Jesper Samson. Bureauet, august 2018.
Top image group
atomkraftværk
Atomkraftværket Grundremmingen i Bayern i Tyskland.
Foto: Michael Eichhammer / Ritzau Scanpix

Introduktion

Det danske folketing besluttede allerede i 1985, at atomenergi ikke skulle være en del af fremtidens energiplanlægning i Danmark. Mange andre steder i verden spiller atomkraft dog en vigtig og voksende rolle for energiforsyningen. Atomkraftværker er en stabil energikilde og vigtigst af alt, så udleder atomkraftværkernes elproduktion ikke CO2.

Alligevel er atomkraft dybt kontroversielt, og mange steder i Vesten bliver der skåret ned på atomkraft. Det skyldes en grundlæggende usikkerhed om atomkraftens destruktive potentiale – både i form af dens radioaktive affald og risikoen for nedsmeltninger af kraftværkerne, som man har set det i Tjernobyl i Ukraine i 1986 og i Fukushima i Japan i 2011.

Nuclear Energy Explained: How does it work?

Artikel type
faktalink

Baggrund om atomkraft

Hvordan er atomet opbygget?

Atomets opbygning er forklaret på Sundhedsstyrelsens side om radioaktivitet (se kilder). Et atom er den mindste kemiske bestanddel af et grundstof og består af en atomkerne omgivet af en sky af elektroner. Atomkernen består af protoner og neutroner.

Antallet af protoner i kernen bestemmer, hvilket grundstof atomet hører til. Atomer af det samme grundstof men med forskelligt antal af neutroner kaldes isotoper. I naturen er grundstofferne blandinger af forskellige isotoper. Mange isotoper er ustabile og derfor radioaktive, men de stabile isotoper af et stof er mere almindelige.

Man taler om stabile og ustabile atomkerner. Ustabile kerner bliver stabile ved at henfalde, ofte i flere led. Ved henfaldet udsender de radioaktiv stråling og omdannes til et andet grundstof eller en anden isotop.

Hvad er et atomkraftværk?

Et atomkraftværk har ifølge bogen ”Nuclear Energy” af John Tabak (se kilder) til formål at omdanne termisk energi (varmeenergi) til elektricitet. I den forstand fungerer et atomkraftværk på samme måde som traditionelle kraftværker drevet af brændselstyper som kul, olie og naturgas. Processen følger tre trin:

1) Der genereres termisk energi.

2) Den termiske energi omdannes til kinetisk energi (bevægelsesenergi).

3) Den kinetiske energi omdannes til elektricitet.

Mere konkret fungerer et atomkraftværk ved, at vand opvarmes, indtil der dannes damp. Dampen driver en turbine, som driver en generator, der producerer elektricitet. Det særlige ved et atomkraftværk ligger i, hvordan den kinetiske energi genereres i første trin af processen. På de eksisterende atomkraftværker finder det sted ved spaltning af atomkerner. Atomkerner består af neutroner og protoner, der holdes sammen af stærke kernekræfter. Energien ligger i bindingen imellem partiklerne, og den energi kan frigøres ved sammensmeltning eller spaltning.

 

Inside a nuclear reactor core, BBC.

 

Hvad er fissionskraft?

Fission er, når tunge atomkerner spaltes og dermed frigør bindingsenergien i atomkernen. Denne proces foregår i atomkraftværkets reaktor og er beskrevet på energiselskabet Vattenfalls hjemmeside (se kilder). Under fissionsprocessen spaltes radioaktive atomkerner ved hjælp af neutroner, som kolliderer med atomerne. Når en atomkerne spaltes, udsender den nye neutroner, som kan spalte nye atomkerner, og dermed skabes der en kædereaktion.

Det er normalt isotopen uran-235, der benyttes som brændselsstave i kernekraftværket. Uran undergår konstant naturlig fission, men det går dog langsomt. For at kontrollere processen anvendes der forskellige typer kontrolstave. De absorberer de neutroner, som frigøres og gør det muligt at sænke fissionens hastighed eller helt afbryde den.

Der pumpes typisk havvand eller flodvand ind i reaktoren, som bruges til at afkøle dampen, så den kondenseres, inden kølevandet pumpes ud igen. Derefter kan vandet i reaktorsystemet opvarmes igen. Vandet i reaktorsystemet cirkulerer dermed i et lukket kredsløb.

I fissionsbomber, som atombomberne over Hiroshima og Nagasaki i 1945, sker kernereaktionen eksplosivt, hvor enorme mængder energi frigøres på et øjeblik, mens kernereaktionerne derimod sker helt kontrolleret i et atomkraftværk.

De brugte brændselsstave indeholder radioaktivt materiale, der kan have sundhedsskadelige virkninger i tusindvis af år, hvis de ikke opbevares forsvarligt.

Hvad er fusionskraft?

I fusionskraft genereres energi ved anvendelse af fusionsreaktioner for at producere varme til elproduktion. I en fusionsreaktion fusioneres, eller sammensmeltes, to lettere atomkerner og danner en ny, tungere kerne. Processen er beskrevet i artiklen ”11 spørgsmål og svar om fusionsenergi” (se kilder). Atomkernernes elektrisk ladede protoner frastøder hinanden, men i en fusionsreaktion frigøres denne energi. Dette er den samme proces, der driver alle stjerner, herunder solen.

Der findes på nuværende tidspunkt ingen fusionskraftværker, og der vil gå lang tid, før man vil kunne opføre et. Det kræver enorme mængder energi at starte en fusionsproces, og mange teknologiske barrierer skal overvindes, inden fusionskraft er en reel mulighed. Til gengæld har fusionskraft potentiale til at dække hele verdens energibehov uden fissionskraftens problemer med sikkerhed, radioaktivt affald og begrænsede brændselsmængder. Brændslet udgøres nemlig af deuterium, som kan udvindes af vand, og tritium, som kan fremstilles af litium.

Fusionsreaktioner er grundstenen i de enormt kraftige brintbomber, der er langt kraftigere end de fissionsbomber, der blev anvendt under 2. Verdenskrig i Japan. Fusionsreaktionen sættes her i gang af energiudløsningen fra en fissionsreaktion. Eksplosionen foregår altså i to stadier: Først udløses en fissionsreaktion, som sætter gang i en fusionsreaktion.

Brintbomber udgør i dag hovedparten af verdens atomarsenal, men har hidtil aldrig været anvendt i kamp.

Hvornår begyndte man at anvende atomkraft?

Det begyndte i 1789, da en tysk kemiker ved navn Martin Klaproth ifølge artiklen ”A short history of nuclear fission” (se kilder) opdagede uran. Men det var først i 1938, at fissionsprocessen blev opdaget af de to tyske kemikere, O. Hahn og F. Strassmann. Opdagelsen skabte afsæt for en bølge af ny forskning og opdagelser inden for emnet af blandt andre den danske fysiker Niels Bohr og italieneren Enrico Fermi. I 1942 blev den første atomreaktor afprøvet ved University of Chicago.

Den tidligste atomforskning fokuserede på at udvikle våben til 2. Verdenskrig under kodenavnet Manhattan Project. Den 6. august 1945 nedkastede et amerikansk B-29 bombefly verdens første atombombe over den japanske by Hiroshima. Bomben dræbte omgående omkring 80.000 mennesker, og titusinder døde senere af radioaktiv stråling.

Efter krigen støttede den amerikanske regering udviklingen af atomenergi til civile formål. Storbritannien fik sin første forsøgsreaktor i 1947 og åbnede i 1956 verdens første atomkraftværk i fuld industriel skala.

Frem til 1986 blev der bygget 409 atomreaktorer verden over. Tjernobyl-ulykken i 1986 var kraftigt medvirkende til at sænke hastigheden, således at der kun er blevet bygget 194 reaktorer i de følgende tre årtier.

Udbredelsen af atomkraft i verden

Hvilken rolle spiller atomkraft?

Artiklen ”Kernekraft: Har du styr på fakta om verdens atomreaktorer?” (se kilder) har sammenfattet en datarapport fra Det Internationale Atomenergiagentur, IEA , med tal fra 2016 om atomreaktorer i verden.

Her fremgår det, at der er 448 fungerende, kommercielle kernereaktorer, som er placeret i 30 lande. De producerer samlet set 391.116 MW, hvilket svarer til cirka 11% af verdens elproduktion og 5% af verdens samlede energiforbrug. Der blev i 2016 arbejdet på 61 nye anlæg, heraf 21 i Kina. Af verdens 448 kernekraftreaktorer ligger 99 i USA, 58 i Frankrig, 42 i Japan og 36 i Kina.

I USA udgør elektriciteten fra kernekraft dog blot 19,7% af det samlede elforbrug, mens det i Frankrig udgør hele 72,3%. Belgien, Ungarn, Ukraine og Slovakiet får også dækket over halvdelen af deres elforbrug med atomkraft.

Hvor satser man på atomkraft som energikilde?

De næste 25 år vil verdens samlede kapacitet af atomkraft stige fra 392 GW til næsten 620 GW forudser Det Internationale Atomenergiagentur, IEA, ifølge artiklen ”Prognose: Verden får 60 procent mere atomkraft” (se kilder). Selvom atomkraftkapaciteten stiger med næsten 60%, vil atomkraft dog fortsat kun udgøre en mindre andel af den globale energiproduktion. Samlet set vil atomkraft udgøre 12% af verdens energiproduktion i 2040 mod 11%, forudser IEA i dag. Det skyldes, at efterspørgslen på energi forventes at stige kraftigt i samme periode.

IEA betegner atomkraft som en af få reelle muligheder for at producere CO2-neutral energi og samtidig sørge for, at der altid er backup i elproduktionen, når vedvarende energikilder som vind og sol ikke producerer.

Der er dog stor forskel på, hvor meget man satser på atomkraft i forskellige verdensdele og lande. Kina står frem mod 2040 for 45% af udvidelsen i atomkapaciteten, mens Indien, Korea og Rusland tegner sig for yderligere 30%. Til gengæld afvikler blandt andet USA og en række europæiske lande flere reaktorer. Mest markant står Tyskland, der i kølvandet på en ulykke på det japanske Fukushima-atomkraftværk i 2011 besluttede at udfase alle sine atomkraftværker senest i 2022. Dette vil ifølge artiklen ”Tyskland er langt den største CO2-udleder i EU, og Merkel mangler en grøn plan” (se kilder) gøre det svært for Tyskland at nå sine mål for reduktion i udledning af CO2, da kulkraft vil få en større rolle i den tyske energiforsyning i takt med, at atomkraftværkerne udfases.

Hvilke større atomkraftuheld kendes?

· 1957: Windscale, England
Anlægget producerede plutonium til militæret. En eksplosion var skyld i en større brand i atomanlægget. Radioaktive stoffer blev via skorstenen sendt ud over området. Ifølge de officielle tal var ulykken årsag til mindst 260 tilfælde af kræft og 32 dødsfald. I dag findes der et nyere atomkraftværk på stedet under navnet Sellafield.

· 1979: Three Mile Island, USA
Et par svigtende pumper medførte et mindre udslip af radioaktivitet og en næsten nedsmeltet reaktor i dette atomkraft, der ligger tæt på en række storbyer på østkysten. Uheldet medførte voksende modstand mod atomkraft. Der er dog aldrig blevet påvist negative helbredseffekter fra ulykken blandt lokalbefolkningen. Anlægget skal efter planen lukkes helt i 2019 på grund af konkurrence fra billigere energikilder.

· 1986: Tjernobyl, Ukraine
Et mislykket forsøg i reaktor nummer fire forårsagede brand og eksplosioner, der blæste taget og dele af bygningen bort. Et radioaktivt udslip blev spredt over store dele af Øst- og Centraleuropa, samt dele af Finland, Sverige og Norge. Et område på 30 km omkring Tjernobyl blev erklæret afspærret område, og 186 landsbyer blev evakueret. I alt blev 116.000 mennesker evakueret ved ulykken. I løbet af en måned døde mindst 30 mennesker af stråleskader, og antallet af kræfttilfælde i den lokale befolkning er vokset betydeligt siden. En FN-rapport taler om, at op mod 10.000 vil dø af kræft på grund af strålingen.

 

Ulykken på Tjernobyl-kraftværket i Ukraine i 1986 sendte radioaktiv stråling ud over et enormt område og gik særligt hårdt ud over byen Pripyat og dens indbyggere.

· 2011: Fukushima, Japan

En tsunami-bølge slog ind mod Japans nordøstlige kyst og udløste en nedsmeltning i tre af atomkraftværkets fire reaktorer. Næsten 19.000 mennesker døde i tsunamien, mens 160.000 mennesker flygtede fra strålingen fra Fukushima. Herefter besluttede Tyskland at afslutte al atomkraftproduktion. Det er omstridt, hvor store sundhedsskader strålingen har medført, men de fleste af områdets oprindelige beboere er stadig ikke flyttet tilbage. Oprydningen og oprensningen efter ulykken kan løbe op i et beløb i nærheden af 1.300 milliarder danske kroner, og det vil muligvis tage op imod 100 år.

 

How Japan Is Responding To Fukushima Five Years Later (HBO).