Den vanlige formen for kjernekraft, enten den sitter i et kjernekraftverk eller i en atomubåt, er litt grovt sagt en form for avansert vannkoker for å drive en dampmaskin. Reaktoren genererer varme som brukes til å produsere produserer damp med høyt trykk og temperatur for å drive en turbin som igjen driver en generator. Kjernekraften er altså en varmekilde som erstatter fossile brennstoffer, som kull i et kullkraftverk.
Etter en voldsom optimisme utover 50 og 60-tallet, hvor man så for seg at kjernekraft skulle gi oss enorme mengder billig energi, ble fremtiden ikke helt den man trodde etter tre store ulykker. Først kom Three Mile Island-ulykken i 1979. Så Tsjernobyl-ulykken i 1986 og til slutt Fukushima-ulykken i 2011. I tillegg har det vært et hundretall mindre ulykker og hendelser. Det har også vært noen fatale ulykker med russiske atomubåter.
Til sammen har dette fått mange til å snu seg bort fra kjernekraft, selv om teknologien bidrar med rundt 10 prosent av verdens elforsyning. Uten å slippe ut CO2.
Selv om det har vært ulykker med dødelig utgang, og vi har et lagringsproblem for kjernefysisk avfall, er realiteten at kjernekraft forårsaket svært få dødsfall i forhold til de kraftmengdene som er produsert. Sannsynligheten er stor for at kullkraft forårsaker mye mer skade, spesielt hvis man regner inn effekten av luftforurensingen, og ikke minst hvor mye CO2 kullkraft slipper ut.
- Ja til atomkraft! – Det er den eneste mulige løsningen
Fisjon
Grunnlaget for kjernekraft er den samme som for en atombombe basert på fisjon, det vil si spalting av tunge radioaktive stoffer slik som uranisotopen 235. Slike elementer som kan brukes til kjernereaksjoner kalles fissile isotoper.
Både bomber og kraftverk baserer seg på kjedereaksjoner, men når en slik reaksjon skal produsere kraft, og ikke sprenge et militært mål, må den kontrolleres. Når et fritt nøytron treffer en uranisotopkjerne spaltes den og sender samtidig ut tre nøytroner. De spalter igjen nye atomkjerner som så sender ut enda flere nøytroner. Om ikke noe gjøres er det en atombombe vi snakker om. Men allerede i 1942 klarte Enrico Fermi å kontrollere kjernereaksjonen i et laboratorium ved Universitet i Chicago.
I kjernen av et atomkraftverk finner vi en rekke brenselstaver som inneholder det fissile materialet. En moderator er et stoff som har til hensikt å bremse ned de de raske nøytronene som frigjøres når et atom spaltes. Raske nøytroner har lavt fisjonstverrsnitt, dvs. de har lav sannsynlighet for å forårsake en ny spaltning i et annet atom (gjerne U-235). Trege nøytroner har mye større sannsynlighet for å treffe en U-235-kjerne og dermed videreføre kjedereaksjonen. Grafitt er en moderator og tungtvann en annen. Moderatoren får kjedereaksjonen til å gå fortere.
Kontrollstaver brukes til å bremse kjedereaksjonen. De produseres av et stoff som kan absorbere nøytroner uten at det fører til en ny spaltning slik som bor og kadmium.
Lettvann både moderer og absorberer nøytroner. Tungtvann moderer utelukkende. Derfor er det så nyttig i noen reaktordesign, f. eks. den kanadiske CANDU-reaktoren.
En tradisjonell kjernereaktor drives på følgende vis. Brenselet og kontrollstavene plasseres. Deretter plasseres moderatoren, f. eks. ved å fylle på med vann mellom brenselet. Så trekkes kontrollstavene gradvis ut inntil mange nok nøytroner får bevege seg uhindret mellom urankjernene til at en kjedereaksjon blir selvdrevet. Reaktoren stanses ved å skyve kontrollstavene inn.
Et eksempel er den utløsende årsaken for Tjernobyl: Kontrollstavene hadde tupper av grafitt. Her skulle de fungere som smøremiddel, men som dessverre også er en moderator. Idet operatørene trykket på den røde knappen på en reaktor som var i ferd med å gå superkritisk, etter en test som hadde gått skeis, var det første som skjedde at litt ekstra grafitt kom inn i reaktorkjernen. Det fikk kjedereaksjonen til å akselerere enda mer og medførte at reaktoren smeltet raskere enn resten av kontrollstavene rakk å falle ned og stanse reaksjonen.
Selve reaktoren i et kjernekraftverk er innesluttet i et kammer i tykk betong, men det er flere varianter av teknologi for å få varmen fra kjernereaksjonen over til strøm på sikrest mulig måte.
Trykkvannsreaktor
Den mest utbredte teknologien er trykkvannsreaktoren hvor vann rundt reaktorkjernen varmes opp av kjernereaksjonen. Under høyt trykk og temperatur går vannet i en lukket krets innom en varmeveksler hvor det varmer opp vann i en sekundær krets. Den sekundære kretsen er også lukket og det er her dampen dannes som driver turbinene koblet til generatoren. Etter at mye av den termiske energien er hentet ut i turbinene blir vannet kjølt ned og kondensert tilbake til vann igjen.
Kokvannsreaktor
Litt mindre utbredt variant er kokvannsreaktoren. Den skiller ser fra trykkvannsreaktoren ved at den ikke bruker en sekundær vannkrets. I stedet danner varmen fra reaktoren damp og driver turbinene, gjerne både høy- og lavtrykksturbiner, som igjen driver generatoren.
Det er store variasjoner i trykk og temperatur inne i slike reaktorer. I en trykkvannsreaktor er trykket på 155 bar og temperaturen 315 grader. Under slike betingelser holder det seg i vannfase i primærkresten. Dampen utvikles først i sekundærkretsen.
I en kokvannsreaktor skal vannet over i dampfase i kretsen, og her er trykk og temperaturforholdene mer moderate. Det er et trykk på 75 bar inne i reaktoren slik at vannet koker ved 285 grader.
Nye kjernekraftteknologi
Dessverre har det vært satset for lite på utvikling av ny kjernekraftteknologi. Skrekken for ulykker, men også store kostnader per generert kWh, har gjort at interessen for å utvikle teknologien videre har avtatt. Det er sannsynligvis synd, for selv om fornybar kraft vokser voldsomt så skjer veksten fra et lavt nivå og er neppe nok til å forhindre at CO2-konsentrasjonen i atmosfæren på grunn av fossil elproduksjon vokser mye mer.
Det er flere nye design som går under betegnelsen 4. generasjons kjernekraftverk. Felles for dem er at det skal være svært mye sikrere enn dagens konstruksjoner. Ved ulykker, f. eks. når pumpene stopper, skal de være selvslukkende. De fleste kjernekraftverk i dag er gamle, og det trengs en teknologisk fornyelse. En overgang til thorium i stedet for uran som brennstoff vil også øke sikkerhet og redusere problemene rundt avfall.
Det store håpet, og det har det vært siden 50-tallet, er at vi skal lære oss å lage kraft av fusjon i stedet for fisjon. Det vil si at vi utnytter energien som ligger i at hydrogenkjerner smelter sammen til helium. Den samme energien som driver sola og den såkalte hydrogenbomben. Det har vært forsket på fusjonskraft i mange tiår, men håpet er at ITER-reaktoren som bygges i et internasjonalt samarbeid i Frankrike skal lære oss å utnytte kraftformen. I så fall får vi så å si uendelig tilgang til billig drivstoff. Spørsmålet er om reaktoren blir så dyr at den ikke vil lønne seg.
- Norsk atomkraft-influencer: Vi er en ny generasjon som har tro på kjernekraft
