Framtidens kärnkrafts-el-energikällafission och fusion? Elisabeth Rachlew Fysik, KTH och Energiutskottet, KVA Sätt in kärnkraften i sammanhanget av elproduktion i Sverige Vad händer inom fission- nya kärnkraftverk? Fusionsforskningen- när får vi ett fusionskraftverk? www.kva.se/vetenskap i samhället/energi www.energikommissionen.se Västerås, 2015-11-12
El-energi produktion Sverige 1970-2014 TWh Källa: Energimyndigheten
Sveriges totala Mton utsläpp, TWh kärnkraft, % fossilt Mton,TWh,% 100 90 80 70 60 % fossilt Utsläppen Mton 50 40 30 20 10 TWh kärnkraft 0 1970 1990 2012
Primärenergi Olja Kol Gas Kärnkraft Vatten Bio Vind Sol Energibärare Elektricitet Värme Drivmedel Mton CO2 1,5 24 (Fjärrvärme 5,7) 21
Sveriges eleffektproduktion mars 2015 Effekt MW Källa: Svenska kraftnät
Kärnkraft från från fusion och fission genom ökningen av bindningsenergin i produktkärnan.
Generation IV - fissionskraftverksutveckling www.gen-4.org
Med GenIV kärnkraftsverk används det tidigare kärnbränslet för nytt bränsle och reducerar halveringstid, och tid och volym som avfall måste lagras.
För att kontinuerlig producer 1 GW elektrisk energy krävs PWR 3,500,000 tonnes of coal Significant impact upon the Environment especially CO 2 emissions 200 tonnes of Uranium Low CO 2 impact but challenges with reprocessing very long-term storage of hazardous wastes Proliferation Enrichment 1 tonne of Thorium Low CO 2 impact Can eliminate Plutonium and radioactive waste Reduced quantity and much shorter duration for storage of hazardous wastes No enrichment No proliferation
EN IDE- transmission över kontinenten?
International thermonuclear experiment reactor ITER fusionsenergins genombrott? Latin: Vägen
PLASMA varmt, varmare, varmast 100 miljoner grader
Energi för framtiden? Kärnkraft- fission och/eller fusion Atomic Mass Vid förbränning av kol sker en kemisk reaktion med energier några ev vid en temperatur av ca 1000 grader Vid förbränning av kärnbränsle sker en kärnreaktion med energier av MeV vid en temperatur av 100 miljoner grader Z SKILLNADEN mellan en kemisk reaktion (t.ex oljeförbränning) och en kärnreaktion? Energiutbytet miljoner gånger effektivare vid en kärnreaktion!
Snabb fusionshistoria 1946- Thomson & Blackman vid Imperial College registrerar patent- termonuclear plant - hemligstämplas. 1946- pincheffekten bakom stängda dörrar.. (Spitzer, Princeton m fl) 1956- Khrushchev statsbesök till UK. Kurchatov ger seminarium On the possibility of producing thermonuclear reactions in a gas discharge 1958 Geneve konferens om fusionsforskning- allt startar.1960 1980 fusionsforskning i Europa, USA, Ryssland 1983 JET experiment i Oxfordshire, UK startar. EURATOM- Europeiskt experiment 2005 beslut om ITER placering Cadarache, Frankrike, 7 partners Europa, Japan, Ryssland, USA, Kina, SydKorea och Indien.
FUSIONSENERGI The combined mass of the two small nuclei is greater than the mass of the nucleus they produce E=mc 2 T 13 + D 2 1 He 4 + n + Energy mass
Hur kan plasmat inneslutas? Sol
Inneslutning av varma plasma Tokamak, from the Russian words: toroidalnaya kamera, magnitnaya katushka meaning toroidal chamber and magnetic coil A tokamak is a toroidal plasma confinement device with: External coils to provide a toroidal magnetic field. A transformer with a primary winding to produce a toroidal current in the plasma. The current generates a poloidal magnetic field and therefore twisted field lines. The current provides plasma heating Inneslutningskvalitet Energi-inneslutningstid (te)
Inuti JET (~100 m3 volym) www.jet.efda.org
JET Vacuum Vessel #60753 Remote handling robotic arm ELMs divertor region
Komplexitet - JET Fusionsplasmats egenskaper mäts med fusionsplasmadiagnostik. 53 olika JET diagnostiska system producerar data: 0.2Mb (1983), 10Gb (2000).
ITER, the Next Step is truly international * (International Thermonuclear Experimental Reactor) Tokamak 2-3 times larger than JET Plasmas will last 5-8 minutes Develop reactor technologies Building cost $ 4 billion Ready for operation 2015 28 metres high Volume 1330 m 3 Heating Power 50 MW Standard man Fusion Power 500 MW * EU, USA, JAPAN, RUSSIA, CHINA, S. KOREA, INDIA
Storleken av ITER Inuti ett kolkraftverk..
Europeisk samverkan
JET ----- ITER ------ DEMO, naturlig progression med fusion på elnätet inom 30 år. Fusion kan bli en viktig komponent i energiportföljen under 21a seklet. JET ITER DEMO
En framtida fusionsreaktor... Energetic neutrons escape magnetic field and penetrate Lithium blanket Heat extracted to drive a steam generator and produce electricity
Vad kan vi göra i Sverige för att denna nya energikälla skall bli tillgänglig för jordens befolkning? 1. Utbildning- kärnkraftens utnyttjande till fusionsenergi skulle vara ett fredligt, miljövänligt och långsiktigt energitillskott 2. Social acceptans- en politisk vilja måste skapas att utveckla och utnyttja denna nya energiform 3. Fusionsforskningen måste klassas som energiforskning- Sverige är fn det enda land i Europa där så ej är fallet.
Information om fusion, om JET, om ITER: www.jet.efda.org www.iter.org www.cpepweb.org (contemporary physics education project) G McCracken & P Stott: Fusion. The energy of the universe, Elsevier, Academic Press, 2005 T Adolfsson: Fusion framtidens energikälla?, Utbildningsradion, 1982 Svenska Dagbladet :Fusion-närmare än någonsin, 20040307 E Rachlew & J Scheffel: Fusion i 21:a århundradet-en vital del av energiförsörjningen, Kosmos 2004 Scientific American, September 2006, Energy s future beyond carbon
TACK för Er uppmärksamhet! erk@kth.se