strålning en säker strålmiljö Soleruption magnetisk explosion på solen som gör att strålning slungas mot jorden. 12
I människans miljö har det alltid funnits strålning. Den kommer från rymden, solen och från radioaktiva ämnen i marken och i din egen kropp. Under det senaste seklet har människan utvecklat metoder för att skapa och dra nytta av strålning inom forskning, sjukvård och industri, till exempel genom att använda röntgenteknik och genom att använda uran i kärnkraftsreaktorer. Strålningen kan vara till nytta men den kan också orsaka skada. SSI arbetar för att de skadliga effekterna av strålning på människor och miljö ska vara så små som möjligt. heliumkärna). När atomkärnan fallit sönder har den oftast kvar lite överskottsenergi, som atomen skickar iväg i form av gammastrålning. Elektromagnetisk strålning Röntgenstrålning, ultraviolett strålning från solen och radiovågor är strålning med olika våglängd, det påverka atomernas inre, kallas ickejoniserande strålning, till exempel radiovågor och mikrovågor. Halveringstid Halveringstiden hos ett radioaktivt ämne är den tid det tar innan aktiviteten har minskat till hälften av vad den var från början. Halveringstiden är inte ett mått på hur farligt ett ämne är utan bara på hur snabbt strålningen från ämnet minskar. De radioaktiva ämnen som finns i naturen har mycket lång halveringstid. Vad är strålning? I radioaktiva ämnen är atomkärnorna i obalans. Men instabila atomkärnor strävar alltid efter att komma i balans. Därför omvandlar de neutroner till protoner eller tvärtom. Då sänds en betapartikel ut. När detta skett har ämnet ändrat atomnummer det har sönderfallit till ett nytt ämne. Ett radioaktivt ämne kan också falla sönder genom att skicka ut en alfapartikel två protoner och två neutroner (en vill säga de har olika energi. Korta, energirika vågor som gamma och röntgen, har sådan kraft att de till exempel kan slå bort elektroner, så att en atom blir positivt laddad en jon. Man brukar säga att strålningen joniserar och man talar om joniserande strålning. Annan strålning, med mindre energirika vågor som inte orkar Stråldoser I Sverige får vi i genomsnitt en årlig stråldos på ungefär 4 millisievert (msv) per person. Större delen av den dosen kommer från naturliga strålkällor. Nästan hälften orsakas av radon i inomhusluften. Strålning från mark och byggnadsmaterial ger ungefär 0,5 msv, kosmisk strålning 0,3 msv och kalium-40, som finns naturligt i kroppen, 0,2 msv per år. Födan och dricksvattnet ger normalt mycket små stråldoser i Sverige. Strålning en säker strålmiljö 13
En femtedel av alla svenskar dör i cancer. Det beror inte på att miljön blivit sämre, utan på att vi numer lever så länge att vi hinner få cancer. Av cancerdödsfallen beräknas 5 10 procent bero på joniserande strålning, främst radon i bostäder i samverkan med rökning. Den största strålningskällan är markradon. Strålningen från kärnkraft i normal drift svarar för mindre än 0,1procent av medelsvenssons stråldos. 1 sievert är en mycket stor stråldos använder man ofta enheten millisievert, msv, (en tusendels sievert). Hur kan strålning skada oss? Varje dygn dör, repareras och förnyas miljarder celler i din kropp. Men om så många celler dör att kroppen inte hinner förnya dem blir det farligt. Sådana akuta skador uppstår när kroppen utsätts för höga stråldoser, det vill säga doser som är tusentals gånger högre än den naturliga strålningen. Beroende på hur mycket strålning man får visar sig akuta strålskador på tre nivåer. På den första nivån skadas tillverkningen av röda blodkroppar det kan leda till döden efter ett par, tre veckor. På den andra nivån slutar tunntarmen att fungera man dör ganska snart, eftersom man inte får någon näring. På den tredje nivån slås centrala nervsystemet ut och man dör snabbt. Ärftliga skador har inte kunnat bevisas Strålningen kan skada arvsmassan i en könscell, det vill säga ett ägg hos kvinnan och en sädescell hos mannen. En sådan skada skulle kunna påverka arvsanlagen och visa sig i en framtida generation. Aktivitet mäts i becquerel, stråldos i sievert Enheten för aktivitet i det internationella enhetssystemet anges i becquerel, Bq. Ett radioaktivt sönderfall per sekund betecknas 1 becquerel. Olika slags strålning (alfa, beta, gamma) har olika biologisk verkan när de träffar ett organ i kroppen och olika organ är olika känsliga. Därför anger man strålningens effekt, dosen, med en enhet som tar hänsyn till hur kroppens organ påverkas av olika slags strålning. Enheten kallas för sievert. Eftersom Radon-222 Jod-131 Strontium-90 Kobolt-60 Cesium-137 Kol-14 Plutonium-239 Kalium-40 Uran-238 Några exempel på radioaktiva ämnens halveringstid 3,8 dygn 8 dygn 29 år 5 år 30 år 5 700 år 24 000 år 1,3 miljarder år 4 miljarder år 14
Exempel på stråldoser 0,1 msv Dosen vid en flygning tur och retur över Atlanten. Den högsta årliga tillåtna stråldosen för människor som bor eller arbetar i närheten av ett kärnkraftverk. 1 msv Dosen vid en magröntgen. Den årliga dosen från marken, den kosmiska strålningen och naturliga radioaktiva ämnen i kroppen. 4 msv Den sammanlagda årliga dosen från alla strålkällor för en svensk i genomsnitt. Dosen kommer från radon i hus, medicinska undersökningar och medicinsk behandling, naturlig bakgrundsstrålning och övrigt (kärnkraft, nedfall från kärnvapenprov och Tjernobylolyckan). Vid en röntgenundersökning låter man röntgenstrålning passera den del av kroppen man vill undersöka. Täta vävnader, som ben, dämpar strålning mer än mjukdelar. Den strålning som passerar ger upphov till en bild. Men vetenskapen har hittills aldrig kunnat påvisa några ärftliga skador orsakade av joniserande strålning på människor. Varken hos de japanska kärnvapenoffren från andra världskriget eller hos någon annan undersökt grupp. Det kan i och för sig ha uppstått skador, men de är för få för att ge säkra spår i statistiken. Alla slutsatser om ärftliga skador kommer från experiment med till exempel möss och bananflugor. Foster som bestrålats kan få skador på samma sätt som vuxna människor. Men då är detta en fosterskada, inte en ärftlig skada. Risken för cancer är liten Risken för cancer på grund av strålning är liten. Om till exempel sannolikheten att få cancer vid en stråldos på 1 000 msv är 5 procent, så skulle den vid 1 msv vara 0,005 procent. Detta antagande stöds av många statistiska och djurexperimentella studier och i ökande grad också av studier av celler. 50 msv Dosen vid medicinsk avbildning av sköldkörteln med radioaktiv jod. Högsta tillåtna dos enstaka år för personal med strålningsarbete. (Den sammanlagda dosen får på fem år inte överstiga 100 millisievert). 500 msv Dosen till dem som bodde inom 10 km från kärnkraftverket i Tjernobyl 1986 innan de evakuerades. 5 000 msv Dödar de flesta som fått denna dos över hela kroppen på en gång och som inte får intensivvård på sjukhus. 50 000 msv Den lokala dosen vid strålbehandling av hjärntumörer. Strålningen koncentreras till själva tumören och andra delar av kroppen måste skyddas mot strålningen. Om dosen skulle träffa hela kroppen skulle den vara dödande. Strålning en säker strålmiljö 15
Kärnkraftverket Oskarshamns kärnkraftverk. Från reaktorn i ett kärnkraftverk bildas vattenånga vid högt tryck. Ångan bildas vid kokning i härden i en kokvattenreaktor och i en ånggenerator i en tryckvattenreaktor (se bild sidan 18). Ångan får turbinen att snurra. Elektricitet alstras i en generator som är kopplad till turbinen. Turbinen i ett modernt kärnkraftverk kan utveckla lika mycket kraft som 15 000 bilar. I grunden är tekniken inte så svår. På samma sätt gör man elektricitet av kol, naturgas och olja. Men i kärnkraftverket blir bränslet, uranet, kraftigt strålande. Och skulle reaktorn koka torr, så uppstår en härdsmälta. Därför är kärnkraftverken byggda på ett speciellt sätt med flerdubbla skydd och säkerhetssystem. 16
Värmen kommer från uranatomer som klyvs För att komma åt energin i uranatomen måste man klyva den. Delarna stöts då ifrån varandra med våldsam kraft bindningsenergin i atomen omvandlas till rörelseenergi. När delarna bromsas upp av andra atomer bildas friktionsvärme. Samtidigt frigörs nya neutroner som i sin tur klyver andra urankärnor, som frigör ännu fler neutroner. En kedjereaktion har startat. För kedjereaktionen behövs en kritisk massa och en moderator Det är inte alldeles lätt att få igång en kedjereaktion som ska leda till en kärnklyvning. Först krävs en kritisk massa. Med det menas att uranet måste formas tillräckligt tätt och ha en viss anrikning annars kommer neutronerna på avvägar innan de har kluvit nya uranatomer och processen dör ut. Men det räcker inte med en kritisk massa. Neutronerna rör sig lite för fort och studsar lätt förbi andra atomer och hinner inte klyva dem. Därför behövs en broms som får ner farten en moderator. I Sverige använder vi vanligt vatten. På andra håll används tungt vatten eller grafit (den form av kol som finns i blyertspennor). Effekten styrs med vatten och bor I ett större kärnkraftverk av kokvattentyp finns ungefär 700 bränslepatroner i reaktorn. Med sina cirka 20 miljoner kutsar av anrikad urandioxid bildar de reaktorhärden. När vattnet (moderatorn) omsluter bränsleelementen kan processen komma igång. Precis som när man kokar mat på spisen vill man ha lagom temperatur effekt i en kärnreaktor. I en kokvattenreaktor, den vanligaste typen i Sverige, reglerar man effekten på två sätt. Dels genom att pumpa olika mycket kylvatten genom reaktorn, dels genom att skjuta in eller dra ut styrstavar som innehåller bor. Bor är ett ämne som fångar in neutroner. Ju fler styrstavar som skjuts in, desto färre neutroner träffar nya atomer kärnklyvningen minskar eller stannar helt. Efter fem år byts bränsleelementet När kärnklyvningen har pågått i 4 5 års tid har halten av uran-235 minskat från 3 procent till cirka 1 procent. Det klyvbara uranet har då minskat så mycket att det är dags att byta ut bränsleelementet mot ett nytt. I praktiken byts en femtedel av bränsleelementen ut varje år. Energin från fem kutsar, som tillsammans väger 25 gram, räcker för att ge en villa el och värme under ett helt år. Det motsvarar 4 000 liter olja, eller energin från ett litet vindkraftverk (förutsatt att det blåser hela året). Skydd för människor och miljö Inne i reaktorn är strålningen intensiv. Men metertjocka betongväggar skärmar av utanför väggarna är strålningen inte högre än att man kan arbeta där. Den ånga som strömmar ur kokvattenreaktorn till turbinerna är radioaktiv. Om ett rör skulle gå av, så skulle ångan genast spridas i turbinhallen. Därför finns dubbla ventiler som snabbt kan stängas vid ett rörbrott. Kärnkraftverken är byggda för att bara släppa ut små mängder radioaktiva ämnen, bland annat olika gaser. Känsliga mätsystem övervakar att utsläppen ligger under gränsvärdena. Dessa har Statens strålskyddsinstitut, SSI, bestämt så att dosen till dem som bor i närheten hålls liten jämfört med den naturliga strålningen. Skydd mot härdsmälta Det värsta som kan hända i en reaktor är en härdsmälta att uranet blir så varmt, att hela reaktorhärden havererar och smälter till en glödande, starkt radioaktiv massa Kärnkraftverket 17
Principen för kok- och tryckvattenreaktorer Kokvattenreaktor Ångan leds till turbinanläggningen. Turbin Elgenerator Reaktortank Kärnklyvningen i bränslet alstrar värme. Värmen får vattnet att koka och ånga bildas. Vattnet förs tillbaka in i reaktortanken. Kondensor Turbinen är sammankopplad med en generator som alstrar energi. Ångan kyls ner till vatten i en kondensor med hjälp av kylvatten från havet. Elektricitet Kylvatten i reaktorinneslutningen, så ökar trycket. Ångan pressas då genom stora rör ner i en vattenbassäng där den kondenseras till vatten och trycket sjunker. Om härdsmältan ändå inträffar Tryckvattenreaktor Reaktortank Ånggenerator I en tryckvattenreaktor används det varma reaktorvattnet till att värma ånggeneratorns vatten till ånga. 18 Kondensor som lägger sig på botten i reaktorbyggnaden. Det skulle kunna hända om effekten blir för hög eller om kylningen upphör. Också efter det att kärnklyvningen stoppats bildar de radioaktiva ämnena så mycket värme, att härden kan smälta ner om den inte kyls. För att en härdsmälta inte ska inträffa, finns flerdubbla system för kylning och för att skjuta in styrstavarna. Systemen är byggda så att de kan fungera oberoende av varandra. Turbin Elgenerator Elektricitet Kylvatten Normalt drivs styrstavarna in med vatten som står under högt kvävgastryck, men de kan också skjutas in med elkraft. Också vattenpumparna kan drivas oberoende av den normala elen med reservkraft antingen från dieselgeneratorer eller från gasturbiner. Om kylvattnet skulle koka bort och bränslet skulle friläggas, börjar man kyla reaktorhärden med strilar inne i själva reaktorn. Det skyddar bränslet från att smälta. Skulle det läcka ut ånga Om det ändå skulle bildas en härdsmälta, så kyls den ner med vatten. Då bildas stora mängder ånga och trycket stiger. För att sänka trycket kondenseras ångan med vatten från sprinklersystemet i taket. Skulle detta av någon anledning inte fungera, så ökar trycket tills ett sprängbleck i väggen brister och ångan kan löpa ut. Men inte rakt ut i luften, utan först genom ett filter som ska tvätta bort 99,9 procent av alla radioaktiva ämnen som kan ge markbeläggning. Under några timmar kan strålningen från radioaktiva partiklar i luften högst ge några hundra millisievert till de människor som bor nära verket. Under några dagar kan radioaktiva ämnen på marken ge ytterligare lika mycket. Det är inga livshotande doser, men man bör ändå undvika dem. Om filtret inte skulle fungera, så kan det snabbt bli stora stråldoser på många mils avstånd. Därför finns planer på snabb utrymning.
Svenskt kärnbränsle är inte så bra till kärnvapen För att bygga moderna kärnvapen behövs uran med hög anrikning av isotopen U-235, eller plutonium. Det uran som används i de svenska reaktorerna har lägre anrikning och kan därför inte användas direkt till kärnvapen. Anrikningen sjunker dessutom då bränslet bestrålas i en reaktor eftersom U-235 förbränns. När uranet bestrålas i reaktorn bildas under de första månaderna plutonium av det slag som används i kärnvapen (Pu-239). Men med tiden bildas också andra isotoper av plutonium som gör bränslet mer olämpligt för kärnvapen. Andelen Pu-239 begränsas också av att det fungerar som bränsle ungefär hälften av den utvunna energin kommer från klyvningen av plutonium. Detta gör att bränsle från de svenska kärnkraftverken inte är ett bra material för kärnvapen. Hur bevakas säkerhet och strålskydd i svenska kärnkraftverk? I Sverige, liksom i alla västländer, ansvarar ägaren av kärnkraftverket för att verket drivs på ett säkert sätt och att personal och allmänhet skyddas mot strålning och andra risker. Myndigheterna SKI och SSI ser till att ägaren tar sitt ansvar. Tillsynen omfattar allt från konstruktion till daglig drift och avfallshantering. SSI kontrollerar att personal, allmänhet och miljö inte utsätts för onödiga stråldoser. Om reaktorn inte drivs på ett säkert sätt ingriper myndigheterna som även kan stoppa driften. Precis som när det gäller annan teknik, finns det en viss risk för olyckor i ett kärnkraftverk. Därför gör både kraftföretag och myndigheter simuleringar av både troliga och mindre troliga händelser, för att se om säkerhetssystemen klarar att hantera dessa och för att utveckla säkerheten. Kärnkraftverket 19