Et kernekraftværk (i daglig tale kaldes det blot et atomkraftværk) er et termisk kraftværk, der er i stand til at producerer elektricitet ved hjælp af kernekraft. I dag findes der ikke specielt mange atomkraftværker, men der er dog stadig enkelte. I denne artikel kan du lære mere om, hvordan et atomkraftværk fungerer.

Hvordan er et atom opbygget?

Et atom er den mindste kemiske del af et grundstof. Det består af en atomkerne, der er omgivet af en række elektroner. Selve kerne i atomet er bestående af protoner og neutroner. Der er variation i antallet af protoner i kernen, der bestemmer, hvilket grundstof atomet hører til.

Atomer, der er af det samme grundstof, som har et forskelligt indhold af neutroner, kaldes for isotoper. De grundstoffer, der er i naturen, er blanding af forskellige isotoper. Der er rigtig mange isotoper, der er ustabile, hvorfor de er radioaktive. De stabile isotoper af et stof er dog mere almindelige, end de ustabile af dem.

Der kan både være tale om stabile og ustabile atomkerne. En ustabil kerne bliver stabil med tiden, hvilket sker ved at lade den henfalde – ofte i flere led. Ved henfaldet udsendes der radioaktiv stråling, og det bliver ligeledes omdannet til et andet grundstof eller en anden isotop.

Hvad er et atomkraftværk?

Et atomkraftværk har til formål at omdanne termisk energi til elektricitet. Derfor fungerer et atomkraftværk faktisk på samme måde, som et traditionelt atomkraftværk gør. Forskellen er blot af de traditionelle værker er drevet af brændselstyper som kul, olie og naturgas. Processen følger de tre nedenstående trin:

1. Der bliver skabt termisk energi
2. Den termiske energi bliver omdannet til en kinetisk energi
3. Den kinetiske energi bliver herefter omdannet til elektricitet

Opbygning og virkemåde

Atomkraft kan enten bygge på fission eller fusion. Konstruktion og drift af fissionsreaktorer har været i gang i længe – faktisk har det fundet sted i en menneskealder. Fusionsreaktorer udnyttes dog endnu ikke, da det fortsat er på prøvestadiet. Derfor forstås atomkraft typisk også som fissionskraft, indtil videre.

Det mest centrale komponent i et kernekraftværk er dets kernereaktor. Energien bliver frigivet i form af både varm og ioniserende stråling. Det er sidstnævnte, der nødvendiggør en række forskellige typer afskærmning. Varmen bliver brugt til at fordampe vand, mens denne damp ledes under højt tryk gennem turbiner.

Det er selvfølgelig sådan, der genereres elektrisk energi. Efter dampen er passeret gennem turbinen, vil det fortsættes på ny. Til dette formål bliver der brugt kølevand, der fx kan hentes i en flod.

Hvad er fissionskraft?

Når tunge atomkerne bliver spaltet og som heraf frigør bindingsenergien i atomkernen, kaldes det for fission. Det er den proces, der foregår i reaktoren i et atomkraftværk. I løbet af denne proces bliver den radioaktive atomkerne spaltet, hvilket opnås ved hjælp af neutroner, der kolliderer med atomerne.

Når en atomkerne bliver spaltet, udsender den nye neutroner, som dermed kan spalte nye atomkerne. Derfor bliver der skabt en såkaldt kædereaktion. Det er normalt, at det er isotopen uran-235, der bliver brugt som brændselsstave i et kernekraftværk. Uran undergår konstant naturlig fission, men det går dog ret langsomt.

For at sikre, at processen forløber som den skal, bliver der brugt flere forskellige typer kontrolstave. De har til opgave at absorbere de neutroner, der bliver frigjort. Derfor er det også dem, der gør det muligt at sænke fissionens hastighed. Endvidere kan de også gøre det muligt helt at afbryde den, hvis nødvendigt.

Der pumpes hav- eller flodvand ind i reaktoren

Der bliver typisk pumpet enten havvand eller flodvand ind i reaktoren. Det bruges til at afkøle dampen, så den bliver kondenseret, inden kølevandet igen pumpes ud. Dernæst kan vandet inde i reaktorsystemet endnu engang opvarmes. Derfor cirkulerer vandet i reaktorsystemet hele tiden rundt i et lukket kredsløb.

Er der tale om en fissionsbombe, som fx de bomber, der blev smidt over Hiroshima og Nagasaki i 1945, sker selve kernereaktionen eksplosivt. Her er der enorme mængder energi, der bliver frigjort på et kort øjeblik. I et atomkraftværk bliver kernereaktionerne selvfølgelig helt kontrolleret, i modsætning til i en bombe.

De brugte brændselsstave har et indhold af radioaktivt materiale. Det kan have sundhedsskadelige virkninger i flere tusinde år, hvis de ikke bliver opbevaret forsvarligt. Derfor er det naturligvis vigtigt, at der sørges for dette, og det er derfor en stor del af, at drive et professionelt atomkraftværk.

Hvad er fusionskraft?

Hvis der er tale om fusionskraft, bliver energien genereret ved anvendelse af fusionsreaktioner. Derved bliver der produceret varme, der bruges til at producere el. I en fusionsreaktor fusioneres, der to lette atomkerner, som danner en ny, tungere kerne. Det betyder altså, at de to kerner bliver smeltet sammen.

En atomkerne byder på elektrisk ladede protoner, der frastøder hinanden. I en fusionsreaktion bliver denne energi i stedet frigjort. Faktisk er det den samme proces, der driver alle stjerner på himlen – det inkluderer selvfølgelig også solen.

Der findes endnu ingen fusionskraftværker

På nuværende tidspunkt findes der ikke nogen fusionskraftværker. Ikke nok med det, vil der gå lang tid, før man vil kunne opføre et. Det skyldes, at der kræver enorme mængder energi, hvis en fusionsproces skal startes. Der er en række barrierer, der først skal overvindes, før fusionskraft er en reel mulighed.

Omvendt har fusionskraft dog et stort potentiale, da det siges, at det kan dække hele verdens energibehov, uden at der er lige så store problemer med sikkerheden, som ved fissionskraft. Dertil undgår man også den samme mængde radioaktivt affald og begrænsede brændselsmængder, som ved et fissionskraftværk.

Brændslet bliver nemlig udgjort af deuterium. Det er et stof, der kan udvindes af vand. Dertil bliver der også brugt tritium, der kan fremstilles af litium. Det er også en grundsten i de enormt kraftige brintbomber, der er langt kraftigere end de fissionsbomber, der blev brugt under 2. Verdenskrig i Japan.

Her sættes en fusionsreaktion i gang af en energiudløsning fra en fissionsreaktion. Derfor foregår bombens eksplosion i to stadier: Først bliver der udløst en fissionsreaktion, der sætter gang i en fusionsreaktion. Denne bombe udgør i dag hovedparten af verdens atomarsenal, men den har dog aldrig været anvendt i kamp.

Der findes forskellige reaktortyper

Der findes flere forskellige reaktortyper, der bliver brugt til atomkraftværker. De fungerer på flere forskellige måder. Der er dog nogle typer reaktorer, der adskiller sig fra de andre, og som bruges mest. Det inkluderer blandt andet de to former for reaktorer, der bliver beskrevet herunder.

Trykvandsreaktor

En trykvandsreaktor (PWR – Pressurized Water Reactor) er en reaktortype, hvor moderator og kølemiddel er bestående af almindeligt vand under et højt tryk. Det er det høje tryk, der gør, at vandet ikke koger. Dette er den mest almindelig reaktortype, og derfor er det også den, der bliver anvendt i størst omfang.

Cirka halvdelen af alle reaktorer, der bliver brugt inden for kommerciel atomkraft, er af denne type. Hvis du tidligere har hørt om atomkraftværker, så er det sandsynligvis et kraftværk med denne reaktortype.

Kogendevandsreaktor

En kogendevandsreaktoren (BWR – Boiling Water Reactor) har dog også en relativt stor udbredelse i verden. Denne reaktor bliver også både kølet og modereret af letvand. Som navnet giver antydninger af, så bliver kølemidlet udgjort af vand, der koger.

Dampen bliver ledt til turbinerne før den kondenseres, hvorefter den ledes tilbage til reaktortanken. Det er dog det udtjente brændsel, der udgør et besværligt problem. Selve kerneaffaldet kan godt genbruges, hvis blot det har været en tur igennem oparbejdningsanlæg.

Herefter kan det enten udnyttes i forbindelse med produktion af kernevåben eller blot deponeres. Det er dog ikke noget, der ændrer på, at der skal udvises en uhyre stor forsigtighed, når man skal håndtere dette kerneaffald. Det er dels stærkt radioaktivt, dels må det ikke falde i de forkerte hænder.

Hvornår begyndte man at gøre brug af atomkraft?

Man begyndte at gør brug af atomkraft tilbage i 1789. Det skete, da en tysk kemiker ved navn Martin Klaproth opdagede uran. Det var dog først i 1938, at to tyske kemikere O. Hahn og F. Strassmann, opfandt den kendte fissionsproces. Det er også denne proces, der blev brugt i atomkraftværker den dag i dag.

Opdagelsen resulterede i en stor mængde af ny forskning og opdagelser inden for området. Det tæller op til flere opdagelser af den danske fysiker Niels Bohr og italieneren Enrico Fermi. Der skulle dog gå fire år, inden den første atomreaktor blev afprøvet. Det skete ved University of Chicago.

Den tidligste atomforskning handlede dog om at udvikle våben, der kunne bruges under 2. Verdenskrig. Det var en forskning, der gik under kodenavnet Manhattan Project. D. 6. august 1945 blev der af et amerikansk B-29 bombefly nedkastet verdens første atombombe. Den ramte den japanske by Hiroshima.

Det var en kraftfuld bombe, der omgående dræbte omkring 80.000 mennesker. Mange tusinde mennesker døde efterfølgende af den radioaktive stråling fra bombens eksplosion.

USA støttede forskning i atomenergi efter krigen

Det var dog først efter krigen, at den amerikanske regering støttede udviklingen af atomenergi, der kunne bruges til civile formål. Storbritannien fik desuden sin første forsøgsreaktor i 1947. Cirka 10 år senere (i 1956) blev der åbnet op for det første atomkraftværk i en fuld industriel skala.

Frem til 1986 blev der bygget intet mindre end 409 atomreaktorer verden over. I selvsamme år skete der en forfærdelig ulykke i Tjernobyl, der var kraftigt medvirkende til at hastigheden blev sænket en del. Derfor blev der også kun bygget 194 atomreaktorer i de efterfølgende tre årtier.

Afskærmning og sikkerhed af et atomkraftværk

I og med, at der under drift udsendes gennemtrængende gamma- og neutronstråling fra reaktorkernen, vil reaktoren være omgivet af en strålingsafskærmning. Det er en afskærmning, der kan bestå af lag vand, jern og beton. Formålet med denne afskærmning er naturligvis at beskytte mod strålingen.

De fleste vestlige kraftreaktorer er forsynet med et væld af forskellige sikkerhedssystemer. Det har til formål at forhindre, at der sker alvorlige uheld og ulykker. Som et eksempel på et sådant system kan være et såkaldt nedkølesystem, der sikrer, at kerne hele tiden køles, selvom det sædvanlige kølesystem bryder sammen.

Det kan også være en reaktorindeslutning, der sikrer, at til trods for, at der ved et uheld skulle slippe noget radioaktivitet ud fra reaktoren, vil det ikke nå ud til omgivelserne. Det kan også være nødstrømssystemer, der sørger for, at anlægget hele tiden får den nødvendige elektricitet, selvom forsyningskilden svigter.

I udviklingen inden for kernekraftværker har trykvands- og kogendevandsreaktorer er der fokus på forenkling af anlæggene, men også på at robustere reaktorindeslutning. Dertil er indførelse af nye sikkerhedssystemer, der baserer sig på naturkræfter også i fokus, da de ikke kræver menneskelig indgriben.

Modstandere af kernekraft

Verden over møder kernekraftværker stor modstand. De er omstridte som følge af de katastrofale følger, der kan ske på baggrund af et reaktorhavari. Ét af de mest kendte eksempler, er den store ulykke, der forekom i Tjernobyl i 1986. Det er én af de største atomrelaterede ulykker, der nogensinde har fundet sted.

Efter denne ulykke kunne det radioaktive udslip spores i hele den nordøstlige del af Europa. Derfor var også mange byer, der måtte evakueres. Hele 30 år efter uheldet skete, er der fortsat et stort område i Ukraine, der ikke er beboeligt. Det viser, at der kan være katastrofale følger efter ulykke med atomkraft.

Der er dog også en anden årsag til, at der er modstander af kernekraft. Det er problematikken forbundet med det radioaktive affald. Det er affald, der indebærer både helbredsmæssige og sikkerhedspolitiske farer. Her er problemet, at der endnu ikke er fundet en langsigtet løsning på dette.

Det betyder også, at man ikke har et reelt kendskab til prisen på den udvundne energi, da man ikke kender til, hvad det koster at bortskaffe og deponere det affald, der skabes. Dertil er der ikke nogen langsigtet løsning på nedbrydningen af de nedlagte atomkraftværker, der er rundt omkring i hele verden.

Folketinget gik imod kernekraftværker

I Danmark blev det af Folketinget besluttet i 1985, at der ikke skulle opføres et kernekraftværk baseret på den daværende teknologi. Indtil for ganske nyligt var det dog muligt at finde kernereaktorer i Danmark. De var at finde på Forskningscenter Risø, hvor de udelukkende blev brugt i et videnskabeligt henseende.

Når det kommer til synet på atomkraft, er der flere og flere, der har ændret deres mening. Der er flere, der er af den opfattelse, at atomkraft kan være et effektivt middel mod global opvarmning. Man kan nemlig gøre brug af kernekraft med henblik på at nedbringe CO2-udslippet.

Dansk atomkraftmodstand

Der har været en stor modstand af atomkraft i Danmark. Det er bl.a. den danske atomkraftmodstand, der er en stor del af, at det kernekraftværk Barsebäck på Øresundskysten blev lukket. Der er dog meget, der tyder på, at årtiers massiv modstand mod kernekraft, stille og roligt er ved at forsvinde.

Danskerne er begyndt at være mere positive over for brugen af kernekraft, for at kæmpe mod de store klimaforandringer. I 2009 mente op mod 54 % af danskerne i 2009, at atomkraft kunne vises sig at blive en vigtig brik i løsningen af de store klimaproblemer. Det viste en undersøgelse udført af Gallup.

Fortalere for kernekraft

Fortalere for kernekraft er af den opfattelse, at kernekraft hører til de mest miljøvenlige energiformer. Dette skyldes, at atomkraft ikke belaster miljøet, ved at udlede CO2. Et andet argument er forsyningssikkerhed, der også er et vigtigt aspekt, hvis man skal planlægge energiforsyningen til et helt samfund.

Hvis elforsyningen sviger, så går et helt samfund i sort. I et kernekraftværk bruges uran som brændsel, hvilket har den fordel, at det kan findes rigtig mange steder i verden. Tværtimod, så er verdens ressourcer af både kul, olie og naturgas begrænset til få lande – og meget af det er endda ved at slippe op.

Det er ikke tilfældet for uran. Der er nemlig nok uranbrændsel i verden til flere hundrede års forbrug. I dag bliver under 1 % af den samlede energi i uranbrændslet, men med nye reaktorer vil det være muligt at kunne udnytte op til 90 % af energien.

Hvis man skal udnytte dette, så kræver det dog store investeringer. Skal der opføres et nyt kernekraftværk, vil det koste mellem 15 og 25 milliarder kroner. Det er svarende til den omkostning, der var forbundet med at bygge Storebæltsbroen.  Derfor koster det mange penge at igangsætte et atomkraftværk.

Billig måde at producere elektricitet på

Fortalerne har dog også et tredje argument for, at kernekraft er godt. Det er, at det er en relativt billig måde at producere elektricitet på. Den elektricitet, der kan produceres ved hjælp af kernekraft, er heller ikke helt så følsom for udsving i priserne, når det kommer til uran.

Det skyldes, at selve uranprisen kun udgør i omegnen af 5 % af de samlede udgifter, det koster at drive et kernekraftværk. Gør man i stedet brug af enten olie, naturgas eller kul, udgør prisen ca. 60 – 70 % af samtlige driftsudgifter. Derfor kan det også mærkes, hvis fossile brændsler bliver dyrere at bruge i fremtiden.

I fremtiden er der også mange, der mener, at brint bliver en vigtig del af energisystemet. Det er både nemt og billigt at fremstille brint, hvis man bruger den energi, der skabes af et kernekraftværk.

Modstandere af kernekraft

Til gengæld er der mange modstandere, der er af den opfattelse, at et kernekraftværk er farligt, da det producerer radioaktivt affald. Det er en type affald, der er svær at opbevare sikkert. Her er der tale om stærkt radioaktivt affald, der kan resultere i nogle meget alvorlige sundhedsskader, hvis det ikke håndteres korrekt.

Det er en udfordring at opbevare affaldet sikkert, så det ikke kane ende med at forårsage skade på dem, der lever på Jorden nu, eller de kommende generationer. Man regner med, at man i fremtiden skal deponere alt dette affald 500 til 1.000 meter nede i undergrunden på bl.a. lerforekomster eller underjordiske klipper.

Derfor er det også vigtigt, at det er geologisk stabile områder, hvor der ikke er nogen risiko for, at der vil ske et jordskælv. Dertil er det også vigtigt, at der ikke sker forurening af vores grundvand. Alt det affald, der bliver skabt af atomkraftværkerne, skal ligge i depoterne i mange tusinde år, før det ikke er farligt længere.

Blandt Finland og USA diskuterer man pt., om afffaldet skal være sikkert opbevaret i 10.000 eller 100.000 år. Der er også mange modstandere, der er bekymrede for risikoen for ulykker, hvor der slipper et radioaktivt materiale ud. Dertil er der også en frygt for, at lande med rette teknologi let kan producere atombomber.

I dag er der ca. 440 kernekraftværker i verden

I dag er der 440 kernekraftværker, der er spredt ud over hele verden. De dækker cirka 15 % af det samlede elforbrug verden over. Der er dog fleste værker i de industrialiserede lande. Både i lande som Kina og Indien er der store planer for at udvide kernekraften, til trods for, at der er mange modstandere af det.

På trods af, at vi ikke har nogle kernekraftværker her i landet, så bruger vi alligevel kerneenergi. Det skyldes, at vi handler med energi med lande såsom Norge, Sverige og Tyskland. Når vi importerer energi fra Norge, er det en energi, der er blevet produceret med vandkraft.

Hvis vi i stedet importerer energi fra Sverige eller Tyskland, kan noget af denne energi være produceret på et kernekraftværk. I Sverige er det dog planen, at man skal lukke alle kernekraftværker på længere sigt. Det er også noget, der er planer om at gøre i Tyskland, hvor de også ønsker at nedlægge deres kernekraftværker.

I andre lande har man dog valgt at gå den anden vej. I lande som Finland, Frankrig og England er de i stedet begyndte at opprioritere brugen af kernekraft igen.

Hvad skal vi gøre med atomaffaldet?

Der kommer affald fra et atomkraftværk. Det er et stærkt radioaktivt materiale, som er meget farligt at være i nærheden af. Derfor er det svært at finde ud af, hvor vi skal gøre af det. Der har været talt om flere ting. Én ting, der har været talt en del om, er at gemme det af vejen under jorden i salthorste eller i grundfjeldet.

Det kan dog også være et alternativ, at man i stedet brænder det af i såkaldte hurtige reaktorer. Derved har man kun små mængde radioaktivt affald tilbage. For tiden bliver det dog opbevaret i en række midlertidige overjordiske lagere. Et problem er dog, at det skal ligge der i lang tid, før radioaktiviteten er helt væk.

Der skal ikke være nogen tvivl om, at hvis atomkræft skal blive en større del af vores elproduktion, er vi nødt til at finde en måde at opbevare affaldet. Det er én af de helt store udfordringer ved at bruge kernekraft til at producere el. Der er dog mange, der mener, at det er fremtiden for produktion af el.