Kokvattenreaktor och tryckvattenreaktor

Det skulle krävas en kärnfysiker till att förklara exakt och i detalj hur ett kärnkraftverk fungerar. Ett enklare sätt att förklara funktionen är genom att jämföra ett kärnkraftverk med en mycket avancerad vattenkokare. I Sverige använder vi två typer av reaktorer – kokvattenreaktorer och tryckvattenreaktorer.

I en kokvattenreaktor använder man uran som bränsle för att skapa energi i ett kärnkraftverk. Inuti uranbränslet finns atomkärnor, som när de klyvs, skapar värme. Värmen kokar det vatten som finns inuti reaktortanken. Kokande vatten bildar ånga som i sin tur driver en turbin. Turbinen, med kraft från ångan, driver sedan generatorn där själva elen alstras. Man använder även havsvatten som kyler ner ångan till vatten inuti en kondensor. Därefter pumpas vattnet tillbaka till reaktorn där det värms upp på nytt.

I tryckvattenreaktorn klyvs också atomkärnorna i uranbränslet, vilket gör att värme uppstår. Värmen hettar upp vattnet i reaktortanken (på samma sätt som i kokvattenreaktorn). Men sedan förs det här vattnet via ett högt tryck och hög temperatur upp till en ånggenerator. Rent praktiskt leds vattnet via tusentals små rör som hettas upp. Därefter pumpas vattnet tillbaka till reaktortanken där det värms upp på nytt. Turbinen drivs med hjälp av att de heta rören omvandlar vattnet till ånga inuti ånggeneratorn, ångan driver turbinen. Turbinen driver generatorn där elen alstras, precis som i kokvattenreaktorn. Sedan kyler havsvatten ner ångan så att den återgår till vatten inuti kondensorn. Vattnet pumpas slutligen till ånggeneratorn. Det här är endast en generell och mycket enkel beskrivning av hur det fungerar.

Styrstavar och atomklyvning

Förutom att vatten används i en reaktor finns det även styrstavar, de används för att reglera effekten samt för att man på ett säkert sätt ska kunna stänga av kärnreaktorn. Styrstavarna består till viss del av ett material som drar till sig neutroner. Det är när uranet (själva bränslet) bestrålas med de här neutronerna som atomkärnan klyvs. När det sker frigörs fler neutroner som i sin tur bildar en kedjereaktion som av egen kraft fortsätter. Det är här styrstavarna kommer in i bilden. Utan dem hade kedjereaktionen blivit okontrollerbar och kunnat leda till härdsmälta och sedan en explosion, vilket var det som skedde i Tjernobyl. Styrstavarna saktar ner processen och fångar dessutom upp den större delen av neutronerna vilket gör processen hanterbar.

Vid klyvning av atomer uppstår stora mängder värme. Den leds sedan, via vattenrör, in till en värmeväxlare som sedan för över energin till ångturbinen (som driver generatorn) och omvandlar slutligen energin till elektricitet. När man kyler ner kärnreaktorn bildas en stor mängd överskottsvärme som man leder ut i havet. Det är därför de flesta kärnkraftverk byggs på kusten. Verkningsgraden hos en kärnreaktor är cirka 30 %, vilket innebär att cirka en tredjedel av energin som genereras i kärnreaktorn används till elektricitet och två tredjedelar förloras i form av spillvärme.

Halveringstid – så länge är avfallet radioaktivt

En av de stora utmaningarna med kärnkraft är uppkomsten av det radioaktiva avfallet som bildas. Radioaktivt avfall har mycket lång halveringstid, vilket är ett begrepp som ofta användas för att beskriva hur snabbt ett ämne kan sönderfalla. Exempelvis har uran, som är bränslet i kärnkraftverk, en halveringstid på flera miljarder år. Rent praktiskt betyder det att om du har 1 kilo uran idag så kommer det finnas kvar 0,5 kilo efter en viss tidsperiod. När man pratar om kärnkraft är det själva radioaktivitetens halveringstid som är det viktiga – hur länge är avfallet radioaktivt. Det avfall som bildas inom kärnkraften idag tar ungefär 100 000 år innan radioaktiviteten har sjunkit till normala nivåer (de nivåer som finns naturligt i uranmalmen från början). Men för att människor och djur ska vara säkra från radioaktivitet under vår livstid kapslar man noggrant in avfallet och förvarar det. I Sverige har vi sedan 1980-talet mellanlagrat avfallet i Oskarshamn, i väntan på ett slutförvar (där det sedan ska förvaras under mycket lång tid, tills avfallet inte längre är skadligt). Man förvarar avfallet på olika sätt beroende på hur radioaktivt det är samt om det är i fast eller flytande form.

Mellanlagring och slutförvar

Till en början förvaras avfallet i bassänger vid kärnkraftverken, där ligger det i cirka ett år. I bassängerna kyls avfallet ner. Vattnet är även praktiskt eftersom det även skyddar mot strålningen. Efter ett år har den mest skadliga radioaktiviteten sjunkit till den grad så att det är möjligt att flytta avfallet. Det transporteras med stor försiktighet till mellanlagret Clab i Oskarshamn.

Inuti stora bergrum insprängda cirka 50 meter under marken finns bassänger där avfallet placeras. Här ligger det i cirka 40 år innan det går vidare till slutförvaring. Var kärnavfallet i Sverige ska slutförvaras har nyligen beslutats. I januari 2022 beslutade regeringen att slutförvaret av kärnbränsle ska ske vid Forsmarks kärnkraftverk. Man beslutade även i samband med det att tillåta en inkapslingsanläggning i Oskarshamns kommun. Slutförvaret är uppbyggt enligt en metod som kallas för KBS-3, vilket i korthet innebär att avfallet inkapslas med tre olika barriärer som ska skydda mot strålning. Ett skikt består av koppar, ett skikt av bentonitlera (en jordart och sedimentär bergart) samt ett skikt av berg – själva berget där anläggningen kommer ligga insprängd. Än så länga slutförvaras ingenting eftersom anläggningen inte är byggd än. Ärendet måste först prövas i mark- och miljödomstolen som kommer ställa villkor på hur anläggningen ska skötas.

Kärnkraft i Sverige – 3 kärnkraftverk

I Sverige finns det sex kärnreaktorer som används och dessa är fördelade på tre kärnkraftverk: Forsmark, Oskarshamn och Ringhals. I Forsmark finns tre aktiva reaktorer, i Oskarshamn används numer endast en (två stängdes ner 2017) och i Ringhals används idag två (varav två stängdes ner 2019 och 2020). Planen för samtliga av våra kärnkraftverk är att de ska användas fram till 2040. Tidigare fanns även Barsebäck kärnkraftverk med två reaktorer, verket stängdes ner 1999 och 2005 och håller nu på att avvecklas i samband med avvecklandet av Oskarshamns reaktorer 1 och 2.

För- och nackdelar med kärnkraftverk – rent men livsfarligt

Den största frågan om kärnkraft handlar om hur säkert det är samt hur miljövänligt det är. Koldioxidutsläppen är förhållandevis låga under hela livscykeln för ett kärnkraftverk, jämfört med många andra energikällor. Däremot innebär avfallet eventuella risker eftersom det är radioaktivt. Det måste lagras under oerhört lång tid, upp emot 100 000 år. Det sätter även krav på de anläggningar där avfallet slutförvaras – de måste uppnå kraven för strålskydd under lika lång period. Här är kärnkraftens för- och nackdelar:

Fördelar med kärnkraft

• Små koldioxidutsläpp under hela livscykeln (2,5 gram CO2/kWh)
• Fossilfri energi
• En stabil energikälla som dessutom är planerbar (till skillnad från exempelvis vindkraft)

Nackdelar med kärnkraft

• Radioaktivt avfall
• Slutförvaring måste ske i upp mot 100 000 år
• Finns risk för härdsmälta och explosion – Tjernobyl är ett exempel på det
• Inte en förnyelsebar energikälla eftersom den baseras på uran som beräknas finnas i cirka 50 – 100 år till

En framtid med eller utan kärnkraft?

I energiöverenskommelsen under 2016 som togs fram mellan flera partier sattes ett nytt miljömål upp: att Sverige ska ha 100 % förnybar elproduktion år 2040. Dock sattes aldrig något stoppdatum för kärnkraften i samband med det. Inom energibranschen anser de flesta att nya kärnkraftanläggningar skulle vara olönsam, det är därför sannolikhet att kärnkraften i Sverige avvecklas helt och hållet till 2040, det beror på verkens tekniska livslängd. De yngsta kärnkraftverken i Sverige byggdes under 1980-talet och vid 2040 kommer de ha nått slutet för sin tekniska livslängd.

Tyskland är hittills det enda landet i världen som fattat ett beslut om att avveckla kärnkraften helt och hållet. Andra länder, som Kina, Frankrike, Indien, Ryssland och USA anser istället att en utvidgning av kärnkraften är positivt eftersom det ytterligare är ett sätt att förse planeten med energi utan att öka koldioxidnivån.

Vanliga frågor och svar