De flesta har hört talas om kärnkraftverk, men få vet egentligen inte hur det fungerar. Många personer kanske till och med associerar kärnkraftverk som farligt och radioaktivt.
Vad används kärnkraftverk till och var finns de? Vi ska i den här artikeln försöka reda ut och förklara hur ett kärnkraftverk fungerar.
det Korta svaret:
Kärnkraftverk är en energikälla som drivs av en reaktor. De fungerar på olika vis och i svenska kärnkraftverk används två olika sorters reaktorer; kokvattenreaktorer och tryckvattenreaktorer.
Ett kärnkraftverk drivs av kokande vatten och med hjälp av ångan som bildas som driver en turbin. På turbinen sitter en generator som omvandlar rörelseenergin till elektricitet. Det är anledningen att kärnkraftverk existerar, att skapa och generera energi bland annat till svenska hushåll.
Det lite längre svaret
Hur fungerar då ett kärnkraftverk? Själva kärnkraften kan beskrivas som en av de viktiga energikällorna vi är beroende av i många delar av världen, även i Sverige. Energin kommer från klyvning av det radioaktiva ämnet uran som utvinns i stora delar av världen.
För att utvinna kärnkraften behövs ett kraftverk som utvinner och omvandlar energin till elektricitet via en generator. Då behövs en reaktor. Och därför kallas det kärnkraftverk. Reaktorerna kan vara uppbyggda på olika sätt och det som gör skillnad är vilket sätt ångan bildas.
I Sverige använder vi oss av två olika typer av reaktorer som bedriver kärnkraftverk. Nämligen Kokvattenreaktor och Tryckvattenreaktorer.
Ett kärnkraftverk fungerar på liknande sätt som ett kraftverk för till exempel kolkraftverk eller biokraftverk, där antingen olja, kol eller biobränslen används för att koka vattnet. I ett kärnkraftverk används kärnbränsle i form av uran. Det är alltså bara bränslet som används vid uppvärmandet som skiljer de olika kraftverken åt.
Uranbränsle i svenska kärnkraftverk
Uranbränslet tillverkas av uranmalm som utvinns bland annat i Sverige. Uran är inte en förnybar naturtillgång. Uranbränslet används genom att klyva uranatomer med hjälp av neutroner som frigörs och stora mängder energi värmer vattnet.
När uranatomer klyvs frigörs även nya neutroner, i en så kallad kedjereaktion och för att neutronerna ska fortsätta att klyva uranatomer krävs att de bromsas upp och modereras, det vill säga styrs eller leds.
Då används styrstavar för att undvika för snabb klyvning och att undvika härdsmälta. Styrstavarna fungerar på så vis att de samlar upp eller egentligen drar till sig de neutronerna som klyver urankärnorna. Vilket gör att klyvningen modereras genom att minskas ner eller avstanna helt.
Av den processen lämnar det kvar radioaktivt avfall som hanteras därefter och förvaras på en slutplats säker för omvärlden. I våra svenska kärnkraftverk så används vatten för att bromsa neutronerna, så kallat lättvatten. Därför kallas den typen av reaktorer för lättvattenreaktorer.
Lättvattenreaktorer är enklare och billigare än tungvattenreaktorer, men krävs att man använder anrikat uran istället för naturligt uran, som kan användas i tungvattenreaktorer.
Och för att ta tillvara på energin i det upphettade vattnet används i Sverige två olika varianter av reaktorer, nämligen Kokvattenreaktor eller Tryckvattenreaktor.
Kokvattenreaktorer finns i våra samtliga tre kärnkraftverk i Sverige, Ringhals kärnkraftverk, Forsmark kärnkraftverk och Oskarshamn kärnkraftverk. Däremot finns Tryckvattenreaktorer endast i Ringhals. De båda olika fungerar på lite olika sätt, men med samma princip vilken är att värma upp vattnet.
Vad är det som gör att vattnet blir varmt och ångas?
När en uranatom klyvs med hjälp av neutronerna så bildas två eller flera neutroner som i sin tur klyver nya atomer. De delas som atomen delas i vid klyvningen kallas klyvningsprodukter.
Vid själva klyvningen så slungas de iväg i en hög hastighet och då bildas friktionsvärme. Till exempel som när man gnider sina händer snabbt mot varandra upp och ner, så bildas värme. Det kallas friktionsvärme.
Och det är den värmen från friktionen i en kedjereaktion av att fler uranatomer klyvs och bildar nya neutroner, som värmer vattnet som i sin tur bildar ånga. Och ångan driver en turbin som snurrar som i sin tur driver en generator som ger el. Det är alltså kedjereaktionen av värme som genereras av hela processen omvandlar värmeenergin till rörelseenergi och med hjälp av generatorn omvandlas rörelseenergin till elektrisk energi.
Kokvattenreaktorer
Hur fungerar då de olika reaktorerna vi använder i de svenska kärnkraftverken?
Kokvattenreaktioner används som vi ovan nämnde i de samtliga tre aktiva kärnkraftverk vi har i Sverige.
När atomkärnorna i uranbränslet klyvs så uppstår värme som kokar vattnet i reaktortanken. Det kokade vattnet bildar ånga som driver turbinen, som i sin tur driver genereratorn som ger el. Med hjälp av havsvatten kyls ångan till vatten igen och vattnet pumpas sedan tillbaka till reaktorn och värms upp på nytt.
Tryckvattenreaktorer
Tryckvattenreaktor fungerar snarlikt, men istället för att vattnet kokas upp så värms det upp. Vattnet förs under högt tryck och hög temperatur till ånggeneratorn. Det heta vattnet rinner genom tusentals små rör som hettas upp genom värmen av vattnet.
Därefter pumpas det tillbaka till reaktortanken för att värmas upp på nytt. Det är de heta rören som kokar vattnet som i sin tur bildar ånga som driver turbinen. Och det är turbinen som i sin tur driver generatorn att skapa el. Med hjälp av havsvatten kyls ångan tillbaka till vatten i kondensorn. Vattnet pumpas därefter tillbaka till ånggeneratorn.
Vad händer med vattnet som pumpas tillbaka till havet och är det ofarligt?
Vattnet som pumpas tillbaka ut i havet efter att ha varit inuti är ett par grader varmare än havsvattnet i havet. Det är inget farligt ämne i det vattnet. Men de graders skillnad på vattnet kan göra att det bildas mer alger och en del fiskarter trivs bättre där.
Däremot är det olämpligt att bada och simma just intill kärnkraftverk pga. strömmarna som bildas när vattnet pumpas ut och det varma vattnet möter det kallare vattnet.
Vad används elen till?
Nära hälften av Sveriges el kommer från kärnkraft. Åtminstone 40 procent av Sveriges hushåll, butiker, kontor och gatlyktor drivs av de ovan nämnda kärnkraften. Alltså nästan varannan glödlampa, laptop, mobilladdning och så vidare, lyser eller laddas på grund av att elen drivs genom kärnkraft. Tillsammans med vindkraften och vattenkraften bidrar kärnkraften till en näst intill utsläppsfri elproduktion.
Från kärnkraftverken transporteras elen ut till samhället via stamnät. Men även regionala och lokala nät. Ju högre spänning desto längre kan elen transporteras. Stamnät ägs av staten och används för att transportera el till hela Sverige. Elen som leds i de stora stamnäten är antingen på 220 000 volt eller på 400 000 volt och transporteras till de stora transformatorerna ute i landet.
När elen nått ut till de olika transformatorerna i de olika regionerna i Sverige, så används de Regionala näten. Där transformeras spänningen ner till 40 000 – 75 000. Därefter används den elen av industrier och kommuner.
För att nå ända fram till hushållen så används de lokala näten. Här transformeras spänningen ner till 4000 – 20 000 volt. Och innan elen når hushållen omvandlas de till cirka 230 – 400 volt. På landet eller byar kan man fortfarande se elledningar men i storstäderna är de nedgrävda under marken.
Hur underhålls ett kärnkraftverk?
Oftast så stängs kärnkraftverken av på sommaren eftersom det då förbrukas och efterfrågas färre el av landets industrier och hushåll. Då passar man på att underhålla Sveriges kärnkraftverk.
Då stängs reaktorerna av under en kortare tid, oftast cirka 3 veckor. Detta kallas för revision. Då utförs underhållnings och förbättringsarbeten samtidigt som nytt bränsle laddas. Bränslet kan användas i ungefär 5 år i en reaktor innan det behövs bytas ut. När bränslet i till exempel kokvattenreaktorerna byts ut succesivt varje sommar, så byter man ut cirka en femtedel av bränslet.
Att kärnkraftverken står stilla under nästan en månad och inte producerar ny el är ingenting som märks av för något hushåll då den el som producerats under hela året portioneras ut till hushåll, industrier och hela samhällen via transformatorerna.
Fördelar och nackdelar med att använda kärnkraftverk
Fördelar
Kärnkraften har väldigt lite eller inga växthusutsläpp och räknas därför som stor hjälp till att bekämpa klimatförändringarna. Kärnkraften har en väldigt låg produktionskostnad. Med kärnkraft kan en jämn produktion av stora mängder elektricitet ske som stabiliserar bränsletillgången. Stor mängd av Kärnkraftverkens bränsle kräver inget gruvarbete.
Nackdelar
Naturligt uran är i viss mån giftigt och radioaktivt. Samt att det förorenar området där det utvinns. I alla världens kärnkraftverk sker ungefär en olycka som kräver liv per årtionde. Det radioaktiva avfallet från kärnkraften måste isoleras från naturen på ett säkert sätt i 100 000 år. Vanliga kärnkraftverk kan konstrueras så att det radioaktiva kärnavfallet de producerar, kan förädlas till råmaterial för kärnvapen.
Historia och kärnkrafternas framtid
Det första kärnkraftverket i Sverige började byggas i Oskarshamn mellan 1970 - och 1980 - talet. Sedan dess har det byggts totalt 12 kärnkraftsreaktorer i Sverige, varav sju fortfarande är i bruk. De aktiva och verksamma ligger i Forsmark, i Oskarshamn och i Ringhals.
Innan dess fanns bland annat kärnkraftverket i Barsebäck som sedan ett par år tillbaka är nedlagt, den första reaktorn stängdes ned 1999 och sedan den andra 2005. Även en tidigare reaktor i Ringhals Kärnkraftverk är numera nedlagd och de använder de resterande som fortfarande är i bruk.
I Sverige bröts uran på 60-talet och vi har gott om det. Över 200 platser har visat sig vara möjliga för uranbrytning, men inget företag har sedan 60-talet kommit igång med det och år 2018 förbjöds brytning av uran i Sverige efter ett beslut i riksdagen. Idag importeras istället uran från bland annat Kanada, Australien och Namibia.
En fråga för framtiden
En viktig fråga för framtiden för kärnkraftverk har varit avfallsfrågan, då det måste slutförvaras i tusentals år. I Sverige anses frågan vara löst då politiker beslutat att det radioaktiva avfallet ska borras ner i berggrunden i Uppland.
En del forskningar har gjorts som visar att kärnbränslet ska kunna användas en gång till. Och på så sätt så kommer avfallsbränslet vara radioaktivt i några hundra år till istället för 100 000 år till. I Sverige har däremot forskning kring kärnkraft i stort sett uppstått sedan en lagstiftning på 1980-talet gjordes för att säkerställa att det inte planerades för att bygga nya kärnkraftverk i Sverige.
För närvarande är reaktorer byggda på 1970- och 1980-talet fortfarande i bruk, de kallas för andra generationens reaktorer. Medan dagens tredje generationens reaktorer är egentligen bara vidareutvecklade versioner av den andra generationens reaktorer. Där de utvecklade i både hållbarhet och säkerheten.
Fjärde generationens reaktorer kommer att tas i bruk inom kort, de är utvecklade att vara mer bränsleeffektivare och ytterligare säkerhet och en annan konsultation.
Även för framtiden planeras förändringar och förbättringar på kärnkraftverken där en av framtidens kärnenergilösningar kan vara ett litet modulärt kraftverk som består av flera sammankopplade moduler. Där de planerar att med de små kraftverken kan både värme och elektricitet kunna produceras med en fjärdedel av kapaciteten hos dagens kraftverk som är i bruk.
Hur stänger man ner ett kärnkraftverk
När det beslutas om att ett kärnkraftverk skall stängas ned, eller en reaktor på ett kärnkraftverk så måste först reaktorn tömmas på dess bränsle. Bränslet får stå en tid i vattenbassänger på kraftverket.
Sedan sänds bränsleavfallet till ett företag här i Sverige som heter CLAB (Centralt Mellanlager för Använt Bränsle) som är det enda vi har som arbetar med använt bränsle från kärnkraftverk, men som även hanterar annat bränsle från andra typer av industrier. Det företaget finns i Oskarshamn. Efter cirka 40 år så sänds det till ett så kallat slutligt förvar.
Där det därefter ska förvaras i 100 000 år.
Stängs hela kärnkraftverket ned så får anläggningen “vila” ett tag efter att reaktorerna är tömda på sitt bränsle, innan vidare åtgärder görs, eftersom visa delar i anläggningen fortfarande kan vara radioaktiva. Delarna av anläggningen tas sedan om hand om som radioaktivt avfall och skickas till slutförvaringen. Därefter kan man riva byggnaden så som man river andra kraftverk eller industrier.
Slutligen återställs marken och man kan bygga precis vad som helst på marken utan att oroa sig att det ska vara radioaktivt. Om bara en reaktor i ett kärnkraftverk ska stängas av så görs bara processen att bränslet töms och reaktorn får vila medans bränslet står en tid i vattenbassängen för att därefter forslas som radioaktivt bränsleavfall till CLAB.
Källor
https://www.stralsakerhetsmyndigheten.se/omraden/karnkraft/sa-fungerar-ett-karnkraftverk/
https://www.skc.kth.se/omkarnkraft/hur-fungerar-ett-karnkraftverk-1.426139
https://hurfungerar.se/teknik/energi/karnkraft
https://www.uniper.energy/barseback/om-karnkraft/sa-produceras-el-i-ett-karnkraftverk
https://www.vattenfall.fi/sv/elavtal/energikallor/karnkraft/