Kärnreaktioner
• En reaktion mellan två atomkärnor kan åstadkommas
genom att låta två atomkärnor kollidera med tillräckligt
hög energi (så att den elektrostatiska repulsionen övervinns).
• Vid en kärnreaktion kan nukleoner överföras från en
av de kolliderande kärnorna till den andra.
Exempel
4
2
He +
14
7
N
17
8
O
+
1
1
H
Vid en kärnreaktion kan energi vinnas eller förloras
(beroende på kolliderande kärnor och restprodukter).
Fission
När en 235U kärna fångar in en neutron (med låg energi) så finns en
stor sannolikhet att den sönderdelas i två nya kärnor, samtidigt som
ett antal (1-5) neutroner frigörs.
Denna process kallas för fission.
Ungefär 200 MeV energi frigörs per fission.
Detta är en oerhört stor energimängd,
vilket inses av att fission av ett kg 235U
skulle ge en energi på ca
82·1012 J = 22777777 kWh
Kedjereaktion
De neutroner som frigörs vid fission av 235U kan användas
till att fissionera nya 235U kärnor, härvid produceras nya neutroner
som kan användas …. kedjereaktion
• Okontrollerad fission fissionsbomb
• Kontrollerad fission kärnreaktor
n
U
Kärnreaktorer
I en kärnreaktor har följande komponenter en viktig funktion.
• Bränsleelement: Innehåller det
klyvbara ämnet
•Moderator: Bromsar ner de
producerade neutronerna till
termiska neutroner. I många
reaktorer används vatten som
moderator, och utnyttjas
samtidigt till att ta upp den
värmeenergi som produceras
vid fissionen.
• Kontrollstavar: Fångar upp (absorberar)
neutroner och hindrar dem därmed att
fissionera fler kärnor. Nettoeffekten blir
att från varje fission utnyttjas en neutron
till att producera en ny fission; reaktorn
sägs fungera kritiskt.
Kärnkraft i Sverige
Från http://www1.sydkraft.se/bkab/
• 1. I reaktorn finns uranbränsle och vatten.
• 2. När uranet klyvs frigörs energi som värmer
det omgivande vattnet.
• 3. Vattnet börjar koka, ånga bildas.
• 4. Ångan leds vidare till turbinen.
• 5. Ångan träffar med hög hastighet turbinens
skolvar. Turbinaxeln roterar med 3.000
varv per minut.
• 6.Turbinen driver den generator som alstrar elektriciteten.
• 7. Elen leds vidare via kraftledningar till de olika förbrukarna.
• 8. När ångan avgett sin energi i turbinen leds den vidare till kondensorn som består
av ett stort antal smala rör genom vilka havsvatten pumpas. När ånga träffar
utsidan av rören kondenseras den, det vill säga blir vatten.
•9. Vattnet pumpas tillbaka till reaktorn där det värms upp igen för att
göra ett nytt kretslopp.
Reaktorerna i Barsebäcksverket och Oskarshamnsverket är så kallade
kokarreaktorer (Boiling Water Reactor,BWR).
Kärnkraft i Sverige
RINGHALS
Ägare: Vattenfall (helägt)
1975: Aggregat 2 915 MW
1976: Aggregat 1 825 MW
1981: Aggregat 3 960 MW
1983: Aggregat 4 960 MW
FORSMARK
Ägare: Vattenfall (delägt)
1980: Aggregat 1 1.006 MW
1981: Aggregat 2 1.006 MW
1985: Aggregat 3 1.200 MW
Avfall
BARSEBÄCK (Nedlagt)
Ägare: Barsebäck Kraft AB
(Ingår i Sydkraftkoncernen)
1975: Aggregat 1 615 MW
1977: Aggregat 2 615 MW
OSKARSHAMN
Ägare: OKG AB
1972: Aggregat 1 465 MW
1974: Aggregat 2 630 MW
1985: Aggregat 3 1.205 MW
Kärnfysik
Nackdelar med kärnreaktorer
• En mängd radioaktiva ämnen skapas,
en del med mycket lång halveringstid.
Förvaring av radioaktiva restprodukter
under mycket lång tid!
• Fissionsprocessen sker kritiskt,
vilket medför risk för härdsmälta.
• Begränsad mängd kärnbränsle
tillgängligt.
Alternativ:
• Fusion
• Acceleratorbaserad teknik
för energiproduktion
Fusion
• Mer energi per nukleon kan vinnas vid sammanslagning
(fusion) av lätta kärnor än vid klyvning (fission) av tunga.
• Det finns massor av deuterium (2H) i havet, vilket är lätt
att separera från vanligt väte.
• För att överkomma den elektrostatiska repulsionen måste
energi tillföras. Om termisk energi i en gas (plasma) utnyttjas
så måste gasen (plasman) ha en temperatur på ca 4·108 K!
• Förekommer i stjärnor och fusionsbomber (vätebomb).
Fusionsreaktorer
Hitills har alla försök att i laboratoriet
skapa en fortvarig fusionsprocess ”kostat”
mer energi än vad som vunnits.
Ett problem är att hålla den oerhört heta
plasman innesluten tillräckligt lång tid.
Magnetisk inneslutning:
(t ex Tokamak reaktorn i Princeton)
Centralskolan
