OBS: Denne artikkelen tar for seg kjernekraft i form av fisjon, du kan lese om fusjonskraft i Kjernefysisk fusjon.

 

Kjernekraft, noen ganger kalt atomkraft, er en veldig kontroversiell energikilde. I 2022 erklærte EU parlamentet at investeringer i kjernekraft er grønne investeringer, mens miljøorganisasjoner som Greenpeace sier at kjernekraft er en trussel mot natur og mennesker.

 

I 2022 sto kjernekraft for produksjonen av 10% av verdens elektrisitet i 436 reaktorer. Det var også 59 flere reaktorer under bygging, men siden eldre reaktorer blir tatt ut av drift vil antallet reaktorer holde seg ganske stabilt. Likevel er det forventet at mengden strøm fra kjernekraft vil øke siden nyere reaktorer er i gjennomsnitt større enn de eldre. I denne teksten skal vi se litt på verdien kjernekraft kan ha for energiomstillingen, og ulempene ved kjernekraft.

 

Hva er fisjon?

Fisjon er en kjernefysisk reaksjon som oppstår når nukliden til et atom deles i to eller flere deler. I nesten alle kjernekraftreaktorene i verden er det en spesifikk reaksjon som oppstår: Det er fisjonering av uran gjennom en kollisjon med et nøytron slik som i figur 2. Uranet splittes så i grunnstoffene barium og krypton, men det viktigste er at reaksjonen gir ut 2-3 nøytroner og litt energi i form av varme. Det at reaksjonen avgir nøytroner lar oss bruke en reaksjon til å starte en ny reaksjon, dette starter da en kjedereaksjon. Varmen fra reaksjonen gir oss muligheten til å lage et varmekraftverk. Der bruker vi varmen til å fordampe vann under trykk, for å spinne en turbin som driver en generator. Denne prosessen er grunnleggende for alle kommersielle kjernekraftverk i dag. Derfor lager de ikke strøm på en veldig forskjellig måte fra fossile kraftverk og andre varmekraftverk. Om du vil lese mer om fisjon, kjernefysikk og hvor energien i fisjon kommer fra, kan du lese denne artikkelen Introduksjon til kjernefysikk.

 

Hvordan fungerer et kjernekraftverk?

I figur 3 ser du en illustrasjon av en kjernekraftreaktor. Vi skal gå gjennom de ulike delene slik at det er litt klarere hva som skjer på innsiden av et kraftverk. Den illustrerte reaktoren er en trykkvannsreaktor. Dette er den vanligste typen reaktor, og av de 436 reaktorene vi nevnte var 306 av disse trykkvannsreaktorer.

 

Reaktoren består i hovedsak av to lukkede vannkretser og ett rør med kjølevann. Vannkretsen med den lyseste blåfargen er den som inneholder reaktorkjernen. Vi kaller denne primærkretsen. I reaktorkjernen foregår det fisjon av uran som varmer opp vannet. Hele primærkretsen holdes på rundt 150 ganger atmosfærisk trykk for at vannet ikke skal fordampe når det blir varmet opp til over 300 grader celsius. Hvor mye energi som produseres avhenger av mange faktorer, blant annet varmen i kjernen og mengden brensel. Vi kontrollerer varmen i kjernen med kontrollstavene. De reduserer kjedereaksjonene kraftig når de senkes ned i reaktorkjernen ved å absorbere nøytronene som avgis, og de styres automatisk.

 

 

Det oppvarmede vannet ledes så gjennom dampgeneratoren. Dette kan høres ut som en veldig komplisert del av reaktoren, men det eneste som skjer i den er at vann lagres der til det fordampes av varmen fra primærkretsen. Siden vanndamp har lavere massetetthet enn vann i væskeform vil vanndampen stige. Da har vi en bevegelse som vi kan føre gjennom en turbin som driver en generator. Det er sånn vi får strøm ut av energien vi fikk fra fisjonen vår. Etter dette kjøles vannet i kondensatoren og pumpes tilbake inn i dampgeneratoren for en ny runde. Vannet i de to kretsene blandes aldri med hverandre, og heller ikke med kjølevannet.

 

En av de miljøskadelige effektene som kommer fra kjernekraft er at kjølevannet som kommer ut av kraftverket er litt varmere enn vannet som kom inn. Problemet med dette er at varmt vann er mindre oksygeninnholdig enn kaldt vann, og at det vil påvirke temperaturen i naturen. Dette kan være skadelig for det lokale økosystemet om det slippes tilbake ut i en elv eller innsjø. Dette problemet har heldigvis enkle løsninger. Det vanligste er å bruke spillvarmen til fjernvarme eller å installere kjøletårnene du sikkert allerede assosierer med kjernekraft. I kjernekraftverk med kjøletårn så sprayes kjølevannet på innsiden av tårnene hvor det møter kald luft. Da vil mesteparten av vannet kjøles slik at det kan slippes ut eller gjenbrukes, og resten vil fordampe og bli til skyer som en vanlig del av vannets kretsløp.

 

Hvorfor satse på kjernekraft?

Hovedargumentet for kjernekraft er at det kan løse et ganske stort problem med energiomstillingen, nemlig mangelen på ren og forutsigbar energi. For å unngå drastiske klimaendringer trenger vi å dekarbonisere energikildene i verden og dette skjer stort sett gjennom utbygging av fornybare energikilder som sol-, vind- og vannkraft. Problemet med disse energikildene er at solen skinner ikke alltid, vinden blåser ikke alltid og alle kan ikke bygge ut nok vannkraft for å dekke disse hullene i strømproduksjonen vår. I fremtiden kan det hende at dette problemet løses av batterier, men i dag har vi ikke nok lagringskapasitet til å kunne gjøre dette.

 

Det kjernekraften stiller med er muligheten til å produsere den mengden energi vi vil ha, når vi vil ha den, på en karbonfri måte. Dette betyr at et strømnettverk som består av for eksempel solkraft og kjernekraft kan øke mengden strøm fra kjernekraftverkene når det går mot kvelden slik at vi ikke blir sittende igjen uten nok strøm. Mange tenker på kjernekraft som en konkurrent til fornybare energikilder og tror at vi må velge enten fornybar energi eller kjernekraft. Dette er ikke nødvendig. Kjernekraft kan være en veldig god og ren støtte til et fornybart strømnettverk.

 

Du har kanskje hørt at kjernekraft blir kalt ren eller lavkarbon, men vet du hvor ren? Når vi regner for klimagassutslipp og dødeligheten av energikilder er det vanligst å finne tallene for CO2-ekvivalenter med utslipp og antall døde som konsekvens av energikilden gjennom bygge- og levetiden dens. Så deler vi disse tallene på mengden strøm produsert. Dette ser du et diagram over i figur 6. Dødeligheten er som regel høyere som følge av høyere CO2 utslipp på grunn av at luftkvaliteten blir lavere. Statistikken tar med dødstall fra ulykker som Tsjernobyl, og en stor grunn til at vannkraft har et så høyt dødstall er Banqiao dam ulykken.

 

Arealbruk og levetider

Kjernekraft har også flere fordeler som er uavhengige av fordelene for energiomstillingen. Spesielt vil vi ta opp arealbruk og levetid. Kjernekraft har i gjennomsnitt den laveste arealbruken blant alle energikilder brukt i stor skala. En annen fordel er at det eneste kriteriet for å plassere et kraftverk er at det må ha tilgang på en stor mengde kjølevann. Dette er vanligvis havet, en elv eller en innsjø. Ofte brukes havet som kjølevannskilde siden et kraftverk ikke klarer å påvirke temperaturen i en såpass stor mengde vann, men saltvann ruster også rørene mer enn vanlig ferskvann.

 

En typisk kjernekraftreaktor krever kun 27 tonn uran i året. For referanse krever et kullkraftverk med samme effekt over 2,5 millioner tonn kull. Dermed slipper kjernekraftverkene infrastruktur som jernbaner, gassrør eller oljerør for brenselet sitt. Alle disse fordelene til sammen gjør at de fleste land har utallige steder med mulighet for et kjernekraftverk, og de er relativt små inngrep på naturen der de bygges. For eksempel tar Olkiluoto kraftverket i Finland opp et areal på litt over en kvadratkilometer og dekker litt over 30% av strømbruken til Finland.

 

Kjernekraftverkene som ble bygd på 70- og 80-tallet i USA hadde forventede levetider på 30-40 år. I 2023 har nesten alle disse kraftverkene fått en utvidet levetid til 60 år og noen få til 80 år. Dette er fordi de dyre og kritiske delene i et kjernekraftverk viser seg å slites mindre enn forventet. Derfor renoverer man kjernekraftverkene og bytter ut de slitte delene for å få en mye lengre levetid. For sammenligning er levetiden for solceller og vindmøller rundt 25-30 og 20-25 år, mens levetiden for fossile kraftverk er rundt 40 år. Nyere kjernekraftverk er bygd med en levetid på 40-60 år, men kan også få utvidelser.

 

I flere vestlige land har nyere kraftverk slitt med at byggetiden på reaktorene har blitt utvidet. For eksempel begynte konstruksjonen av Olkiluoto 3-reaktoren i 2005 og skulle stå ferdig i 2009, men reaktoren startet ikke vanlig strømproduksjon før 2023. Dette er et veldig kritisk problem siden de fleste kraftverkene bygges med penger fra store lån. Dermed taper kraftverket mye penger på grunn av renten på lånet når byggetiden blir utsatt. Da får kraftverket enten lang nedbetalingstid og investorer taper penger, eller så blir strømmen fra kraftverket dyrere. I tillegg gjør den lange byggetiden at eventuelle fossile kraftverk som skal byttes ut av kjernekraftverket må produsere i lengre tid. Dette problemet har ikke rammet for eksempel kinesiske, koreanske og japanske kraftverk. Grunnen til det er i hovedsak at de bygger det samme designet om og om igjen, de bygger jevnt over tid og de har mye mindre politisk innblanding i selve prosjektet slik at man unngår unødige endringer.

 

Sammenhengen mellom kjernekraft og atomvåpen

Kjernekraft er veldig ofte assosiert med atomvåpen. Dette gir mening siden de er basert på samme prinsipp, nemlig å bruke fisjon for å få energi. Likevel er de strukturert på en veldig forskjellig måte. Kjernekraftverk kan ikke sprenge som en atombombe, det er fysisk umulig. Grunnen til det er at kjernekraftverk bruker under 20% anriket uran, og de fleste ligger under 5%, mens atomvåpen krever enten plutonium eller uran anriket til over 85%.

 

Tsjernobyl-reaktoren var en reaktor som hadde flere designelementer som man ikke ser på som trygge i dag. Ulykken ved Tsjernobyl kom som følge av et risikofylt reaktordesign og veldig mye mishandling av reaktoren av de som jobbet ved kraftverket. Det er også viktig å presisere at eksplosjonen i ulykken var ikke en kjernefysisk eksplosjon, og at følgene av ulykken er mindre enn mange har fått inntrykk av. 

 

En reaktor vil heller ikke sprenge som en atombombe dersom et kraftverk skulle vært utsatt for terror eller sabotasje. Først og fremst er reaktorer bygd for å være bombesikre, men dersom reaktortanken likevel skulle brytes opp vil primærkretsen miste trykket sitt. Dette vil føre til en lekkasje av vanndamp og radioaktive stoffer og en slik lekkasje kan gi radioaktive utslipp til miljøet. Basert på detaljene rundt en slik ulykke kan konsekvensene være alt fra at reaktoren stenges i en stund, til spredning av radioaktive stoffer på samme skala som Tsjernobyl.

 

Kjernekraft har likevel en negativ ting relatert til atomvåpen, nemlig det at deler av avfallsstoffet til et kjernekraftverk kan brukes til å lage atomvåpen. Å lage atomvåpen er ulovlig under Ikkespredningsavtalen. Derfor gjøres det inspeksjoner på kjernekraftverkene i verden for å følge med på hvor avfallet ender opp. En thoriumbasert reaktor vil ikke ha dette problemet siden det har andre avfallsstoffer enn uranbaserte reaktorer, du kan lese mer om dette i Thorium i kjernekraftverk. Likevel er dette en potensiell bakside med kjernekraft.

 

Stråling

Når vi snakker om radioaktiv stråling har vi tre typer som er relevante for oss: Alfa-, beta- og gammastråling. I teorien er alfastråling farligst, så følger beta og gamma. Likevel er de relative rekkeviddene deres motsatt. Alfastråling kan reise gjennom 5 cm luft før det stopper, for betastråling er dette noen få meter. Siden gammastråling er en bølge halveres styrken på strålingen rundt hver åttiende meter. Hvis strålingen møter tettere masser enn luft, reiser den enda kortere. Verken alfa- eller betastråling kommer gjennom laget vårt med død hud. Dette betyr at i praksis er gammastråling den stråletypen vi må være mest varsom rundt.

 

For oss betyr dette at det er helt trygt å bo ved siden av et kjernekraftverk. Vi må huske at strålingen kommer fra brenselet som er omgitt av flere vegger med stål og betong. På en måte kan det til og med være tryggere å bo ved et kjernekraftverk siden strålingen i området blir kontrollert så nøye. Etter Tsjernobyl-ulykken var de første utenfor Sovjetunionen til å oppdage den radioaktive forurensingen de ansatte ved et kjernekraftverk i Sverige.

 

Siden vi vil holde oss trygge fra stråling er det aller viktigste at vi ikke får radioaktive stoffer på innsiden av kroppen. Da kan vi få farlig stråling mot levende celler i kroppen, noe som kan være sterkt kreftfremkallende. Derfor er det veldig viktig at radioaktive stoffer, spesielt i form av støv, behandles veldig nøye. Dette gjøres selvfølgelig og derfor er det kun noen få steder i verden hvor det er nok ukontrollerte radioaktive stoffer til at det er farlig å oppbevare seg der.

 

Radioaktivt avfall

Radioaktivt avfall er et problem som ofte kommer til minne når det gjelder kjernekraft. Du har kanskje et bilde i hodet av en gul tønne med faremerkinger og en selvlysende neongrønn væske. I virkeligheten er ikke situasjonen så dramatisk. Det er kun 3,1% av det radioaktive avfallet fra et kraftverk som trenger permanent lagring. Dette er hovedsakelig brukt brensel og reaktordeler som har blitt utsatt for veldig mye stråling. Heretter vil disse bli referert til som høyaktivt avfall. Høyaktivt avfall står for 99,8% av radioaktiviteten fra alt radioaktivt avfall. Resten av avfallet er ikke spesielt farlig, vanligvis oppbevares det i noen år før det resirkuleres eller kastes.

 

I høyaktivt avfall varierer halveringstiden til stoffene fra ørsmå deler av sekunder til over flere millioner år. Stoffer med lang halveringstid har ofte en veldig lav mengde stråling per sekund siden denne strålingen skal spres over en så lang tid. Det motsatte gjelder derfor for stoffene med kort halveringstid. Dette gjør at radioaktiviteten til avfallet er redusert til kun 0,1% etter 40 år og at etter 600 år er radioaktiviteten så lav som bakgrunnsradioaktiviteten mange steder i verden. Når de kortlevde stoffene har henfalt vil stoffene som er igjen holde en lav mengde stråling i lang tid. Derfor vil det likevel ta rundt 300 000 år for at brukt brensel skal falle til samme mengde radioaktivitet det hadde som malm.

 

Behandling av radioaktivt avfall 

På grunn av det raske fallet i radioaktivitet tidlig i levetiden til høyaktivt avfall er det vanligst å lagre det i 40-50 år på en oversiktlig og strengt kontrollert måte. Etter dette vil det gi mening å lagre det permanent under bakken. I dag er det planer for permanent lagring i de fleste land med kjernekraft, men med unntak av Finland, Sverige og Frankrike ligger disse ganske langt inn i fremtiden. Finland sin permanente lagring er forventet å stå ferdig i løpet av 2023, mens Sveriges og Frankrikes lagring er planlagt til å stå ferdig i 2032 og 2035.

 

Brukt brensel blir i mange land sett på som en ressurs, ikke et hinder. Det kan nemlig utnyttes på nytt i enkelte reaktorer da over 90% av energien gjenstår i materialet. I tillegg kan det reprosesseres slik at det kan brukes som brensel i vanlige reaktorer. Gjenbruk av brensel lar oss hente ut mer energi fra samme mengde uran, og dermed avvikle mer gruvedrift. I tillegg lar det oss minske mengden høyaktivt avfall med lang halveringstid, siden stoffene med lengst halveringstid blir fisjonert til stoffer med kortere halveringstid. Likevel er avfallet fra kjernekraft totalt sett et problem som må behandles seriøst.

 

Fordeler:

• Kjernekraft har blant de laveste utslippstallene og dødstallene, i forhold til strøm produsert, blant alle energikilder.
• Kjernekraftverk kan regulere produksjonen deres gjennom dagen, dette gjør at de kan balansere strømnettverket.
• Kjernekraftverk er utrolig arealeffektive, spesielt i forhold til andre lavkarbon energikilder.
• Reaktorene har veldig lange levetider.
• Uran og thorium ressursene i verden er tilnærmet utømmelige.
• Kjernekraft produserer store mengder spillvarme som kan brukes som fjernvarme, eller for produksjon av ferskvann.

 

 

 

Ulemper:

• Deler av avfallet til kjernekraft kan brukes til å produsere atomvåpen.
• Radioaktivt avfall er farlig langt inn i fremtiden og mishandling av avfallet kan ha store miljø- og helsekonsekvenser.
• Ulykker ved kjernekraftverk har ofte større konsekvenser enn ved andre kraftverk.
• I nyere tid har byggetiden og kostnaden på kjernekraftverk, spesielt i vesten, vært veldig uforutsigbar.