Spør en energirådgiver!

Atomkraft

Hei! jeg lurte på en ting: Avfallet som kommer fra dette kraftverket kan deles i tre grupper.
Den ene gruppen er ubrent uran. Kan du forklare hvorfor ikke alt uranet blir oppbrent? og om det er bare uran de bruker som brensel?

I. (02.05.2010)

Ta en titt på denne siden:http://www.bellona.no/comments/hvorfor_norge_ikke_bor_utvikle_thorium_kraftverk
Ellers så:
Materien vi ser rundt oss og består av består av atomer. Et atom består igjen av negativt ladde elektroner som svirrer rundt en positivt ladd kjerne, bestående av positive partikler kalt protoner og nøytrale partikler som kalles nøytroner. Hvilket grunnstoff det er snakk om bestemmes av antallet protoner i kjernen.

Som et resultat av atomkjernens fysikk, frigjøres det energi når man 1) smelter sammen lette kjerner som hydrogen og helium eller 2) spalter tunge kjerner som uran, thorium og plutonium.
Den første prosessen kallers fusjon, den andre kalles fisjon. Kjernefusjon er energikilden i stjerner. Man har aldri klart å lage en kontrollert fusjonsreaksjon på jorda. Dette er synd, kjernekraftverk basert på fusjon ville vært nær ideelle, da både brenselet og utslippene er harmløse (ukontrollerte fusjonsreaksjoner har derimot blitt skapt og resultatet er kjernefysiske hydrogenbomber). Det ser ikke ut som kjernefysisk fusjon blir en brukbar energikilde innen minimum 50 år, og miljøsituasjonen tatt i betrakning bør det handles lenge før.
Den andre prossessen kalles fisjon, og er den virksomme i alle kjernekraftverk. I naturen er det store forekomster av uran (99.3% U238, 0.7% U235) og thorium (~100% Th232). Disse grunnstoffene er basis for alle kraftverk basert på kjernefysisk fisjon. Uran er oppkalt etter planeten Uranus, som igjen er oppkalt etter den greske guden med samme navn. Thorium er oppkalt etter den norrøne guden Thor.
I de fleste kjernekraftverk foregår dette ved at man anriker uran til å inneholde mer av det naturlig forekommende spaltbart uran (U235) som i naturen forekommer i små mengder blandet med det ”ordinært” uran (U238). Begge disse isotopene er relativt stabile, men om et nøytron (en nøytral bestanddel av atomkjerner) treffer en kjerne U235, vil den fisjonere, dvs spaltes i et par store fragmenter, samt en del enkelt-nøytroner. Disse nøytronene kan igjen føre til nye spaltinger av U235 kjerner i nærheten og man har en kjedereaksjon. Det finnes alltid noen ”løsnøytroner” fra naturlige kjernereaksjoner som setter i gang kjedereaksjonen. Man kan også starte den med en kunstig nøytronkilde. Naturlig uran må anrikes til en høyere konsentrasjon av U235 for å kunne brukes som kjernebrensel.
Avhengig av konsentrasjonen av U235 i mediet og geometrien til mediet kan man få underkritiske (kjedereaksjonen slukker av seg selv), kritiske (kjedereaksjonen fortsetter i samme tempo) og overkritiske (kjedereaksjonen løper løpsk). Overkritiske reaksjoner er atomingeniørens skrekk og vil føre til ukontrollert varmeutvikling og nedsmelting av reaktoren. En kjernefysisk eksplosjon vil man derimot ikke få, da må graden av overkritiskhet være mye større enn det er mulig å oppnå i et kjernekraftverk. Det er også verd å merke seg at Tsjernobylulykken var en nedsmelting med påfølgende dampeksplosjon og brann, ikke en kjernefysisk eksplosjon i ordets egentlige forstand. Årsaken er omstridt, men en kombinasjon av uvettig eksperimentering og reaktordesign er sannsynlig.
Det har i praksis vist seg mulig å kontrollere et U235 -holdig medium til å være så nær den ”kritiske” tilstanden at kjernereaksjonen går konstant, analogt til en forbrenningsovn. Teknologien for å gjøre dette er velutviklet og dagens kritiske uranreaktorer anlegg er meget sikre.
Urankraftverk har negative sider. Den store massen U238 bestråles av nøytroner til å bli isotopen plutonium-239 (Pu239) og andre såkalte transuraner (grunnstoffer tyngre enn uran). Plutonium og andre transuraner er meget giftige og har nedbrytningstider på hundretusner til millioner av år. Plutonium er også kjernevåpenmateriale. I dagens verden trenger man absolutt ikke mer av disse og dette er et av hovedargumentene mot urankraftverk. Uran begynner dessuten å bli relativt dyrt og de kjente forekomstene er begrensede.
Noen av problemene kan unngås ved å bruke thorium, Th232, som brensel. Dagens teknologi for kritiske urankraftverk er lett å tilpasse thorium og dette er allerede forsøkt, med gode resultater. Risikoen for nedsmelting er omtrent lik urankraftverk og meget lav. Isotopen Th232 er ikke spaltbar, men ved nøytronbestråling dannes syntetisk spaltbart uran-233 (U233, forekommer ikke i naturen). Dette syntetisk spaltbare uranet er omtrent like effektivt som vanlig spaltbart uran for å lage en kjernefysisk bombe, men det er mye vanskeligere/farligere å håndtere pga kontaminasjon av isotopen U232. Å separere ut denne er riktignok mulig, om enn krevende. Like fullt er det vanskelig å se at thoriumreaktorer tilfører noen nye trusler av betydning på området kjernevåpenspredning. I tillegg slipper man å gjøre noen anriking av brenselet.
Imidlertid kreves det nøytroner for å starte kjedereaksjonen, dette skjer ved å tilsette en liten mengde spaltbart uran eller plutonium i brenselet. Thoriumreaktoren vil danne vesentlig mindre mengder plutonium og transuraner enn et uranfyrt kraftverk og dette gjør at store deler av avfallet er lite helsefarlig etter noen hundre år. Noe avfall, f.eks isotopen technetium-99 (Tc99) vil være langlivet og må håndteres ordinært eller brennes opp med en nøytronstråle. Å lagre avfall noen hundre år er mye enklere enn å lagre det sikkert i hundretusener av år, slik et avfall fra et uranfyrt kraftverk krever. Forekomstene av thorium i naturen er svært store og grunnstoffet har foreløpig få anvendelsesområder. Kritiske thoriumreaktorer er dermed et alternativ som absolutt bør vurderes i fremtidens energiforsyning.
Nobelprisvinneren Carlo Rubbia har foreslått et radikalt nytt design som vil ytterligere forbedre thoriumkraft-teknologien. Istedenfor å bruke designet til et kritisk thoriumkraftverk, foreslår han å supplere nøytroner fra en partikkelakselerator. Dette gjør at man slipper å blande uran/plutonium i brenselet og minsker mengden transuraner i avfallet til nær ingenting. Designet opereres også underkritisk, dvs kjernereaksjonene vedlikeholder ikke seg selv, de vedlikeholdes av strålen. Det er trivielt å skru av strålen. Dette betyr i praksis at risikoen for at reaksjonen løper løpsk er mindre enn for et kritisk operert kraftverk. Reaktoren er omgitt av flytende bly som absorberer varmen som kjernereaksjonene danner. Hvis reaksjonene blir for intense, utvider blyet seg og blokkerer nøytronstrålen, dermed stopper systemet av seg selv. Dette designet kan også brukes til å brenne opp transuraner i allerede produsert kjernefysisk avfall, og kan dermed redusere eksisterende lagre. Det er dessverre også mulig å misbruke teknologien til å lage spaltbart plutonium av ordinært U238 plassert i rekatoren.
Teknologien er dessverre ikke realisert ennå, og det vil ta 10-20 år, avhengig av investeringer, å realisere den. Politisk vilje er hinderet, de teknologiske utfordringene er overkommelige.

Svartjenesten enova (03.05.2010)