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.