Energiaalan Keskusliitto ry Finergy Bra att veta om kärnkraft
Innehållsförteckning Inledning 3 Kärnkraftens fördelar 4 Kärnkraftselektricitetens konkurrensförmåga 5 Världens energireserver 6 Tillgången på uranbränsle 7 Driftserfarenheter från kärnkraftverk 8 Funktionsprincipen för en kärnreaktor 9 Lättvattenreaktorer 10 Övriga reaktortyper 11 Fusion 12 Finlands anläggningar 14 Kärnkraftverk i närområdet kring Finland 15 Kärnkraftverk i övriga världen 16 Kärnkraft som fjärrvärmekälla 17 Reaktorns skydd 18 Kärnkraftverkens säkerhet 19 Säkerhetsplaner för nya kärnkraftverk 20 Kärnkraftverkens yttre riskfaktorer 21 Kärnkraftens risker 21 Radioaktivitet och strålning 22 Strålkällor och mängder 23 Stråldosgränser 24 Strålningens effekter på människan 25 Ett kärnkraftverks miljöeffekter 26 Övervakning av miljöeffekterna 27 Bränsleomloppet 28 Kärnavfallshantering i Finland 29 Kärnavfallshantering i övriga världen 31 Transport av kärnavfall 33 Kärnkraftverkens livslängd och rivning 34 Beslut om kärnkraftverk och övervakning av kraftverkets drift 35 Övervakning av kärnämnen 36 En bomb av bränslet? 36 Beredskap för en nukleär olycka 37 INESskalan 38 Exempel på olyckor som inträffat 39 Energins och strålningens enheter och begrepp 41 Kontaktuppgifter Energiaalan Keskusliitto ry Energibranschens Centralförbund rf Finnish Energy Industries Federation Södra kajen 10, PB 21, 00131 Helsingfors, Finland Tel. (09) 686 161, fax (09) 6861 630 email: info@finergy.fi ISBN 9524400227 Ytterligare information Energibranschens Centralförbund rf, www.finergy.fi Fortum Oyj, www.fortum.com Posiva Oy, www.posiva.fi Teollisuuden Voima Oy, www.tvo.fi Handels och industriministeriet, www.ktm.fi Strålsäkerhetscentralen, www.stuk.fi International Atomic Energy Agency, www.iaea.org OECD Nuclear Energy Agency, www.nea.fr 2 Bra att veta om kärnkraft
Inledning Världens nuvarande energiproduktion bygger till cirka 80 procent på förbränning av fossila bränslen, dvs. olja, kol och naturgas. Av dessa är kolet, tack vare tillgången och priset, det lämpligaste bränslet för storskalig elproduktion. Tillgången på kol är också garanterad för hundratals år framåt i tiden. De utsläpp, speciellt koldioxid, som uppstår vid användning av fossila bränslen är emellertid ett stort miljöproblem. Alla länder har inte tillgång till inhemska fossila bränslen och därmed de ekonomiska fördelar och den försörjningssäkerhet som följer med ett inhemskt bränsle. I många industrialiserade länder med begränsad tillgång till inhemska bränsleresurser är kärnkraftens andel hög. Det är naturligt att sådana länder utvecklar energilösningar där de kan utnyttja sina teknologiska färdigheter och så långt som möjligt säkra sitt oberoende av den internationella bränslemarknaden. I Finland utgörs de inhemska energikällorna främst av vattenkraft, träbaserade bränslen och torv. Huvuddelen av den utbyggbara vattenkraften är redan utnyttjad och många fortfarande fria forsar är i lag skyddade mot vattenkraftutbyggnad. Energin i träavfall har traditionellt använts noggrant av den finländska träförädlingsindustrin bl.a. genom att bränna bark, sågavfall och särskilt slamavfall från massakokning. Torv är ett konkurrenskraftigt bränsle för små och medelstora värmeverk och för fjärrvärmekraftverk som är placerade på rimligt transportavstånd från områden med torvproduktion. Elförbrukningen i Finland uppgick år 2003 till cirka 85 TWh (miljarder kilowattimmar) vilket är cirka 17 000 kilowattimmar per person. Finland tillhör de länder i världen som är mest elektrifierade. Industrin förbrukar mer än hälften av vår totala Kuva: Stora Enso Användningen av kärnkraft ger inte upphov till koldioxidutsläpp eller försurande utsläpp. elkonsumtion. En tillräcklig och prismässigt fördelaktig elenergi är nödvändig speciellt för den energikrävande metall och skogsindustrin. Kärnkraften är en naturlig del i den finländska energiproduktionen på grund av landets höga elförbrukning, tekniska kunnande och egna begränsade bränsleresurser. Med kärnkraften produceras förmånlig basenergi som industrin, servicen och hushållen behöver året om. Användningen av kärnkraft ger inte upphov till koldioxidutsläpp eller försurande utsläpp. I Finland finns fyra elproducerande kärnreaktorer. Den femte kärnreaktorn blir klar år 2009. Eltillförseln i Finland 2003 84,7 TWh Elförbrukningen i Finland 2003 84,7 TWh Bra att veta om kärnkraft 3
Kärnkraftens fördelar Urantablettmängden på bilden räcker för ett års elbehov för en fyrapersoners familj som bor i ett eluppvärmt småhus. Bild: TVO Användningen av kärnkraft ger oss i Finland möjligheter att passa ihop det växande elbehovet med en utsläppsbegränsning av växthusgaser. Kärnkraften är en färdig och utprovad storskalig elproduktionsmetod vid sidan av fossila bränslen och vattenkraft. Liksom basindustrin kommer även hushållen under de kommande åren att förbruka mer el än tidigare. Ett rymligt boende och olika slags elapparater ökar förbrukningen i hushållen. Basindustrin förbrukar elenergi i tillverkningen och i miljötekniska investeringar. Ett kärnkraftverks byggkostnader är stora men bränslekostnaderna låga. Andelen inhemskt arbete och inhemsk utrustning av de nuvarande anläggningarnas totala kostnader är till och med över hälften, dvs. den inhemska andelen i elproduktion med kärnkraft är hög. Den kapitaldominerade kostnadsstrukturen medför att kärnkraften är lämplig för att täcka elbehovets kontinuerliga belastningsdel, den s.k. baslasten. I Finland förbrukar industrin 50 % av elenergin och av detta utgörs över hälften av processindustrins, särskilt skogsindustrins, kontinuerliga baslast. Vid en kontinuerlig jämn last kan driften vid ett kraftverk ske med oavbruten full effekt vilket gynnar en produktionsform som utnyttjar billigt bränsle. Driftsäkerheten vid ett kärnkraftverk är i krislägen god eftersom bränslet enkelt kan lagras under lång tid. Bränsle fylls på i reaktorn för ett års behov per gång. Dessutom finns färskt, oanvänt bränsle i lager för minst ett halvt års behov. Ur hela mänsklighetens synvinkel sett skulle olja och naturgas kunna utnyttjas som råvaror för den petrokemiska industrins organiska produkter, samt som bränsle i trafiken i stället för till energiproduktion. Uran däremot är en metall som inte verkar ha något annat viktigt användningsområde än till kraftproduktion. Kärnkraften som inte belastar atmosfären passar utmärkt som produktionsform för den elenergi som basindustrin behöver hela dygnet året runt. Bild: Stora Enso 4 Bra att veta om kärnkraft
Kärnkraftselektricitetens konkurrensförmåga Kostnaderna för produktionen av el är av samma storleksordning i stora kärn, kol och gaskraftverk. Elenergi producerad i kondenskraftverk, som utnyttjar andra bränslen, eller med vind och solkraft är betydligt dyrare. Kostnadsstrukturerna för elenergi som produceras med kärn, kol och gaskraft skiljer sig betydligt från varandra. Byggkostnaderna för ett kärnkraftverk är betydligt högre än investeringskostnaderna i kol och gaskraftverk. Orsaken till detta är de mångfaldiga säkerhetssystem och anordningar samt den reaktorinneslutning som krävs vid ett kärnkraftverk. Cirka 60 % av priset för den elenergi som produceras i ett nytt kärnkraftverk är kapitalkostnader, medan motsvarande andel i ett gaskraftverk är cirka 20 % och i ett kolkraftverk cirka 30 %. Kapitalkostnaderna sjunker successivt och produktionskostnaderna blir motsvarande lägre. Kärnbränslets andel i kärnkraftselpriset är cirka 15 %. Cirka en tredjedel av detta utgörs av priset för uran. Bränslekostnadernas andel i priset för el producerad med naturgas är cirka 70 % och för el producerad med kol cirka 40 %. Därför är bränsleprisvariationernas effekter på kärnkraftselpriset betydligt mindre än effekterna på gas och kolkraftselpriserna. En fördubbling av uranpriset skulle till exempel höja kärnkraftselpriset med cirka 5 procent. En fördubbling av priset på naturgas skulle höja gaskraftselpriset med cirka 70 procent. Dessutom är en tilläggskostnad att vänta i priset på fossila bränslen som orsakas av koldioxidutsläppens minskning. Tilläggskostnaden uppkommer vid anskaffningen av nödvändiga utsläppstillstånd. I Finland har variationerna i bränslekostnader även effekter på den producerade elkraftens inhemska andel, eftersom såväl naturgas och kol som uranbränsle måste importeras. På grund av kärnkraftens låga bränslekostnader är importkostnadernas andel, räknat för en anläggnings totala livslängd, betydligt lägre än för anläggningar som använder fossila bränslen. Den övriga delen av elpriset består av kraftverkens drift och avfallshanteringskostnader. Avfallshanteringskostnaderna utgör en nästan lika stor andel av elpriset både för kärnkraftsel och för kolproducerad el. Vid kärnkraftverk består dessa kostnader av beredskapen för hantering och slutförvaring av använt kärnbränsle och annat radioaktivt avfall. Vid kolkraftverk orsakas kostnaderna av i första hand luftvårdsåtgärder, speciellt avlägsnandet av stoft, samt svavel och kväve ur anläggningens rökgaser. Beroende på den olikartade prisstrukturen är kärnkraftsel och stenkolsel lämpliga för uppgifter av olika karaktär i den finländska elförsörjningen. Basbehovet av elkraft som är stabilt året runt täcks bäst av kärnkraft. Därigenom blir den årliga drifttiden lång för amorteringen av ett kärnkraftverks stora kapitalinsats. Kolkraftverken, som utnyttjar dyrbarare bränsle, är endast i drift under den tid av året då förbrukningen är stor. Kol Kärnkraft Naturgas Bra att veta om kärnkraft 5
Världens energireserver Fortfarande finns outnyttjade energireserver i stor omfattning, men utnyttjandet av reserverna begränsas framförallt av miljöeffekter, kostnadsaspekter och nivån på den tillgängliga tekniken. För närvarande utnyttjar mänskligheten främst energikällor som inte är förnybara: olja, kol, naturgas och uran. De verifierade reserverna av olja och naturgas räcker med nuvarande förbrukning och prisnivå i åtskilliga decennier och kolet i flera hundra år. Med nuvarande kostnader kan energiinnehållet i det uran som utvinns ur markgrunden jämföras med oljereserverna, om uranet enbart används i de reaktortyper som för närvarande är i drift. Genom att använda tekniskt mer utvecklade reaktortyper skulle det på lång sikt vara möjligt att utnyttja energiinnehållet i uranet tiotals gånger effektivare. En nästan obegränsad energireserv är tungt väte som utgör cirka 0,015 % av allt väte i naturen. Denna väteisotop, deuterium, som är dubbelt så tung som vanligt väte, är lämplig att använda som bränsle i en fusionsreaktor där energin uppstår vid sammansmältningen av lätta atomer. Utvecklingen av fusionsreaktorn är fortfarande på forskningsstadiet och den förväntas inte bli klar för energiproduktion på decennier. Vattenkraften och träbaserade bränslen är de viktigaste förnybara energireserverna. Vattenkraften står för en femtedel av världens elproduktion. Över 80 % av jordens vattenkraftsresurser är fortfarande outnyttjade. Ved används mest i utvecklingsländerna. Den alltför stora förbrukningen av ved är delvis ett ekologiskt problem i dessa länder. Miljoner hektar av jordens skogar avverkas årligen till ved. På många ställen är följden att humuslagret eroderar, vilket leder till ökenbildning. Solens strålning är en obegränsad förnybar energikälla. Solenergin har människan utnyttjat under hela sin existens. Alla organiska bränslens energi har ju i sista hand sitt ursprung i solen. Solstrålningens energitäthet på jordytan är cirka 1 kw per kvadratmeter. Solenergin kan omvandlas till elektricitet med solceller. En solcellpanels halvledarmaterial utvecklar elström när solljuset träffar panelens yta. Verkningsgraden för solel uppgår till drygt 10 % när den är som högst. En annan möjlighet att producera elenergi är att fokusera solljuset från ett stort område med speglar mot en punkt. I punkten placeras en förångare som producerar ånga till ett De kolreserver som är mycket svåra att utnyttja räcker i mer än 2000 år. Uranreserverna avser drift i reaktorer av nuvarande typer. I bridreaktorer räcker försörjningen i tiotals tusen år. traditionellt kraftverk. Med anläggningar av denna typ är det möjligt att under testförhållanden nå en verkningsgrad på upp till 80 %, men de höga kostnaderna utgör ett hinder för en mer utbredd användning. För uppvärmningsändamål kan solenergin utnyttjas genom att montera solfångare på byggnaders väggar eller tak och värma vatten. Denna uppvärmningsteknik används redan i sydliga länder. Solenergin är inte för närvarande konkurrenskraftig som elproduktionsmetod i jämförelse med traditionella produktionsmetoder. Ett problem med solenergin är variationerna i strålningsenergin beroende på dygnet, årstiderna och väderförhållandena. Det finns inga metoder för lagring av elektricitet i stor skala och under mörka tider måste solelen ersättas av elektricitet som produceras med andra metoder. En lösning är att med solel spjälka upp vatten i väte och syre. Distributionen och lagringen av väte kan genomföras tekniskt och vätet skulle kunna fungera som ett icke förorenande bränsle för många ändamål. De mycket höga kostnaderna är ett hinder för metodens användning. Vindkraften kan utnyttjas bäst inom områden med jämna och rätt kraftiga vindar. Den energimängd som utvinns beror i stor utsträckning på vindhastigheten. Därför har ett vindkraftverks placering stor betydelse. Även inom de bästa områdena är vindkraftverkens drifttid endast cirka en fjärdedel av året. Ett problem med vindenergin är att energi måste produceras med hjälp av andra energikällor när vinden inte blåser, och produktionskapacitet måste byggas för detta. Ett omfattande utnyttjande av vindkraften kräver även stora markområden eftersom kraftverken på grund av skuggeffekten inte kan placeras alltför nära varandra. Tillgången på icke förnybara energireserver Källa: HIM 6 Bra att veta om kärnkraft
Tillgången på uranbränsle Uran finns i stora mängder på jorden. Jordskorpan innehåller i genomsnitt cirka 4 g uran per ton. I allmänhet bryts uran i förekomster som innehåller tiotals kilogram uran per ton malm. I vissa gruvor utgör uranet en biprodukt vid brytning av annan malm. De största kända uranreserverna finns i Australien, Kanada, Kazakstan, Namibia, Brasilien, Ryssland, Sydafrika, Ukraina, USA och Uzbekistan, som tillsammans producerar cirka 90 % av allt uran. Uranreserver Jordskorpans uranreserver kan grovt delas upp i två grupper: kända och identifierade reserver med känt läge för vilka åtminstone en grov uppskattning av mängden finns, och där uppskattningen bygger på mätningar, samt uppskattade tilläggsreserver vilkas förekomst har fastställts statistiskt utifrån allmän geologisk kunskap. De kända uranreserverna uppgår till cirka 3 miljoner ton. De uranreserver som är svårare och dyrbarare att utnyttja samt tillsvidare spekulativa reserver bedöms, utöver de tidigare nämnda, uppgå till cirka 11 miljoner ton. I uppskattningarna ingår endast sådan uranmalm som ger råuran med ett pris som är högst ca 50 % högre än dagens prisnivå. Osäkerheten i uppskattningen av energireserverna ökas av att kunskap saknas om hur effektivt förekomsterna kan utnyttjas i framtiden. Tekniska lösningar Det är även möjligt att öka urantillgångarna genom att förbättra reaktorns bränsleeffektivitet och genom att börja använda reaktortyper som utnyttjar uranet effektivare. De nuvarande lättvattenreaktorerna producerar cirka 40 000 kilowattimmar el med ett kilogram uran. Om använt kärnbränsle återanvänds vid tillverkningen av nytt bränsle får man ytterligare cirka 30 % energi. Förbättringar av lättvattenreaktorns härdkonstruktion kan ytterligare öka den elmängd som man får ur ett kilogram uran med 1020 procent. Bridreaktor Världens nuvarande uranförbrukning uppgår till cirka 60 000 ton per år vilket innebär att de kända uranreserverna räcker i fler decennier med nuvarande förbrukning. Drifttagningen av bridreaktorer skulle ändå innebära en avgörande förbättring för urantillgången. En bridreaktor omvandlar isotopen uran238 i natururanet till den klyvbara isotopen plutonium239. Eftersom huvuddelen (drygt 99 %) av natururanet är uran 238 ökar den mängd elektricitet som man får ur ett kilogram uran tiotals gånger med hjälp av bridreaktorer. Några natriumkylda bridreaktorer är i drift i världen men tillsvidare är inte priset på den elenergi som produceras konkurrenskraftigt. Att få bridreaktorerna i kommersiellt lönsam drift skulle öka tillgången på kärnbränsle till tusentals år även om kärnkraftsenergins andel av energiproduktionen skulle öka betydligt över dagens nivå. Återvinningsmaterial Det är utöver råuran även möjligt att framställa bränsle för kärnkraftverk av återvinningsmaterial. Dessa består av upparbetat använt kärnbränsle och utspätt vapenuran. Världens kända uranreserver år 2001 som kan utnyttjas till rimliga kostnader Källa: OECD Bra att veta om kärnkraft 7
Driftserfarenheter från kärnkraftverk En stor del av priset på kärnkraftsproducerad energi utgörs av investeringskostnader medan bränslekostnaderna är mycket små. Därför kräver ett konkurrenskraftigt pris på kärnkraftsproducerad el en lång årlig driftstid för anläggningen samt få driftsavbrott. I detta hänseende har de finländska kärnkraftverken under många års tid tillhört internationell toppklass. Utnyttjandegrad Driftsresultaten för olika kraftverk kan till exempel jämföras med den s.k. utnyttjandegraden. Utnyttjandegraden är den elenergi som produceras under en viss tidsperiod i procent av den elenergi som anläggningen skulle ha producerat vid oavbruten drift med full effekt under motsvarande tid. Statistiken under många års drift visar att det finns tydliga skillnader i kärnkraftverkens utnyttjandegrad mellan olika länder och anläggningstyper. I allmänhet kan man anta att kraftverkens utnyttjandegrader förbättras globalt. I de flesta typer av kärnkraftverk är det inte möjligt att uppnå hundra procents utnyttjandegrad. Laddningen av nytt bränsle i reaktorn kräver i allmänhet att anläggningen stoppas. Samtidigt kan sådana underhålls och kontrollarbeten utföras som inte är möjliga när anläggningen är i drift. Driftperioder Det är viktigt att tiden för bränslebytesavbrotten minimeras för en god utnyttjandegrad. Om inga omfattande reparationsarbeten behöver utföras är avbrottet 23 veckor. Bränslebytesintervallen kan också förlängas genom att ladda en större mängd nytt bränsle i reaktorn per gång. Många kärnkraftverk utomlands använder driftperioder på ett och ett halvt år. För finländska förhållanden är driftperioder på ett år de mest ändamålsenliga. En naturlig underhållstidpunkt är sommaren då elförbrukningen är låg. Utnyttjandegraden vid finländska kärnkraftverk i jämförelse med genomsnittet i världen Källor: STUK, TVO, Fortum, Nuclear Engineering International 8 Bra att veta om kärnkraft
Funktionsprincipen för en kärnreaktor Grundprocessen för elproduktion i kärnkraftverk är den samma som i traditionella kraftverk, där värme framställs genom förbränning av fossila bränslen. Klyvning av urankärna Kärnreaktorn producerar värme när atomkärnorna i det uran som används som energikälla klyvs. Värmen omvandlar vatten till ånga med högt tryck. Ångan driver en turbin. En generator är kopplad till turbinaxeln och genererar el. Det uran som används för värmeproduktionen och som är bränsle i kärnreaktorn bombarderas med neutroner från atomkärnor för att få urankärnorna att klyvas. När en atomkärna klyvs skapas i allmänhet två medeltunga atomkärnor och dessutom 23 neutroner. Den sammanlagda massan hos klyvningsprodukterna och neutronerna är något mindre än den ursprungliga urankärnans massa. Differensen har omvandlats till energi som först visar sig som rörelseenergi i klyvningsproduktens atomer och neutronerna men snabbt omvandlas till värme när neutronerna träffar omgivande atomkärnor. I reaktorn har uranet formen av små knappar med en längd och diameter på cirka 1 cm. Uranknapparna är inneslutna i gastäta metallrör, s.k. bränslestavar. Det finns tiotusentals bränslestavar i en reaktor. Bränslestavarna är samlade i knippen på 80 300 stavar som bildar bränsleelement. Dessa bildar reaktorns härd som är placerad i ett tryckkärl fyllt med kylmedel. Kylmedlet som strömmar mellan stavarna transporterar värmen från reaktorn till turbinen. Neutronerna är den kraft som upprätthåller klyvningen av urankärnorna. Genom reglering av antalet neutroner styrs klyvningsmängden och därigenom reaktorns effekt. Effektregleringen sker med styrstavar som finns mellan bränslestavarna. Stavarna innehåller till exempel bor eller kadmium som effektivt fångar upp neutroner. Bromsning av neutroner De frigjorda neutronerna rör sig med mycket stor hastighet, i genomsnitt med tiotusen kilometer i sekunden. Neutronerna bromsas så att de rör sig med några tusen meter per sekund vilket flerfaldigt ökar sannolikheten för klyvningen av atomkärnor. För uppbromsningen är ett material som innehåller lätta atomer lämpligast eftersom neutronerna förlorar sin energi på effektivaste sätt när de träffar lätta objekt. De bästa moderatormaterialen är tungt vatten och grafit. Vanligt, dvs. lätt vatten är även effektivt som moderator, men vattnets egenskaper försämras av benägenheten att absorbera neutronerna. Om plutonium väljs som bränsle i stället för uran är det möjligt att bygga en reaktor vars funktionsprincip bygger på klyvning av kärnor med neutroner som inte bromsas upp. En reaktor som fungerar med snabba neutroner kallas snabb reaktor eller bridreaktor. Energiproduktionen i ett kärnkraftverk bygger på den energi som frigörs när fria neutroner åstadkommer klyvning av atomkärnor Kärnklyvning Kedjereaktion urankärna neutron neutron klyvningsprodukt energi Bra att veta om kärnkraft 9
Lättvattenreaktorer Tryckvattenreaktor (PWR) I en tryckvattenreaktor upprätthålls ett så högt tryck att vattnet inte kokar trots en temperatur på 300 grader. Oftast är trycket 150 atmosfärer (15 MPa). Ur reaktorn pumpas hetvatten i vätskeform till en värmeväxlare där vattnet avger sin värme genom rörväggarna till det vatten som strömmar genom värmeväxlaren på sekundärsidan. Trycket hos detta vatten är 70 atmosfärer (7 MPa). Vattnet kokar och bildar ånga som leds till en turbin. Värmeväxlaren separerar det vatten som finns i reaktorsystemet och vattnet i turbinsystemet från varandra. Därför finns ingen radioaktivitet i en tryckvattenreaktors turbinanläggning. I Finland är båda reaktorerna i kärnkraftverket i Lovisa tryckvattenreaktorer. Tredje reaktorn i Olkiluoto är en tryckvattenreaktor. Kokvattenreaktor (BWR) I en kokvattenreaktor är trycket 70 atmosfärer (7 MPa). Vattnet kokar inne i reaktorn när det strömmar mellan bränslestavarna. Turbinen får därigenom ånga direkt från reaktorn. Ångan är radioaktiv och det är inte möjligt att vistas i närheten av turbinen när anläggningen är i drift. Direkt när anläggningen stoppas är turbinen tillgänglig. I en kokvattenreaktor saknas värmeväxlare för ångbildningen samt den utrustning som krävs för att upprätthålla ett nödvändigt tryck. Därigenom blir anläggningen enklare än en tryckvattenreaktor. I Finland representerar två reaktorer i Olkiluoto kokvattentekniken. Tryckvattenanläggning vatten ånga turbin elektricitet generator uranbränsle kondensor vatten pump kylvatten till havet kylvatten från havet reaktor pump Bild: TVO Kokvattenanläggning ånga turbin elektricitet vatten uranbränsle kondensor generator vatten pump kylvatten till havet kylvatten från havet reaktor 10 Bra att veta om kärnkraft pump Bild: TVO
Övriga reaktortyper Världens kärnkraftverk enligt typ år 2003, % Källa: IAEA Bränslet i de första reaktorerna var natururan och som moderatormaterial användes grafit. Detta material har tillräckligt goda egenskaper för att en reaktor skall kunna fungera med natururan som bränsle. Sådana reaktorer har varit i elproduktionsdrift i England sedan år 1956. I dessa Magnoxreaktorer används koldioxid i gasform som kylmedel. Fortfarande är i England 12 reaktorer av Magnoxtyp i drift. Grafit används som moderator även i reaktorer av RBMKtyp som utvecklades i Sovjetunionen. Som kylmedel används vatten. Varje bränsleelement finns i ett eget tryckrör i vilket kylvatten strömmar. Tryckrörskonstruktionen har den fördelen att inga tryckkärl med stora dimensioner behövs och att bränsle kan bytas medan reaktorn är i drift. De kanadensiska kärnkraftverkens reaktortyp, Candu, är också till konstruktionen en tryckrörsreaktor. Natururan används som bränsle i Candu reaktorerna och tungt vatten fungerar både som kylmedel och som moderator. I en molekyl av tungt vatten finns, som i vanligt vatten, en syreatom och två väteatomer men väteatomerna är dubbelt så tunga som normala väteatomer. En av sextusen naturvattenmolekyler är tungt vatten. Candureaktorns kylmedel strömmar genom tryckrör och moderatorn finns i en separat vattenmantel runt tryckrören. Några s.k. snabba reaktorer utan moderator är i drift i världen. Den viktigaste utvecklingsinsatsen inom detta område har utförts i Frankrike och före detta Sovjetunionen. I snabba reaktorer finns extra neutroner för att upprätthålla kedjereaktionen. Dessa används för att omvandla isotopen uran238 till klyvbar form. När kärnan i uran238 fångar upp en neutron omvandlas uranet till uran239 och vidare genom radioaktivt sönderfall till plutonium 239, som är en klyvbar eller fissil isotop. Exempel på reaktortyper 1 4 tryckkärl av betong 1. styrstavar 2. moderatortank 3. tryckrör 4. bränsleknippen 5. tungt vatten 6. bränsleknippen 7. turbin 8. matarvattenpump 9. huvudcirculationspump 10. ånggenerator 11. grafitmoderator inneslutning AGR 11 8 inneslutning 7 CANDU 7 RBMK 7 1 10 3 2 6 5 9 8 ångtrumma 4 11 9 8 Bra att veta om kärnkraft 11
Fusion Att utnyttja fusionsenergi för energiproduktion är en dröm som man försökt uppnå sedan 1950 talet. Värmeproduktionen i solen och andra stjärnor bygger på fusionsreaktion. Fysikaliskt är detta alltså ingen uppfinning. Det tekniska genomförandet av ett fusionskraftverk kräver däremot ännu ett betydande utvecklingsarbete. Fusionens tygling för energiproduktion är ändå lockande. Detta skulle ge en lösning på energiproblemen eftersom deuterium, som används som bränsle vid fusion, finns i nästan obegränsade mängder i till exempel världshaven. Fusionsreaktor Vid fusion bygger energiproduktionen på två lätta atomkärnors sammansmältningsreaktion som samtidigt frigör stora mängder energi. För energiproduktion är den lämpligaste reaktionen en reaktion mellan de tunga väteisotoperna deuterium (D) och tritium (T). Deuterium och tritiumkärnorna smälter samman och bildar tillsammans en heliumkärna och en neutron. Samtidigt frigörs stora mängder energi. Ett gram DTbränsle producerar upp till 95 000 kwh energi. Den största delen av den frigjorda energin överförs i form av rörelseenergi hos de neutroner som uppstår under reaktionen till den mantel som omger reaktorn. I manteln bromsas neutronerna upp och rörelseenergin omvandlas till värme. Värmen utnyttjas för produktion av ånga som används för traditionell elproduktion. Fusionsreaktionens igångsättning kräver en tillräcklig rörelseenergi hos utgångskärnorna för att den elektriska repulsionen mellan de positivt laddade kärnorna skall kunna överbryggas. Den enklaste metoden är att höja fusionsbränslets temperatur så mycket att den termiska energin i kärnorna övervinner den elektriska repulsionen. I mitten av bränslet är temperaturen cirka 100 miljoner och i ytterkanten cirka 2000 grader. Vid denna temperatur är bränslet fullständigt joniserat. Bränslet är i ett s.k. plasmatillstånd som kan anses vara materialets fjärde aggregationstillstånd efter gas, vätska och fast tillstånd. Den höga temperaturen är ett av de största problemen för utnyttjandet av fusionsenergin eftersom temperaturen ställer mycket stora krav på de material som används. Fusionsenergins fördelar Fusionsenergins goda sidor är, förutom tillgången på bränsle, säkerheten och miljövänligheten. Vid fusion är det inte möjligt att reaktionen skenar eller att en härdsmälta uppstår. Fusionsreaktorn producerar inte använt radioaktivt bränsle. Endast i själva reaktorns inre delar aktiveras material av bombardemanget av neutroner som frigörs vid fusionsreaktionen. Dessa delar måste hanteras som annat radioaktivt material i reaktorns rivningsskede. Avfallet är lågaktivt och kan återvinnas efter cirka hundra år. Vid fusion förenas två lätta atomkärnor i en reaktion som frigör en stor mängd energi. 12 Bra att veta om kärnkraft
JET fusionsreaktor JET Joint Undertaking Världens effektivaste fusionsreaktor JET finns i Culham i England. Fusionsforskning EU har en ledande ställning i världens fusionsforskning. EU äger och driver världens mest effektiva forskningsreaktor JET (Joint European Torus) som är av tokamaktyp och finns i Culham i England. Tokamakreaktorerna är de mest använda fusionsprovreaktorerna och de har gett goda provresultat. I tokamakreaktorerna hålls plasman samlad med hjälp av ytterst kraftiga magneter. Följande utvecklingssteg efter JET är byggandet av den internationella fusionsreaktorn ITER (International Thermonuclear Experimental Reactor). Huvudmålet med provreaktorn ITER Lite är att visa att fusionsenergin kan förverkligas teknisktvetenskapligt. Provreaktorns fysiska frågor är i princip utredda. Ännu återstår många svåra tekniska problem som kräver byggandet av provreaktorer för att kunna lösas. Det kommer att dröja ännu cirka 4050 år innan fusionen kan användas för kommersiell energiproduktion, eftersom den energi som producerats i provreaktorerna har varit lägre än den energi som åtgått till plasmans uppvärmning och sammanhållande. Även Finland deltar i den internationella fusionsforskningen via EU. Finlands fusionsforskning har samlats i ett forskningsprogram hos Tekes (Teknologiska utvecklingscentralen) och programmet koordineras av Statens tekniska forskningscentral, VTT. I arbetet deltar förutom VTT även andra forskningsanstalter och ett flertal industriföretag. Bra att veta om kärnkraft 13
Finlands anläggningar Kärnkraftverket i Olkiluoto finns i Euraåminne kommun. På västra sidan om kärnkraftverket byggs en ny kraftverksenhet. Bild: TVO Finland har två fungerande kärnkraftverk, Lovisa och Olkiluoto, båda med två reaktorer. Kärnkraftens andel i vårt lands eltillförsel år 2003 var cirka 26 %. Kärnkraftverken i Finland fungerar utomordentligt. Utnyttjandegraden som avspeglar kraftverkens tillgänglighet har till exempel varit i toppklass i världen. År 2003 var medeltalet för reaktorernas utnyttjandegrad nästan 94 %. Kraftverksenheterna i Finland har tillhört världens bästa under hela den tid de varit i funktion. Kärnkraftverket i Lovisa som ägs av Fortum Power and Heat Oy ligger på ön Hästholmen utanför Lovisa stad. Den första reaktorn i Lovisa färdigställdes år 1977 och andra reaktorn år 1981. Kraftverkets reaktorer är tryckvattenreaktorer (PWR) av typ VVER440 med en nettoeffekt på 488 MW. Den ursprungliga ryska basmodellen utvecklades enligt västerländskt säkerhetstänkande genom att komplettera anläggningens säkerhetssystem, bl.a. med en reaktorinneslutning. Tidigare användes endast bränsle tillverkat i Ryssland i Lovisa men sedan år 1998 används även brittiskt bränsle. Kraftverket i Olkiluoto som ägs av Industrins Kraft (TVO) finns i Euraåminne kommun cirka 20 km norr om Raumo. Den första reaktorn i Olkiluoto färdigställdes 1978 och den andra reaktorn år 1982. Kraftverkets reaktorer är svenskbyggda kokvattenreaktorer (BWR) med en nettoeffekt på 840 MW. Bränsle till Olkiluoto har levererats från Sverige, Tyskland och Spanien. Omfattande moderniseringsarbeten har utförts i båda anläggningarna. Syftet har varit att höja anläggningarnas kapacitet, förbättra anläggningarnas säkerhet och förlänga livslängden. Moderniseringsprojekten slutfördes år 1998 i Olkiluoto och år 2000 i Lovisa. Reaktorernas effekter ökade i Olkiluoto med totalt 260 MW och i Lovisa med cirka 100 MW. Kärnkraftverket i Olkiluoto kommer att byggas ut med en tredje enhet. Den nya kraftverksenhetens eleffekt är 1600 MW. Tryckvattenreaktorn som är av EPRtyp börjar producera el år 2009. Bränslet tillverkas vid anläggningsleverantörens bränslefabrik i Tyskland. Kärnkraftverket i Lovisa ligger på ön Hästholmen utanför Lovisa stad. Bild: Fortum 14 Bra att veta om kärnkraft
Kärnkraftverk i närområdet kring Finland Sverige Sverige har fyra anläggningar i drift med sammanlagt 11 kärnreaktorer. Av dessa är 8 av typ BWR och 3 av typ PWR. De äldsta reaktorerna färdigställdes i början av 1970talet och majoriteten under 1980 talet. Riksdagen i Sverige fattade ett principbeslut under 1980talet att lägga ned kärnkraften. I slutet av 1990talet ändrades lagstiftningen. Som en följd av detta stängdes enheten Barsebäck 1 i slutet av år 1998 i ett avtalsarrangemang mellan statsmakten och kraftbolagen. En stängning av enheten Barsebäck 2 har diskuterats. Villkoret för en stängning är att den elkvantitet som anläggningen producerar kan kompenseras genom energibesparingar eller med kapacitet som bygger på förnybara energiformer. Regeringen i Sverige utreder om nedläggningen av kärnkraften och drifttagningen av ersättande energi enligt de politiska besluten är möjlig. Kärnkraftskapaciteten i Sverige är cirka fyra gånger större än i Finland och täcker nästan hälften av Sveriges elbehov. Efter stängningen av enheten Barsebäck 1 har Sverige ökat elimporten från Finland och Danmark. Den minskning av vattenkraftmagasinen som började år 2002 på grund av det varma och torra vädret har också ökat importen av elektricitet. Det växande elbehovet medför en fortsatt ökad elimport till Sverige under de kommande åren. Ryssland I Ryssland finns för närvarande 9 kärnkraftverk med totalt 30 reaktorer i drift. Den sammanlagda kapaciteten överstiger rejält Finlands totala elproduktionskapacitet. Kärnkraftens andel av elproduktionen i hela Ryssland är 17 %. I den europeiska delen av landet är andelen 22 %. I Ryssland byggs för närvarande tre reaktorer som enligt planerna kommer att färdigställas under de närmaste åren. Dessutom förbättras tillgängligheten och reaktorernas livslängd förlängs i de anläggningar som är i drift. Säkerheten och driftsäkerheten har till exempel förbättrats genom ett internationellt samarbete i Sosnovyi Bor och Kolaanläggningarna som ligger närmast Finland. I Sosnovyi Bor finns fyra reaktorer av RBMKtyp, vardera med en nettoeleffekt på 925 MW. Enheterna togs i bruk åren 1973, 1975, 1979 och 1981. Kolaenheterna är reaktorer av VVER 440 typ (PWR) med en nettoeleffekt på 410 MW. De I Finlands närområde producerar Sverige, Litauen och Ryssland kärnkraftselektricitet. Källa: STUK två äldsta enheterna färdigställdes 1973 och 1974 samt de nyare 1981 och 1984. Litauen Litauen har ett kärnkraftverk, Ignalina, i drift. I anläggningen ingår två reaktorer av RBMKtyp. Reaktorerna började byggas i slutet av 70talet och blev klara 1983 och 1987. Kärnkraftverkets nettoeleffekt är totalt 2370 MW som täcker över 80 % av hela landets elförbrukning. Kraftverket byggdes ursprungligen inte för att enbart tillfredsställa elbehovet i Litauen utan som en del i nordvästra Sovjetunionens energisystem. När Sovjetunionen upplöstes övergick Ignalina i den Litauiska statens ägo. Efter olyckan i Tjernobyl har omfattande säkerhetsförbättringar gjorts på Ignalina liksom på andra reaktorer av RBMKtyp. En synnerligen viktig del av det ännu pågående säkerhetsprogrammet är personalens utbildning. Som en del i Litauens förhandlingar om medlemskap i EU fattades år 2000 beslut om en nedläggning i förtid av kärnkraftverket i Ignalina. Ignalina1 stängs senast år 2005 och Ignalina2 år 2009. Litauen har för närvarande inga ekonomiska möjligheter att på egen hand bygga upp en ersättande elproduktion och förhandlingar pågår med länder i väst om finansieringen av nya kraftverk. Bra att veta om kärnkraft 15
Kärnkraftverk i övriga världen Den första kärnkraftsreaktorn som var avsedd för energiproduktion togs i drift år 1954 i Sovjetunionen. Utvecklingsarbetet och byggandet av kärnreaktorer var även mycket livligt i USA, England och Frankrike under 1950 och 1960 talen. Kärnkraft för bredare kommersiellt bruk spreds under slutet av 1960talet och under 1970 talet. Därefter har reaktorernas grundkonstruktion i huvudsak varit lika medan säkerhetssystemen har utvecklats betydligt. Under de senaste decennierna har ett flertal olika typer av kärnkraftverk planerats och byggts på olika håll i världen. Bland dem har bara ett fåtal nått en bred kommersiell användning. Kärnkraftverkens reaktorer klassificeras i allmänhet utifrån det medium som bromsar neutronerna och det material som används som kylmedel i reaktorhärden. De mest allmänna är lättvattenreaktorerna där vatten fungerar både som moderator och som kylmedel. Dessa s.k. termiska reaktorer kan utnyttja högst ett par procent av energin i natururanet. De s.k. bridreaktorerna, som producerar mer nytt bränsle av natururan än de utnyttjar, är fortfarande på prototypstadiet. I slutet av år 2003 fanns totalt 440 kärnkraftverksenheter i drift i 32 olika länder i världen. Av dessa är nästan 3/4 antingen tryckvattenreaktorer (Lovisa) eller kokvattenreaktorer (Olkiluoto). Förutom de enheter som är i drift pågår byggandet av 32 enheter och planeringen av ungefär lika många. Den sammanlagda kapaciteten hos världens kärnkraftverk är cirka 360 000 MW och de producerar årligen cirka 30 gånger Finlands elbehov. Av hela världens elproduktion svarar kärnkraften för cirka 16 %. Inom EUområdet är andelen 35 %. Kärnkraftens andel av elproduktionen är störst i Litauen, Frankrike, Belgien, Ukraina, Sverige och Bulgarien. För närvarande sker den största utbyggnaden av kärnkraft i Asien: I Indien pågår uppförandet av 8 nya enheter samt i Japan och Kina 3 nya enheter vardera. Även kärnenergiprogrammet i Ryssland är inriktat på en klar ökning av kärnenergiandelen. Kärnkraftsbyggandet i Europa är koncentrerat till östra Europa. Kärnkraftens andel i olika länders elproduktion år 2002 Källa: IAEA 16 Bra att veta om kärnkraft
Kärnkraft som fjärrvärmekälla Världens kärnkraftverk har främst byggts för att producera elkraft. Kraftverkens egenskaper gör att de är bäst lämpade för produktion av elektricitetens s.k. baskraft. Oftast är anläggningarna placerade långt utanför tätorterna och att transportera värme är inte ekonomiskt lönsamt. Det finns inga tekniska hinder för att använda kärnkraft för produktion av fjärrvärme. Skillnaden mellan ett kondenskraftverk som enbart producerar elektricitet och ett fjärrvärmekraftverk som också producerar värme finns i turbinsystemet. Några kärnkraftverk främst i östra Europa producerar både elektricitet och värme. I Japan pågår utvecklingen av anläggningar där elproduktionen kan kombineras med ångproduktion för industrins behov. I några länder har även reaktortyper med små dimensioner utvecklats som enbart producerar värme och är lämpliga för fjärrvärmedrift. De är tekniskt enklare än elproducerande reaktorer. Kylmedlets temperatur är mycket lägre än i kraftverk som producerar elektricitet, till och med bara något över hundra grader. Då är också systemets tryck lågt. Det låga trycket och den lägre effekten än hos kraftverk som producerar elektricitet ger möjlighet till tillämpning av annorlunda tekniska lösningar. Säkerhetssystemen kan till exempel i huvudsak bygga på systemets passiva egenskaper utan aktivt fungerande apparatur som kräver energi utifrån. Över 2 miljoner finländare bor i bostäder uppvärmda med fjärrvärme. I Finland produceras fjärrvärme främst med naturgas, kol och torv. Bild: Helsingin Energia Bra att veta om kärnkraft 17
Reaktorns skydd Reaktorns skydd hindrar härden från att skadas i lägen då störningar inträffar i reaktorns normala kylfunktion. Utgångspunkten vid dimensioneringen av utrustningen är det läckage som skulle uppstå om det största röret som leder vatten till reaktorn brister. På grund av det höga trycket i reaktorn skulle vattnet i ett sådant fall strömma ut med hög hastighet vid brottet. Den ånga vattnet bildar skulle höja trycket och temperaturen i reaktorinneslutningen. Mätinstrumenten för temperatur och tryck skulle registrera det onormala förhållandet och följande aktiviteter och skyddsfunktioner skulle starta. Skyddsfunktioner Först startar reaktorns snabbavstängning som skjuter in styrstavarna i reaktorn inom några sekunder och avbryter reaktorns funktion. Samtidigt startar nödkylningen och pumpar vatten till reaktorn när vattennivån sjunker. För att nå en tillräcklig funktionssäkerhet är systemen kraftigt överdimensionerade så att redan en del av utrustningen kan garantera en tillräcklig kylning. En grupp dieselgeneratorer får startkommando. Därigenom får skyddsutrustningen elektricitet även om anläggningens förbindelse med elnätet skulle brytas. Igångsättningen av skyddsfunktionerna är ett händelseförlopp som automatiken sköter självständigt. Driftspersonalen behöver inte ingripa i händelseförloppet under inledningsskedet då många åtgärder måste utföras på kort tid. Därigenom säkras att ingen åtgärd blir outförd på grund av ett mänskligt fel. Ett samtidigt fel i alla nödkylningssystem är ett ytterst osannolikt läge. En så liten sannolikhet skulle inom många andra områden av det mänskliga livet uttryckas med orden att ett sådant läge inte förekommer alls. En möjlighet som skulle leda till detta är ett fullständigt avbrott i eltillförseln. I detta fall måste anläggningens samtliga förbindelser med elnätet brytas. Ingen av anläggningens dieseldrivna reservgeneratorer skulle heller få fungera. Beroende på anläggning finns 36 dieselgeneratorer att tillgå. Elkraften från en eller två reservgeneratorer räcker i alla nödfall. Betydelse av skyddsfunktioner Om inte någon nödkylningsutrustning fungerar vid en olycka kokar till slut allt vatten ur reaktorn. När vattnet inte längre transporterar bort värmen från bränslet stiger temperaturen till smältpunkten. Det smälta bränslet och härdens metalldelar rinner ned på reaktortryckkärlets botten och smälter så småningom hål i bottnen. Blandningen av smält metall och bränsle faller ned på bottnen i reaktorinneslutningen. När bränslet smälter frigörs de gasformiga och lättförångade klyvningsprodukterna som finns i bränslet. En del förblir gas och en del (t.ex. cesium) kondenseras till stoft vid nedkylningen. Materialet i stoftform lägger sig delvis på reaktorinneslutningens ytor, en del förblir svävande som aerosol i reaktorinneslutningens gasutrymme. Den härdmassa som har runnit ned på reaktorinneslutningens botten börjar hetta upp betongen nedanför som börjar frigöra gaser. Om det finns vatten på reaktorinneslutningens botten, kokar en del av detta på grund av den smälta massan och övergår till ånga. Om inte tryckkärlet kyls utifrån höjer ångan och gasen gradvis trycket i reaktorinneslutningen. 1. 2. Säkerhetssystemen vid kärnkraftverket i Lovisa 7. 8. 9. 3. 4. 5. 6. 11. 10. 14. 13. 12. 1. reaktorinneslutningens yttre nedkylningssystem 2. stålinneslutning 3. sprinklersystem 4. vätgaständare 5. iskondensor 6. nödkylningsvattentankar 7. luftfilter 8. extra nödmatarvatten pumpar 9. uranhärd 10. nödkylningspumpar 11. nödkylningspumpar, högtryck 12. nödmatarvatten pumpar 13. elmatning från vattenkraftverk 14. reservelmatning från dieselgeneratorer Bild: Fortum 18 Bra att veta om kärnkraft
Reaktorinneslutning Reaktorinneslutningen är dimensionerad för att hålla för det tryck som orsakas av utströmmande ånga ur reaktorn. Hur stor tryckökningen blir beror på reaktorns vattenmängd och reaktorinneslutningens volym samt reaktorinneslutningens eventuella trycksänkningssystem. Konstruktionstrycket för olika anläggningars reaktorinneslutningar kan därför vara mycket varierande. Trots detta fyller de det gemensamma konstruktionskravet enligt vilket effekterna vid en sådan olycka, som utgör grunden för konstruktionen, praktiskt taget helt begränsas till reaktorinneslutningen. Trycket kan till exempel sänkas genom att kyla reaktorinneslutningen eller genom att släppa ut gas genom ett filter. Filtreringen avlägsnar den största delen av det material som är i stoftform i gasen och som annars skulle medföra en radioaktiv förorening av ytjorden i omgivningen runt kraftverket. Trots att en härdsmälta är ytterst osannolik beaktas en sådan i de senaste säkerhetsbestämmelserna. I många länder har ändringar utförts på anläggningar i drift för att begränsa effekterna på omgivningen vid en olycka som leder till härdsmälta. Kärnkraftverkens säkerhet Risken med ett kärnkraftverk beror på de radioaktiva material som samlas i bränslet under reaktorns drift. Materialens strålenergi utvecklar värme även efter att reaktorn stängts av. Denna s.k. resteffekt är i början några procent av värmeeffekten under reaktorns drift men minskar så småningom. Om värmen inte skulle transporteras bort från reaktorhärden genom kylning, skulle värmen vara tillräcklig för att smälta bränslets gastäta kapselrör och själva bränslet. Radioaktiva material skulle då kunna frigöras från reaktorn till inneslutningen. Förutsättningen för att ett kärnkraftverk skall vara säkert är att bränslets kylning fungerar under alla förhållanden. Kärnkraftverkens säkerhet bygger på ett mångfacetterat djupt säkerhetstänkande. All utrustning och alla funktioner planeras utifrån speciella säkerhetskontroller där höga kvalitetskrav och tillräckliga säkerhetsmarginaler tillämpas. Trots detta utgår man från antagandet att fel i anläggningen kan inträffa och att anläggningens operatör kan göra fel. Därför förses anläggningen med säkerhetssystem som övervakar funktionen. Alla funktioner som är viktiga för säkerheten säkras med flera parallella system och utrustningar för att uppnå en hög tillförlitlighetsnivå. Med speciella skyddsutrustningar och konstruktioner mildras effekterna vid en eventuell olycka. Förutom utrustningarna i sig ser man till att användningen av utrustningarna sker på ett tillförlitligt sätt genom att med kontinuerlig utbildning upprätthålla en hög kompetensnivå hos personalen. För att minimera den risk som bränslets radioaktivitet medför bildas en helhet bestående av flera skyddszoner innanför varandra. Det första hindret för spridning av radioaktivitet är bränslekutsen av uranoxid som inom sig binder de klyvningsprodukter som uppstår. Den andra skyddsmuren är det metallrör som används som kapsel runt bränslestavarna och den tredje barriären utgörs av reaktortryckkärlet. Det sista hindret är den gastäta reaktorinneslutningen. Utgångspunkten för säkerhetstänkandet är att någon skyddszon kan fela men de övriga skyddszonerna tryggar ändå säkerheten. Kärnkraftverkens säkerhet bygger på principen om flera kapslingar innanför varandra. Bra att veta om kärnkraft 19
Säkerhetsplaner för nya kärnkraftverk Sannolikheten för olyckor vid kärnkraftverk är liten. Ändå är trycket på en fortsatt minskning av riskerna större för kärnkraften än för någon annan energiform. Kärnkraftverken måste fylla de gällande säkerhetskraven i Finland. Säkerhetskravens generella principer ingår i statsrådets beslut och detaljerna i Strålsäkerhetscentralens anvisningar. Säkerhetsplanerna bygger på riskanalyser i vilka bedömningar utförs av effekterna vid olika typer av funktionsstörningar på anläggningens system och omgivning. Riskanalyserna indikerar säkerhetsnivån hos anläggningens olika funktioner och utrustningar i jämförelse med varandra. Med analyserna som grund inriktas de tekniska förbättringarna på åtgärder som är de effektivaste för säkerheten. Tekniska eller yttre faktorer respektive det mänskliga agerandet kan orsaka driftstörningar. I ytterst osannolika lägen kan en störning leda till en allvarlig olycka. Kärnreaktorn bör naturligt försöka motverka effektändringar och förbli stabil utan kontinuerliga ingripanden från reglersystemen. Reaktorhärdens reaktivitet minskar till exempel vid en ökning av bränslets och kylmedlets temperatur eller ånghalten i kylmedlet. Reaktorn förblir i säkert läge tack vare de passiva egenskaperna. Allvarliga reaktivitetsolyckor som en följd av driftstörningar är inte möjliga. En kraftverksenhet utrustas med många olika säkerhetssystem som bygger på flera parallella och oberoende delsystem. I nya kärnkraftverk är grunden för ett säkerhetssystem som garanterar säkerheten de enkla basfenomen enligt naturlagarna. I moderna kärnkraftverk bygger de primära säkerhetsfunktioner såsom avstängning av reaktorns funktion och restvärmekylning på olika automatiska system. Den risk ett kärnkraftverk medför är på nuvarande anläggningstekniska nivå så liten att en riskeliminering med hjälp av reaktorer som bygger på passiva säkerhetssystem inte i praktiken har någon betydelse jämfört med den totalrisk människan möter i sitt liv. Under senare tid har allt större uppmärksamhet fästs vid mänskliga misstag som en faktor som påverkar kärnkraftverkens säkerhet. Driftpersonalens utbildning har effektiviserats och anvisningarna för driften förbättrats. Avancerade kraftverkssimulatorer förmår noggrant simulera en anläggnings beteende. I dessa kan driftpersonalen öva de driftsåtgärder som behövs både vid normaldrift och i störningslägen. I nya anläggningar minskas också möjligheterna till mänskliga misstag genom ändamålsenliga anvisningar, förfaringssätt och utbildning samt genom kvalitetssäkring. Kontrollrumspersonalen utbildas i anläggningens drift bl.a. i simulatorer, som även används för att öva undantagssituationer. Bild: TVO 20 Bra att veta om kärnkraft
Kärnkraftverkens yttre riskfaktorer Kärnkraftverken skyddas så väl som möjligt mot yttre riskfaktorer. Sådana är till exempel olika naturfenomen, störtande flygplan, terroristattacker eller krigstillstånd. Ett kärnkraftverk är på grund av de strukturella säkerhetsfaktorerna ett svårt attackobjekt. Reaktorn och de närmaste systemen befinner sig på grund av strålskärmningen inne i stabilt byggda betongkonstruktioner. Dessa omges av en trycktålig reaktorinneslutning. Dessutom är de utrustningar som svarar för säkerheten placerade i olika lokaler för att en samtidig skada på grund av avsiktlig eller oavsiktlig påverkan utifrån inte skall vara möjlig. Likaså placeras kraftverkets reservkraftaggregat på olika håll inom anläggningsområdet för att energitillgången skall kunna säkras vid en olycka. En terroristattack skulle, för att orsaka allvarlig skada på ett kärnkraftverk, kräva ingående information om anläggningens konstruktion och utrustningens funktioner. För att förhindra terroristverksamhet finns övervakningssystem vid kärnkraftverken med uppgift att upptäcka och varna vid obehöriga intrång samt att försvåra ett intrång så mycket som möjligt. Dessutom skyddas reaktorn av olika skyddsfunktioner för felaktiga driftåtgärder. Skyddsfunktionerna försöker alltid att återföra reaktorn i säkert läge. I ett kärnkraftverks konstruktion beaktas de Det är möjligt att bygga nya kärnkraftverk så att de till och med tål ett kolliderande stort passagerarplan utan påtagliga effekter på omgivningen. Beredskapen för flygplanskollisioner skyddar även anläggningen för övriga yttre hot. naturförhållanden som gäller för det aktuella området. Jordskalv är till exempel en central faktor vid dimensioneringen av utrustning och konstruktioner speciellt i områden med risk för jordskalv. Finland befinner sig på ett urbergsområde där kraftiga jordskalv inte förekommer. Välbyggda byggnader skadas inte av skakningarna vid de jordskalv som sannolikt förekommer i Finland. Kärnkraftens risker Den risk ett kärnkraftverk utsätter de boende i omgivningen för är mycket liten jämfört med många av de risker som människorna utsätts för i det dagliga livet. Mycket få olyckor med omgivningseffekter har inträffat vid kärnkraftverk. Därför kan inte risken beräknas med hjälp av olycksstatistik vilket sker inom många andra områden. Med risk förstår vi sannolikheten för att vi utsätts för något oönskat inom en bestämd tidsrymd. Cirka trehundra finländare dör i vägtrafiken årligen. Med statistiken som grund är finländarens risk att dö i en trafikolycka under kommande år 300 dividerat med fem miljoner, dvs. 0,06 %. De risker som kärnkraftverken medför bedöms beräkningsmässigt eftersom ett statistiskt underlag saknas. De olyckstyper som eventuellt förkommer vid ett kärnkraftverk samt olyckornas följdeffekter på omgivningen definieras. Risken för respektive typ av olycka bestäms enligt följdernas omfattning och sannolikheten för en olycka. Metoden kallas för sannolikhetsbaserad säkerhetsanalys. Sådana säkerhetsanalyser har utförts för en stor mängd kärnkraftverk i världen. I Finland har analyser utförts för både Lovisa och för Olkiluoto. Resultaten visar att den risk ett kärnkraftverk medför är en bråkdel jämfört med många risker i det dagliga livet. Risken med kärnkraften upplevs ofta som mycket större än den verkligen är eftersom risken inte är frivillig. Vi accepterar risken med vår egen tobaksrökning eftersom vi fattar beslutet själva. Vi ställer oss redan mycket mer kritiska till risken vid passiv rökning. En risk som samtidigt gäller många människor upplevs också som mycket farligare än en risk som bara avser en människa per gång. Nya och okända risker betraktas helt naturligt med större misstro än gamla välkända faromoment. Bra att veta om kärnkraft 21