Kjernekraftverk har fått økt oppmerksomhet når politikerne nå leter etter måter å gjøre samfunnet mindre avhengig av fossilt brennstoff på. Her forteller vi hva kjernekraft er, og hvilke fordeler og ulemper det medfører.
Hva er et kjernekraftverk?
Kjernekraft er en omstridt energikilde, og det er samtidig et område hvor det stadig gjøres mye forskning.
Formålet med et kjernekraftverk er å produsere elektrisitet. Det foregår i en såkalt atomreaktor. I et kjernekraftverk kan det være en eller flere slike atomreaktorer.
I tillegg til å brukes til strømproduksjon kan atomreaktorer brukes i andre sammenhenger. For eksempel kan de fungere som drivkraft til ubåter.
Atomreaktorene kan skape energi gjennom enten
- kjernefysisk fisjon eller
- kjernefysisk fusjon
Kjernefysisk fisjon
Kjernefysisk fisjon er den vanlige måten å skape energi fra kjernekraft på. I en slik prosess frigjøres varme ved hjelp av fisjon, som betyr spalting av atomkjerner i uranet, eller annet brensel, i kjernen av reaktoren.
Fisjon går ut på å spalte en tung atomkjerne til mer lette kjerner. Når dette skjer utløser det en kjedereaksjon som gir varmeenergi, som omdannes til elektrisitet.
Brenselen i reaktorkjernen er som oftest grunnstoffet uran 235. Det gjøres imidlertid også mye forskning på å benytte thorium som brensel ved kjernefysisk fisjon.
Når man skal spalte en urankjerne blir et nøytron sendt mot uranet. I det nøytronet treffer urankjernen deler den seg, og da frigjøres nye nøytroner. De sendes mot en ny urankjerne, som også deler seg og frigjør flere nøytroner. Dette kalles en kjedereaksjon, og det er den som gjør at man kan utnytte atomenergien.
Denne fisjonsprosessen kan uttrykkes på denne måten:
Uran-235 + nøytron -> 2 spaltningsprodukter + 2-3 nøytroner + energi
Slik kontrolleres fisjonen
Denne fisjonsprosessen må gjennomføres på kontrollert måte, og det benyttes ulike metoder til det.
Noen av metodene er å benytte enten grafitt, tungtvann og kontrollstaver med enten kadmium eller bor. Fordelen med disse stoffene er at de fanger opp de frie nøytronene. På den måten hindrer de at kjedereaksjonen kommer ut av kontroll. Hvis det skulle skje, kan det i verste fall føre til en nedsmelting.
Dersom en kjernefysisk kjedereaksjon fortsetter uten nøytralisering og kontroll kan den frigjøre energi på en eksplosiv måte. Det er prinsippet som er grunnlaget for kjernefysiske våpen.
Selv en kontrollert kjernefysisk fisjon etterlater seg radioaktive atomkjerner som ikke blir nøytralisert av kjemikalier. Dette radioaktive avfallet må oppbevares trygt. Hvis ikke vil det være til stor fare for mennesker og miljø.
Slikt kjernefysisk avfall er beregnet å ha en nedbrytningstid på opptil 300 000 år. I hele den tiden må det oppbevares forsvarlig. Dette er en utfordring som gjør at mange er skeptiske til kjernekraft, i tillegg til frykten for uhell i atomreaktoren.
Kjernefysisk fusjon
Det gjøres også mye forskning på kjernefysisk fusjon. Enkelt forklart, kan man si at det er det motsatte av fisjon. Utgangspunktet er nemlig at man utnytter bindingsenergi i atomkjerner gjennom å smelte sammen kjerner. En kjernefysisk fusjon er en prosess der to lette atomkjerner går sammen og blir til en tyngre kjerne.
Foreløpig er slike prosesser på forsknings- og testestadiet. Derfor er det ikke klart når, om noen gang, det vil bli tatt i bruk til vanlig produksjon av elektrisitet. Selve prosessen har det vært forsket på siden 1940-tallet.
Når denne prosessen skjer med to lette atomkjerner, blir store mengder energi frigjort. Når det skjer med tunge atomkjerner kreves det energi for å få det til å skje.
Den største utfordringen ved denne prosessen er at det kreves ekstremt høy temperatur. Derfor har det ikke vært mulig å utvinne mer energi enn det man benytter i selve prosessen.
Også kjernefysisk fusjon kan foregå ukontrollert, og kalles da eksplosiv fusjon. Det er benyttet i eksplosiver som hydrogenbomber. Du kan lese mer om kjernefysisk fusjon på nettsidene til SNL.
Gjennombrudd innen kjernefysisk fusjon
Det forskes stadig videre på kjernefysisk fusjon, og nylig ble det gjort et gjennombrudd i denne forskningen i USA. Ved laboratoriet hos National Ignition Facility (NIF) klarte de sent i 2022 å gjennomføre kjernefysisk fusjon som resulterte i et overskudd av energi. Du kan lese om det på deres nettsider.
Professor i kjernefysikk ved Universitetet i Oslo, Sunniva Siem, forteller mer om denne prosessen på nettsidene til Titan hos Universitetet i Oslo.
Der understrekes det at dette fortsatt er grunnforskning, og at det er lang vei frem til et energioverskudd som kan utnyttes. Likevel er gjennombruddet en viktig milepæl.
At det fortsatt gjenstår mye forskning, forstår vi når vi ser på hvor lite overskuddet i dette eksperimentet var. Overskuddsenergien fra forsøket var på 0.4 MJ, som tilsvarer 0.11 kWh. Det er nok til å ha en panelovn på 1000W på i litt mindre enn syv minutter.
Fordelen med fusjon
Grunnen til at det legges vekt på å forske på kjernefysisk fusjon, når man allerede har fått til kjernefysisk fisjon, ligger i høyere sikkerhet.
Ved en kjernefysisk fusjon er det mindre fare for at man mister kontrollen over prosessen. Det henger sammen med at den krever så høye temperaturer.
Dersom noe går galt, og temperaturen blir for høy, så vil prosessen stoppe så snart plasmaet blir avkjølt og forholdene som muliggjør fusjon vil ikke være til stede.
Derfor mener mange at denne teknologien kan gjøre atomkraftverk langt tryggere, og ser dette som en god løsning på fremtidens energibehov.
Kjernekraft er ikke en fornybar energikilde
I dagens energidebatt er det stort fokus på å finne gode fornybare energikilder. Kjernekraft er imidlertid ikke en fornybar kilde. Hverken uran eller thorium fornyer seg selv innen de kommende 100 år. Dermed kan de ikke defineres som fornybare kilder.
På en annen side, så anses de av mange som en ren energikilde, fordi det er lave CO2-utslipp forbundet med prosessen.
Derfor vil utslipp av CO2 til atmosfæren bli kraftig redusert hvis kjernekraft erstatter fossilt brennstoff ved energiproduksjon.
Dette er utbyggingen av kjernekraftverk i Frankrike et tydelig eksempel på. Fra 1980 til 1992 reduserte Frankrike sine CO2-utslipp med 60 %, SO2 med 77 % og NOx med 60 %.
Video som forklarer atomkraftverk
Hvilken miljøfare utgjør kjernekraftverk
Påvirkningen kjernekraftverk har på klima og miljø er fordelt på ulike områder:
- Energiproduksjonen i kjernekraftverket
- Utbyggingen av kjernekraftverk
- Utvinning av uran og annet brensel
- Faren for atomkraftulykker
Energiproduksjonen i kjernekraftverket
Selve energiproduksjonen er ikke fornybar. Likevel har den altså så lave utslipp at den gjerne kalles bærekraftig. Men den fører til atomavfall som må lagres. Samtidig kan kjernekraftverk potensielt produsere så betydelige mengder energi, at det av mange anses som en relativt liten miljøbelastning. Dette er imidlertid et politisk spørsmål som stadig drøftes.
Utbyggingen av kjernekraftverk
Selve utbyggingen av kjernekraftverk krever store arealer. Beliggenheten kan være omstridt, både av hensyn til naturødeleggelser og fordi mange ikke ønsker å ha et atomkraftverk nær der de bor.
Utvinning av uran og annet brensel
Kjernekraftproduksjonen krever brensel. Det er i dag uran som i hovedsak benyttes. Thorium er et annet stoff som det også forskes på bruken av som brensel.
Begge disse stoffene må utvinnes, noe som gjøres ved ordinær gruvedrift. Dette medfører til dels store naturinngrep i de områdene hvor utvinningen skjer.
Faren for atomkraftulykker
For mange motstandere av kjernekraftverk er det faren for ulykker som er det tyngste argumentet mot slik energiproduksjon. Verden har opplevd flere ulykker ved kjernekraftverk.
Allerede i 1979 var det en kjernekraftulykke ved Three Mile Island i USA.
Tsjernobyl-ulykken er en kjent hendelse. Det var et kjernekraftverk i tidligere Sovjetunionen, nå Ukraina, hvor det skjedde en nedsmelting i 1986. Det fikk enorme konsekvenser, også her i Norge. Blant annet ble reinsdyr slaktet fordi man var redd de var utsatt for stråling.
Hvor mange som omkom som følge av den ulykken er ikke kjent. Det er oppgitt at 53 personer døde under selve ulykken. Imidlertid er tallet på døde som følgeskader av strålingen oppgitt til mellom 4000 og 200 000 personer.
Ved ulykken i Tsjernobyl førte eksplosjoner og branner til at røyk med radioaktivt materiale spredte seg til store områder, langt utenfor Sovjetunionens grenser. Byen Tsjernobyl ble liggende som en spøkelsesby.
I senere tid har det også vært et uhell ved Fukushima atomkraftverk i Japan. I 2011 oppstod det en feil der, og mange ble evakuert fra området.
Imidlertid var sikkerheten rundt dette kraftverket bedre enn ved Tsjernobyl, og ulykken var annerledes. Derfor førte ikke ulykken til noen direkte dødsfall.
Økonomiske kostnader ved kjernekraftverk
Å bygge et kjernekraftverk krever store investeringer. Det stilles svært strenge krav til sikkerheten, det medfører også økte kostnader.
Ifølge Store Norske Leksikon (SNL) er kostnadene ved bygging av kjernekraftverk om lag det samme som kostnadene ved å bygge et kullfyrt kraftverk.
Likevel kommer kjernekraftverk billigere ut i lengden, fordi driftskostnaden er lavere.
Kjernekraftreaktorer i bruk i dag
Kjernekraft brukes til energiproduksjon i mange land i dag, blant annet Frankrike, Japan, USA og Kina.
Den samme typen reaktor som var i Tsjernobyl brukes også fortsatt. Selv om noen forbedringer er gjort, er det i hovedsak samme type reaktor mange steder.
Det er også slik at mange kjernekraftverk som er i drift i dag egentlig har gått ut over den estimerte levetiden. Det betyr også at de er i produksjon selv om de ikke er utstyrt i henhold til de strengere sikkerhetskravene som gjelder i dag.
Hvorvidt kjernekraftverk skal stenges ned, eller fortsette å levere energi, er også et politisk tema i flere av landene hvor det i dag er slik produksjoner. I Europa har diskusjonen i tillegg blitt tilspisset på grunn av krigen i Ukraina og den påfølgende mangelen på gass, samt ønsket om å redusere avhengigheten av fossilt brennstoff.
Hva skjer med kjernekraftens avfall
Avfallet fra kjernefysisk energiutvinning må håndteres. Det betyr at det må lagres forsvarlig i tusenvis av år. Det produseres to typer avfall i en kjernefysisk fisjon:
- Avfall med høy radioaktivitet
- Avfall med lavere radioaktivitet
Avfall med høy radioaktivitet
Det avfallet som har høy radioaktivitet «slukner» raskere enn den andre gruppen, men må likevel oppbevares i lang tid.
Avfall med lavere radioaktivitet
Det avfallet med noe lavere radioaktivitet kalles også «aktinider». Det bruker mye lengre tid på å brytes ned.
Begge typer avfall er imidlertid svært skadelig for miljøet, og for mennesker. Derfor er det ekstremt viktig å oppbevare det forsvarlig. I utgangspunktet oppbevares det på tre forskjellige måter:
- Brenning
- Nedgraving
- Gjenbruk
Brenning
Når man brenner avfallet, blir aktinidene bombardert med kjernepartikler. Da spaltes de og blir til nye spaltningsprodukter. Disse nye spaltningsproduktene er kortlevde og brytes derfor raskere ned.
Nedgraving
Mange steder graver man dype sjakter for langtidslagring av atomavfall. Da graver man 400 til 500 meter ned i bakken, og plasserer avfallet der. Både Sverige og Finland har valgt slike løsninger for sitt atomavfall.
Gjenbruk
Noe av avfallet kan gjenbrukes, og bli til nye produkter. Et av biproduktene fra kjernekraftproduksjon er plutonium. Det benyttes i fremstilling av atomvåpen. Derfor er det stadig en bekymring at det å ha et kjernekraftverk også kan føre til produksjon av atomvåpen.
Det forskes stadig på å finne bedre metoder for effektiv håndtering og langtidsoppbevaring av det radioaktive avfallet.
Norske kjernekraftverk
Norge har hittil ikke satset på kjernekraftverk som energikilde. Likevel gjøres det en god del forskning på området.
Derfor finnes det i dag to kjernekraftverk i Norge, til bruk ved forskning. Det ene er på Kjeller ved Lillestrøm, og det andre er i Halden.
Allerede i 1975 la Stortinget vekk planer om å benytte kjernekraftverk til produksjon av strøm i Norge. Siden vi uansett har store naturressurser som gir grunnlag for energiproduksjon, som vann og olje-og gass, ble det ikke ansett som nødvendig med atomkraftverk.
Kjernekraftverk i verden
På verdensbasis er imidlertid kjernekraftverk en viktig energikilde. Det internasjonale atomenergibyrået, IAEA, anslår at om lag 11 % av verdens totale produksjon av elektrisk energi kommer fra atomkraftverk.
De landene som har størst kjernekraftproduksjon er USA, Frankrike, Kina, Japan og Russland. Også i landene Sør-Korea, India, Canada, Ukraina og Storbritannia er det betydelig andel kjernekraftproduksjon for å skaffe tilstrekkelig med elektrisk kraft.
EU beregner at rundt 30 % av elektrisiteten i landene i unionen kommer fra kjernekraftverk.
Det er i dag 449 kjernekraftreaktorer som er i aktiv produksjon av elektrisk kraft.
Kjernekraftverk i fremtiden
Siden det stadig forskes på kjernekraft, ikke minst på kjernefysisk fusjon, er det vanskelig å vite hvordan situasjonen er for kjernekraftverk i fremtiden.
På kort sikt ser det ut til at det er en viss politisk retning mot å beholde dagens kjernekraftverk. Det er både for dekke opp for behovet for elektrisk kraft, og som et miljøhensyn. Det er stort fokus på å dreie energimiksen vekk fra fossile brennstoff. Foreløpig klarer ikke andre, fornybare, kilder å dekke opp for bortfall av kull, olje og gass i energiproduksjonen.
Samtidig forskes det også mye på fornybare energikilder, som sol– og vindkraft. Hvilken type forskning som kommer frem til de beste løsningene, både økonomisk, miljømessig og som stabil leverandør, vil være avgjørende for fremtiden for kjernekraftverk.
Oppsummert
- Kjernekraftverk utgjør i dag en betydelig del av strømproduksjonen i verden. Store land som USA, Kina og Russland er avhengige av kjernekraftverk for å levere strøm til sin befolkning.
- Teknologien som de fleste kjernekraftverk baseres på i dag er kjernefysisk fisjon. Samtidig forskes det mye på kjernefysisk fusjon, men det er foreløpig ingen som vet når det kan settes i drift.
- Fordelen med kjernefysisk fusjon er at det innebærer lavere fare for ukontrollerte prosesser og uhell.
- Kjernekraft regnes ikke som en fornybar energi. Den er avhengig av brensel, som uran, som ikke er fornybart. Likevel regnes den som bærekraftig, fordi produksjonen medfører svært lave CO2-utslipp. Likevel fører produksjonen til miljøproblemer, som håndtering av radioaktivt avfall.
- Satsing på kjernekraftverk har alltid vært, og er fortsatt, en politisk debatt. I Norge har det hittil ikke vært ansett som nødvendig med kjernekraft, siden landet har mange andre naturressurser som kan brukes til energiproduksjon.
