Vad är kärnkraft?

Energi och el är en del av vår vardag. För hur skulle vi klara oss utan el och värme?

 

Elproduktion i ett kärnkraftverk

Uran används som bränsle för att värma upp vatten i ett kärnkraftverk. Sättet att tillverka el är detsamma som i ett kolkraftverk eller ett biokraftverk. Det är alltså bara bränslet som skiljer kraftverken åt.

Nära hälften av Sveriges el kommer från kärnkraft. Alltså, nästan varannan glödlampa lyser med hjälp av kärnkraft! Trots att Barsebäck är stängt, vill vi berätta om hur processen gick till och om annat som hör samman med driften av kärnkraftverk.

 

Vad är energi

Energi är rörelse eller förmåga till rörelse. Därför kan energi varken tillverkas eller förbrukas utan bara omvandlas till andra former. För att förenkla resonemangen används ändå ord som energikälla, energiproduktion och energiförbrukning.

 

Skillnad på energi och effekt

Energi och effekt är två begrepp som ofta förväxlas, men så här är det: Den mängd energi per tidsenhet som krävs för att utföra något mäts i effekt.

Energi = Effekt * Tid

Energin mäts i joule (J) som är detsamma som wattsekund (Ws) och effekten uttrycks i watt (W). Ju högre effekt något har, desto större energiåtgång per sekund (minut, timme...). Exempel: En glödlampa med effekten 60 W förbrukar 60 joule per sekund.

För elenergi (el) används enheten kilowattimme (kWh). 1 kWh motsvarar 3 600 000 joule.

 

Kärnkraft i Sverige

Kärnkraftverken utgör idag drygt 40 % av elproduktionen i landet. Tillsammans med vattenkraften och vindkraften bidrar kärnkraften till en nästintill utsläppsfri elproduktion.

Kärnkraften i Sverige byggdes ut i stor skala under 1970- och 1980-talen. Oskarshamn 1 har varit i drift längst och togs i drift 1972. Forsmark 3 är Sveriges yngsta reaktor och togs i drift 1985. Idag finns det åtta reaktorer i drift på tre platser:

Läs mer om Kärnkraftverken i Sverige

Atomer klyvs

Kärnkraftstekniken bygger på att man skapar värme genom att klyva uranatomer. Klyvningen kallas fission. Genom att skicka en neutron mot en uranatom, klyver man atomkärnan och frigör då nya neutroner. Dessa kan i sin tur slå isär fler atomer och en kedjereaktion uppstår. Vid kärnklyvningarna frigörs värme som används för att producera el i ett kärnkraftverk

Elproduktion med en kokvattenreaktor

Ett kärnkraftverk kan liknas vid en enorm vattenkokare. Uranet som är bränslet i detta fallet - värmer upp vatten som övergår till ånga som under högt tryck strömmar igenom turbinerna. Den roterande turbinaxeln sätter fart på den stora elgeneratorn som alstrar elen.

Principen är densamma som i anläggningar med andra bränsletyper, där exemeplvis kol, gas eller olja används. Fördelen med kärnkraftverk är att produktionen är fri från koldioxidutsläpp. Ur ett helhetsperspektiv är påverkan på miljön och klimatet nästan obefintlig. 

Illustration över produktionsprocessen i en kokvattenreaktor | Barsebäcksverket

1. Vid kärnklyvningen i reaktorn frigörs värme som används för att koka vatten. En reaktor kan jämföras med en enorm vattenkokare där 1000 liter vatten kokas upp på en sekund! Ånga bildas.

2. Vattenångan leds till turbinen. Under högt tryck träffar ångan skovlarna som är monterade på turbinaxeln, vilket får axeln att snurra med 3000 varv per minut.

3. Turbinaxeln är i sin tur kopplad till generatorn som skapar elektricitet. Från generatorn leds elen ut i kraftledningarna till användarna.

4. Ångan från turbinen sugs ner i kondensorn. Där möter ångan det kalla havsvattnet som pumpas genom kondensorn i en mängd rörknippen, ångan träffar rörens utsidor, kyls ner och blir vatten igen. Havsvattnet pumpas tillbaka ut i havet och är då 10-12°C varmare än när det togs in.

5. Vattnet från kondensorn pumpas in i reaktorn för att kokas på nytt. För den allra minsta vattendroppen - vattenmolekylen, tar det cirka tio minuter att ta sig runt ett helt varv i processen.

Vattnet i processen bildar alltså ett slutet kretslopp och kylvattnet från havet kommer därför aldrig i kontakt med ångan från reaktorn.

 

Pumpar och styrstavar reglerar effekten

Det finns framför allt två olika sätt att reglera effekten i en reaktor. Bor kan också användas.

Huvudcirkulationspumpar

HC-pumparna sitter monterade i eller utanför reaktortanken. Höjs pumparnas effekt, kan större mängd vatten cirkulera i reaktortanken och reaktorns effekt ökar. Sänker man effekten på pumparna cirkulerar mindre vatten genom reaktortanken och därigenom minskar reaktorns effekt. Detta gäller också om pumparna skulle sluta fungera. Det betyder att de svenska reaktorerna är underkritiska och effekten kan därför inte skena ohämmat.

Styrstavar

Styrstavarna innehåller ämnen, bland annat bor, som drar till sig neutroner så att kärnklyvningen minskar eller upphör helt. Resultatet beror på hur långt styrstavarna skjuts in i reaktorhärden. Vid ett snabbstopp skjuts de in helt och kärnklyvningen upphör omedelbart.

Bor

Bor är ett grundämne som drar till sig neutroner. Genom att ändra halten av bor i processvattnet kan man "gasa" och "bromsa" reaktorn (kärnklyvningen ökar respektive minskar).

Elens väg till dig

Från kärnkraftverket transporteras elen ut i samhället via stamnät, regionala och lokala nät. Ju högre spänning, desto längre kan elen transporteras utan alltför stora förluster i energi.

Stamnät
Stamnätet ägs av staten och täcker hela Sverige från norr till söder. Spänningen i ledningarna är 400 000 eller 220 000 volt. Stamnätet går från de stora kraftverken till transformatorer ute i landet. Driftsäkerheten är viktig – det finns alltid reserv i andra kraftverk om ett kraftverk slutar att fungera.

Regionala nät
När elen nått fram till den region där den skall användas används regionala nät. Där transformeras spänningen ner till i olika steg till 40 000 – 75 000 volt och elen går sedan till industrier och kommuner.

Lokala nät
För att nå ända fram till hushållen används lokala nät. Här transformeras spänningen ner till 4000 – 20 000 volt. På landsbygden syns ledningarna, i städer är ofta kablarna nedgrävda. Innan elen kommer till hushållen minskas spänningen till 230 – 400 volt.

Uran som bränsle

Uran är ett av de ämnen som jorden har skapats av. Det är ett grundämne som finns naturligt i berggrunden och består av tre isotoper (olika former av samma grundämne): Uran-234, -235, och -238.

Uran-235 är lättast att klyva och används därför som kärnbränsle.

Uran är ett energirikt ämne. Ett kg uran innehåller lika mycket energi som 90 ton kol!

Att tillverka kärnkraftsbränsle är ett omfattande arbete. Uranet bryts och bearbetas sedan i flera steg innan själva bränsleelementet tillverkas.

Är uran farligt?
Innan bränslet används i en reaktor avger det mycket låg strålning och kan hanteras utan särskild skyddsutrustning. Efter att det har använts i reaktorn är det dock starkt radioaktivt.

Kan bränslet explodera?
Uranet i en kärnkraftsreaktor kan inte explodera eftersom det innehåller för lite klyvbart material, bara ca 3 % (försök driva en bilmotor med en matsked bensin per liter vatten, så förstår du). En atombomb måste innehålla nästan hundra procent klyvbart uran.

 

Från malm till kuts

1. Uranet bryts
Uranmalm bryts i gruvor eller dagbrott ovan jord. I Sverige är uranhalten för låg för att brytning ska löna sig och därför importeras det uran vi behöver, ca 1 500 ton per år. Uranmalm bryts främst i Kanada och Australien, men även i Namibia, Sydafrika, Kazakstan, Uzbekistan och Ryssland.

Natururanet till de svenska reaktorerna köps in från länder som Australien, Kanada, Namibia och till viss del även från Ryssland. De svenska kärnkraftverken ställer miljökrav på leverantörer och tillverkare av bränslet. Brytning av uran i gruvor är ofta helt automatiserat på grund av den höga strålningen från radon nere i marken.

2. Ett gult pulver
Efter brytningen transporteras uranmalmen till ett uranverk där den mals ner till pulver. Genom olika processer ökas uranhalten och resultatet är urankoncentrat i form av ett gult pulver. Uranverken finns ofta i närheten av gruvan.

3. Uranet omvandlas och anrikas
Urankoncentratet måste bearbetas ytterligare innan det kan fungera som kärnbränsle. Därför omvandlas det till uranhexafluorid, ett ämne som liknar paraffin. Denna process kallas konvertering.

Uranhexafluoriden värms upp och anrikas, vilket innebär att den bearbetas så att halten av klyvbart uran-235 ökar till de ca 3 % som kärnbränsle kräver. Naturligt uran innehåller bara 0,7 % uran-235. Av 5 kg naturligt uran får man 1 kg anrikat uran.

Anrikning av uran görs i bland annat Frankrike och Holland. Uranet transporteras från gruvan med båt, lastbil eller tåg.

4. Små svarta kutsar
Efter anrikningen kyls uranhexafluoriden åter till fast form och omvandlas till urandioxid. Av urandioxiden tillverkas slutligen själva kärnbränslet i form av små cylindrar, så kallade kutsar. En kärnkraftsreaktor innehåller ca 15 miljoner kutsar.Varje kuts avger lika mycket energi som 800 liter dieselolja!

5. Bränsleelementen tillverkas
Kutsarna staplas i långa rör, som sätts samman till ett bränsleelement. I Sverige tillverkas bränsleelement på Westinghouse i Västerås.

Antal bränsleelement i reaktorn beror på reaktorns typ och storlek. Exempelvis innehåller Oskarshamn 3, 700 bränsleelement jämfört med Barsebäck 2 som innehöll 444 bränsleelement.

Laddning på sommaren

På sommaren stängs rektorerna av under en kortare tid för så kallad revision. Då utförs underhålls- och förbättringsarbeten samtidigt som nytt bränsle laddas. Bränsleelementen används ca fem år i en reaktor innan de byts ut.

I kokvattenreaktorerna byts cirka en femtedel av bränslet varje sommar. Räknat i vikt blev det cirka 15 ton per år för Barsebäck 2 när verket var i drift.

Så här hanterar vi radioaktivt avfall | BKAB

Så här hanterar vi radioaktivt avfall

Avveckling och rivning av Barsebäcksverket | BKAB

Läs mer om rivningen av Barsebäcksverket

Frågor och svar om Barsebäcks kärnkraftverk | BKAB

Här hittar du våra vanligaste frågor och svar