Vart är kärnkraften på väg?

Transkript

1

2 Vart är kärnkraften på väg? Forskning och utveckling inom kärnteknikområdet Många människors uppfattning i Sverige är att kärnkraften inte längre utvecklas. På ett sätt stämmer detta. Sveriges riksdag har beslutat om stängning av Barsebäck och att inga nya reaktorer får byggas. Det finns t o m reglerat i lagen om kärnteknisk verksamhet: Ingen får utarbeta konstruktionsritningar, beräkna kostnader, beställa utrustning eller vidta andra sådana förberedande åtgärder i syfte att inom landet uppföra en kärnreaktor. 38 Men att man inte längre satsar på kärnkraft som energikälla i Sverige betyder inte att den tekniska utvecklingen står still inom området. Tvärtom. Det genomförs ett omfattande forskningsarbete så väl i Sverige som runt om i världen i syfte att förbättra driftsäkerhet, utnyttja bränslet effektivare, minska avfallet och se till att den senaste datatekniken utnyttjas så bra som möjligt. Utvecklingen gäller också nytillverkning av kärnkraftverk i andra länder. Forskningsresultaten används även

3 för andra ändamål, t ex inom cancerbehandling. Antalet sysselsatta i världen är mer än nio gånger så stort inom icke energirelaterad kärnteknik som inom kärnkraftproduktion. Har kärnforskningen någon framtid? Kärnkraften finns idag i över 30 länder och de ca 440 reaktorerna svarar för 16 procent av världens elförsörjning. Ett 30-tal reaktorer är under uppbyggnad runt om i världen. Det innebär att kärn- kraften som energikälla kommer att finnas kvar under lång tid och nya forskningsresultat kommer att efterfrågas. Transmutation en framtida teknik? Under senare år har transmutation blivit ett begrepp inom kärntekniken som står för förnyelse och framtidsoptimism. Fördelarna med den nya tekniken ses i Sverige framför allt i att livslängden hos de långlivade radioaktiva 39 ämnena i kärnavfallet kan minskas kraftigt, vilket ändrar tidsperspektivet på avfallsproblemet från cirka år till några hundra år. Tekniken kan ockå användas till att utvinna mer energi ur bränsleråvaran, eller använda andra bränslen än uran. Kritikerna inom kärnforskningen menar att de problem som transmutationstekniken ska lösa inte är så stora och att lösningarna knappast är problemfria. De fördelar som tekniken skulle kunna ha anses ändå vara skäl nog för fortatt forskning.

4 Acceleratordriven transmutation Transmutation betyder omvandling. I ett vanligt kärnkraftverk sker en transmutation när atomerna klyvs, men vad man i kärnkraftsammanhang brukar mena med ordet är acceleratordriven transmutation (ADS). I ett sådant system kan man omvandla långlivade radioaktiva ämnen, som ingår i avfallet efter energiproduktion, till kortlivade eller stabila ämnen som inte avger strålning. Man kan också omvandla svårklyvbara ämnen till lättklyvbara som sedan blir till nytt kärnbränsle. Mycket forskning återstår Acceleratordriven transmutation har långt kvar innan det kan bli verklighet. Strålskyddet inom en sådan anläggning kommer att bli betydligt mer komplicerat än inom nuvarande kärnkraftverk, nya oprövade material kan orsaka problem och för att tekniken ska bli verklighet krävs så stora anläggningar att bara större länder eller EU skulle klara att utveckla, bygga och driva dem. Transmutationsforskningen i världen förenklas inte av att de inblandade parterna vill uppnå olika mål med tekniken. Viss forskning syftar till en tilllämpning som kan förstöra, men även framställa vapenmaterial. En annan gren vill använda tekniken för kraftproduktion i en helt ny typ av reaktor. I Sverige är ADS främst intressant för möjligheten att minska strålnig och värmeutveckling från kärnavfallet. Grundforskning Mycket av transmutationsforskningen är grundforskning. Enskilda fenomen kan därför studeras på olika laboratorier. Internationellt samarbete är vanligt. Så fungerar det Spallation En stor mängd neutroner (+ andra partiklar) splittras ut från målkärnan då den träffas av en accelererad proton. Frigjorda neutoner + diverse lätta kärnpartiklar Transmutation När en neutron träffar en atomkärna kan olika saker hända; ett fåtal ämnen kan klyvas och avge både värme och nya neutroner (se sid 15), men det vanligaste är att atomkärnorna istället tar upp neutronen. Det kallas neutroninfångning. Med den infångade neutronen i kärnan har atomen övergått till ett nytt ämne. En sådan kärnreaktion frigör inga neutroner som kan fortsätta processen, de måste tillföras på annat sätt. Accelererade protoner För att få fram mängder med neutroner skjuts en stark ström av protoner med hög hastighet mot ett tungt ämne, t ex bly. Blykärnorna splittras då upp i lättare kärnor och i mängder av småpartiklar, mest neutroner. Detta kallas spallation. För att hastigheten på protonerna ska bli tillräckligt hög behövs en kilometerlång accelerator.* I stort sett vilka atomkärnor som helst kan på detta sätt omvandlas till ett annat ämne. Vissa ämnen omvandlas till radioaktiva, andra till stabila. Transmutation När en neutron träffar en atomkärna omvandlas den antingen till ett nytt ämne genom att fånga upp neutronen, eller genom att klyvas i två nya kärnor (endast ett fåtal typer av atomkärnor låter sig klyvas). Accelererad proton Neutroninfångning Den långlivade kärnan teknetium-99 tar upp en neutron och bildar teknetium- 100 som inom några sekunder avger strålning och sönderfaller till rutenium- 100, en stabil kärna. Målkärna, exempelvis bly Restkärna Kärnklyvning Ett annat ämne än exemplet ovan, kan omvandlas från ett stabilt till ett radioaktivt ämne. Ett fåtal ämnen kan transmuteras till lättklyvbara, därefter klyvas i samma reaktor och då alstra energi. Energiförstärkaren som presenteras till höger bygger på en sådan princip. 40

5 Neutronstrålar testar atomer och datorer The Svedberg-laboratoriet, vid Uppsala Universitet, bedriver forskning med jonstrålar. Ett viktigt verktyg här är Gustaf Werner-cyklotronen, en accelerator* som tillsammans med en neutronanläggning bl a används för att producera neutronstrålar som alla har samma energi. Detta har stort värde inom forskning och gör anläggningen unik i världen. Här kan man göra mätningar på hur sannolikt det är att ett visst atomslag ska reagera på olika sätt när den utsätts för ett visst neutronflöde. Sådana experiment har betydelse för forskningen kring hur man kan få bort skadliga ämnen hos kärnavfall. Anläggningen används också för att studera hur strålning från neutroner påverkar elektronik och datorutrustning. Detta vill man veta för att kunna ställa in instrument till flygplan och rymdstationer, eftersom deras utrustning kan påverkas av den högre strålningen från kosmos som de utsätts för. Genom studierna kan man mäta hur känsliga instrumenten är och kalibrera dem. Andra studier på laboratoriet syftar till att utveckla metoderna för cancerbehandling med neutroner. *Accelerator är en apparat där partiklar accelereras till höga hastigheter. Cyklotron är en accelerator som är spiralformad. ADS kräver upparbetning** Många av de radioaktiva ämnen man vill transmutera har tendens att hamna i skuggan bakom andra kärnslag eller kärnreaktioner vid en transmutationsprocess och inte bli träffade av neutronerna. För att komma åt även dessa, måste de separeras kemiskt i en sk upparbetningsanläggning och sedan återföras i transmutationsprocessen. Andra ämnen vill man få bort vid upparbetning därför att de är stabila och en transmutering skulle omvandla dem till sådana radioaktiva former man vill bli av med. För att ha nytta av ADS-tekniken krävs alltså att man kan bestämma vilka ämnen som ska omvandlas och då måste bränslet först upparbetas. Energiförstärkaren kan bli en första forskningsprototyp med ADS-teknik. Så här är den tänkt att se ut: Bilden finns endast i den tryckta versionen, får ej publiceras på Internet. Geologiskt slutförvar ofrånkomligt Transmutation kan inte ta bort alla långlivade ämnen i kärnavfallet. En liten del kommer fortfarande att behöva långtidsförvaras. **Upparbetning är en kemisk process där man separerar klyvbart material från klyvningsprodukter som finns i använt kärnbränsle, för att återanvända i kärnkraftverk. Kommersiella upparbetningsfabriker finns i Storbritannien, Frankrike och Ryssland. Dessa anses tillhöra världens mest komplicerade kemiska anläggningar. Bränsle från svenska reaktorer upparbetas numera inte. Italienaren Carlo Rubbia, nobelpristagare 1984, arbetar vid partikelforskningslaboratoriet CERN i Schweiz och inriktar sin forskning mot en speciell typ av reaktor som han kallar energiförstärkare. Den ska både kunna producera energi och förbränna avfall. I Rubbias energiförstärkare baserar sig kärnbränslet på grundämnet torium. Använt torium innehåller väsentligt mindre mängder av de radioaktiva ämnen som konventionell kärnkraft gör. Det är dock inte helt utan problem att basera bränslet på torium. Det krävs att upparbetning, bränsletillverkning m m sker med delvis annan teknik än den som finns idag. 41

6 En kärnreaktor i medicinens tjänst Stora bilden: Positionering av helkroppsfantom i BNCT-anläggningen i Studsvik*, där man utvecklar en metod för att behandla elakartad cancer i hjärnan. Fantomen ska bestrålas med neutroner i enlighet med patientbestrålning. Bilden är tagen vid iordningställande av anläggningen för att ta emot patienter under våren Lilla bilden: Test av avancerat patientpositioneringssystem, som utvecklats i samarbete med Lunds universitet. Systemet ska användas i BNCT-anläggningen. 42 *Studsvikkoncernen är en grupp tjänsteföretag med kunder inom främst kärnkraftindustri och nukleärmedicin. Arbetsplatsen Studsvik omfattar ett antal olika företag; förutom Studsvikkoncernens företag även KSU (Kärnkraftsäkerhet och Utbildning) med flera. KSU utbildar operatörerna i våra kärnkraftverk och ägs av kraftbolagen.

7 Alfa Celler n B-10 n B-10 Strålen från reaktorn passerar först ett filter som tar bort de snabbaste neutronerna och därefter ett filter som tar bort de långsammaste neutronerna. De neutroner som träffar patienten har en hastighet som är avpassad så att de bromsas ner på ett avstånd i vävnaden som svarar mot tumörens djup. Li-7 En neutron (n) fångas upp av kärnan i en boratom (B-10). Borkärnan klyvs spontant i två delar som slungas ut med hög hastighet åt var sitt håll. Om neutron-borreaktionen sker inne i en cell kommer de två reaktionsfragmenten att slå sönder DNA-molekyler i tumörcellen och i närmast liggande celler medan celler på längre avstånd skonas. Vid Studsvik AB* vidareutvecklar man en befintlig strålbehandlingsmetod för att kunna bota cancer i hjärnan. Metoden bygger på att man tillför ämnet bor till cancervävnad, som sedan bestrålas med neutroner som produceras i en ombyggd forskningsreaktor i Studsvik. Att man använder just bor beror på att detta ämne har extremt stor sannolikhet att absorbera neutroner. När området sedan bestrålas med neutroner åstadkommer man en nukleär reaktion (en kärnreaktion) med boret inne i cancervävnaden, så att den intilliggande cancercellen skadas och därmed slutar att växa. Omgivande vävnader skonas, eftersom räckvidden av den strålning som uppstår är begränsad till en cellstorlek. Metoden kallas för Boron Neutron Capture Therapy (BNCT). Ett problem med denna teknik har varit att neutronstrålen på sin väg mot tumören skadar frisk vävnad. Studsvik har utvecklat ett filter som gör att neuronstrålen kan anpassas så att effekten av strålningen är störst på ett förutbestämt djup i vävnaden, det vill säga där tumören finns, inte på ytligare eller djupare belägen frisk vävnad. I och med denna utveckling kan man behandla exempelvis elakartade hjärntumörer. 43 Tumören får 3 4 gånger högre stråldos För att BNCT skall fungera är det nödvändigt att ha en högre koncentration av bor i tumörcellerna än i andra celler. Därför kopplar man boratomen till ett kemiskt ämne, som tas upp speciellt i tumörcellerna. Det har visat sig att tumörvävnad tar upp 3 4 gånger så mycket borfenylanalin, eller BPA, som normal hjärnvävnad, vilket innebär att en cancertumör får 3 4 gånger så hög stråldos som den normala hjärnvävnaden. En del av BNCT-forskningen rör hur man skall kunna förbättra tumörcellernas förmåga att ta upp mer bor än vad andra celler gör. Detta arbete leds från Uppsala universitet i nära samarbete med Studsvik och med forskargrupper runt om i Europa. Färre bieffekter Redan i dag finns det vissa fördelar med BNCT-behandling jämfört med en vanlig behandling. Det är nu möjligt att uppnå samma resultat med bägge behandlingarna, men fördelen med BNCT är att den normala och fungerande hjärnvävnaden endast får en fjärdedel av den stråldos som man är tvungen att ge vid den vanliga strålbehandlingen. Detta innebär mindre risker för biverkningar från hjärnan. Det innebär också att man i princip bör kunna upprepa behandlingen, vilket normalt inte kan göras efter vanlig strålbehandling mot elakartade hjärntumörer, eftersom det ger för hög stråldos.

8 Halveringstid Den tid det tar för hälften av antalet atomer i ett radioaktivt ämne att sönderfalla. Ordförklaringar och namn ABB Atom AB Tillverkar bränslekutsar och reaktordelar. Anrikning Koncentration av ett ämne. För bränsle till lättvattenreaktorer höjs halten av uran-235 från 0,7 procent till mellan 2,5 och 5 procent. Avklingning Avtagande av radioaktiviteten hos ett radioaktivt ämne. Anges ofta i ett ämnes halveringstid. Bakgrundsstrålning Strålningen från omgivningen, till exempel från rymden och berggrunden. Barsebäcksverket Två kärnkraftsreaktorer, varav en är avstängd, i Kävlinge kommun, Skåne. Becquerel (Bq) Enheten för radioaktivitet. Becquerel Henri Fransk fysiker som upptäckte radioaktivitet. Fick Nobelpriset i fysik 1903, tillsammans med makarna Curie. Bentonit Lera som sväller av vatten och används till exempel vid isolering av radioaktivt avfall. packas i bränslestavar. Dessa monteras ihop till bränsleelement. CLAB Centralt mellanlager där använt kärnbränsle från svenska reaktorer lagras i vattenbassänger i år innan slutförvaring. Curie, Marie och Pierre Franska forskare som upptäckte ämnet radium. Fick Nobelpriset i fysik 1903, tillsammans med H. Becquerel. Einstein, Albert Tysk-schweizisk-amerikansk fysiker. Formulerade 1905 relativitetsteorin som säger att massa är en form av energi som kan omvandlas till andra energiformer enligt formeln E=mc 2. (Energi = E, massa = m, ljusets hastighet = c). Fick 1921 års nobelpris. Fermi, Enrico Italiensk-amerikansk fysiker. Fick Nobelpris 1938 för påvisandet av nya radioaktiva grundämnen. Konstruerade den första kärnreaktorn. Fission Klyvning, delning. När en neutron träffar en uran -235-kärna, klyvs den och nya neutroner frigörs. När dessa neutroner klyver en ny kärna, uppstår en självgående kedjereaktion. Bor Ett ickemetalliskt grundämne. Bor kan förhindra kärnklyvningar genom sin förmåga att absorbera neutroner. Bränsletillverkning Brytning av uranmalm sker under jord eller i dagbrott. Malmen förs till ett uranverk där den krossas till sand. Därefter renas det och koncentreras innan det skeppas till Sverige. ABB Atom AB i Västerås pressar uranet, i form av det keramiska ämnet urandioxid, till 1 cm långa och breda cylindrar, så kallade kutsar, som sedan Forsmarksverket Forsmarks Kraftgrupp AB driver de tre kärnkraftsreaktorerna i Forsmark i Uppland. Hahn, Otto Tysk fysiker som var först med att klyva atomkärnor (1938). Fick Nobelpris i kemi

9 IAEA (International Atomic Energy Agency) Förenta Nationernas kärnenergiorgan med säte i Wien. IAEA bildades 1956, sysslar med kärnenergins fredliga användning och ska stödja medlemsländerna med forskning, utbildning och teknisk hjälp. De utför även kontroller av kärnkraftverk och övervakar att kärnbränsle ej används till kärnvapen. Isotoper Olika former av samma grundämne, med lika kärnladdning men med olika masstal. Klaproth, Martin H Tysk apotekare som upptäckte grundämnet uran (1789). Oskarshamnsverket OKG Aktiebolag äger och driver de tre kärnkraftsreaktorerna i Simpevarp utanför Oskarshamn. Radioaktivitet Omvandling av icke stabila atomer till stabila samtidigt som det bildas strålning. Denna kan vara av olika slag t ex alfa-, beta-, gammastrålning. Radon Radioaktiv gas som bildas vid sönderfall av radium. Ringhalsverket Ringhals kärnkraftverk i Väröbacka söder om Göteborg omfattar fyra reaktorer. Riksgäldskonto Riksgäldskontorets konto för företags och privatpersoners sparande. Riksgäldskontoret Statlig myndighet vars huvuduppgift är att förvalta och ombesörja statens upplåning. SFR (Slutförvar för radioaktivt driftavfall) Ligger vid Forsmarks kärnkraftverk. SFR tar emot låg- och medelaktivt avfall från kärnkraftverk, sjukhus, industrier, forskningsanläggningar med mera. Sievert Rolf Svensk forskare inom radiofysik och strålskydd. Konstruerade världens första apparatur för mätning av strålning från hela människokroppen. Sievert (Sv) Ett mått på den skadliga verkan strålning har på människor. 1 Sv är en mycket stor stråldos varför vi normalt använder måttet millisievert (msv). 1 msv är en tusendels sievert. Sigyn SKB:s specialbyggda fartyg för transporter av använt kärnbränsle och annat radioaktivt avfall. SKB (Svensk Kärnbränslehantering AB) Tar hand om Sveriges radioaktiva avfall och ägs av kärnkraftföretagen. SKB svarar också för forskning på avfallsområdet. SKI Statens kärnkraftinspektion som har till uppgift att granska, övervaka och främja säkerheten vid de olika kärntekniska anläggningarna. SSI Statens strålskyddsinstitut som övervakar alla strålskyddsfrågor i Sverige med anknytning både till kärnkraft och annan verksamhet. Styrstav Används i kärnkraftverk för att reglera reaktorns värmeutveckling och effekt. Styrstavarna innehåller bor, kadmium eller hafnium som absorberar neutroner så att kärnklyvningarna minskar, eller upphör. Vid snabbstopp, eller när en reaktor ställs av skjuts styrstavarna in helt i härden. Sydkraft AB Sydkraft producerar el, naturgas och värme. TWh, terawattimma = biljoner watt per timma. Upparbetning Den kemiska process där man skiljer uran och plutonium från klyvnings-produkterna i använt kärnbränsle. Uran En tungmetall där alla isotoper är radioaktiva. Uran förekommer i många mineral och fyndigheterna är spridda över större delen av jorden. Används som kärnbränsle och alstrar energi i form av värme i ett kärnkraftverk. Uranbrytning Uran finns naturligt i berggrunden. Uranfyndigheter har påträffats i alla världsdelar. De kända tillgångarna på land kommer att räcka i minst 90 år med dagens förbrukning. Den svenska berggrunden innehåller omkring fem gram per ton berg. Den största fyndigheten, ton, finns i skifferlagren vid Ranstad i Skövde. Där är uranhalten 300 gram per ton skiffer, vilket är en låg och icke lönsam halt internationellt sett. Malmen i Key Lake-gruvan i Kanada innehåller gram uran per ton malm. Svenska kraftföretagen importerar årligen ton uran, främst från Kanada och Australien. Även i havet finns uran. Forskare anser att man kan fånga upp det med plastfilter, men idag är utvinningskostnaderna så höga att det inte är lönsamt. Totalt finns miljoner ton uran i haven. Vattenfall AB Vattenfall producerar idag hälften av landets el. Elen produceras främst via vattenkraft och kärnkraft. 45

10 Besök ett kärnkraftverk! Kärnkraftverken tar gärna emot besök. Ring först och boka tid för guidning. Du kan också besöka kärnkraftverkens webbsidor: Forsmarks kärnkraftverk Forsmarks kärnkraftverk, Östhammar. Minimiålder 16 år för besök inne i blocket. Ring Oskarshamns kärnkraftverk Forsmark Ringhals kärnkraftverk Barsebäcks kärnkraftverk Ringhals kärnkraftverk och Kärnhuset, Väröbacka. Utställning som visar hur ett kärnkraftverk fungerar. Minimiålder 15 år för besök inne i blocket. Ring Ringhals Oskarshamns Kärnkraftverk, CLAB - centralt mellanlager för använt kärnbränsle och Äspölaboratoriet - forsknings- och demonstrationsanläggning för djupförvar. Minimiålder 15 år för besök inne i blocket, ring ; 18 år för CLAB och 7 år för besök i Äspös forskningstunnel, ring Oskarshamn Barsebäck Barsebäcks kärnkraftverk. Minimiålder 15 år för besök inne i blocket. Ring

11 Fler organisationer och myndigheter som ger information om kärnkraft Analysgruppen Kärnkraftsäkerhet och Utbildning AB, KSU Box Nyköping Tel Fax E-post: Statens Kärnkraftinspektion, SKI Stockholm Tel Fax Statens Strålskyddsinstitut, SSI Stockholm Tel Fax E-post: Studsvik AB Svensk Kärnbränslehantering AB, SKB Box Stockholm Tel Fax Sydkraft AB Malmö Tel E-post: Young Generation Vattenfall AB Westinghouse Högskoleutbildning KTH Kärnkraft i Världen 1 prick på kartan representerar en anläggning. Den kan ha en eller flera reaktorer. 47

12 Utgåva 7 Utökad med FoU avsnitt ENERGI KÄLLOR Andra skrifter i serien Kärnkraft ingår i en serie informationsskrifter. Dessa kan beställas på eller genom Svensk Energis skoldistribution Telefon Svensk Energi i skolan är ett projekt inom Svensk Energi Svensk Energi/Swedenergy AB Stockholm. Besöksadress: Olof Palmes gata 31 Telefon Telefax