Atomreaktor
Fra Wikipedia, den frie encyklopedi
Nøyaktighet: Denne artikkelens faglige presisjon er omstridt, eller den kan inneholde faktafeil. Se diskusjonssiden for detaljer.En atomreaktor er en innretning hvor en kjernefysisk reaksjon foregår under kontrollerte forhold. I praksis er det til dags dato kun snakk om spaltbart materiale som undergår kontrollert kjernespaltning (fisjon), men reaktorer hvor den motsatte prosessen, kjernesammensmelting eller fusjon, foregår er også mulige i teorien. Spaltbart materiale kan være anriket uran, naturlig uran, eller plutonium. Det knytter seg forhåpninger til bruk av thorium i atomreaktorer, men dette er foreløpig ikke blitt realisert. De aller fleste atomreaktorer drives med lavanriket uran, der ca. 3% av uranet i brenselet utgjøres av isotopen 235U. Formålet med en atomreaktor er som regel å produsere varmeenergi som igjen omdannes til elektrisk energi i et system der varmen brukes til å koke vann, og dampen ledes gjennom turbiner koblet til generatorer. Atomreaktorer brukes også til å produsere plutonium til bruk i atomvåpen. Det finnes idag ca 440 reaktorer i verden.
Innhold |
[rediger] Prinsipp
Det underliggende prinsippet for både atomvåpen og atomreaktorer er kjernespaltning. Enkelte tunge radioaktive grunnstoffer har isotoper der atomkjernen kan brytes ned ved at den deler seg og gir opphav til to nye atomer (spaltningsprodukter), i tillegg til noen nøytroner (som regel 2-3) med høy energi. Dette skjer svært sjeldent spontant, men for uranisotopene 233U, 235U og plutoniumisotopen 239Pu vil bestråling av atomkjernene med nøytroner med nokså lav energi få en relativt stor andel av de bestrålte atomkjernene til å spaltes. Kjernespaltningen frigjør store mengder energi som omdannes til varmeenergi, og der er denne energien som brukes i et atomkraftverk. Ved å utforme brenselselementer og reaktor på en slik måte at de høyenergetiske nøytronene som dannes ved kjernespaltningen får redusert sin energi kan man oppnå en kjedereaksjon. For å redusere energien til nøytronene bruker man moderatorer. Stoffer med lav atomvekt, f.eks. vann, tungtvann og grafitt er gode og mye brukte moderatorer. Det finnes også reaktorer der høyenergetiske nøytroner blir brukt.
For at en kjedereaksjon skal komme i stand må hver kjernespaltning gi opphav til minst det antallet nøytroner som er nødvendig for å skape en ny kjernespaltning. Dersom det produseres flere nøytroner enn dette, kan kjedereaksjonen løpe løpsk, noe som kan føre til en kjernefysisk nedsmelting, eller i verste fall en kjernefysisk eksplosjon. For å kontrollere kjedereaksjonen, kan overskuddet av nøytroner fanges opp av regulerbare reaktorkomponenter, kontrollstaver, som kan føres inn og ut av reaktorkjernen og dermed regulere nøytronfluksen. Kontrollstavene er laget av stoffer med god evne til å ta opp nøytroner, f.eks. kadmium.
[rediger] Klassifikasjon
Atomreaktorer kan klassifiseres på bakgrunn av bl.a. konstruksjon, reaksjonstype, moderatorstoff, kjølemiddel og formål. Under følger en liste over noen reaktortyper klassifisert etter konstruksjon. I tillegg til disse finnes det bl.a. enkelte reaktorer, såkalte formeringsreaktorer, som er i stand til å produsere mer spaltbart materiale enn det som kreves for å drive dem, hovedsakelig ved at 238U, som utgjør hoveddelen av uranet omdannes til 239Pu ved at 238U tar opp et nøytron og omdannes til 239U, som i sin tur nesten umiddelbart henfaller til 239Pu ved betahenfall. Det finnes også reaktorer som bruker flytende metall, f.eks. natrium og flytende salter som kjølemiddel. Disse drives ved en langt høyere temperatur enn alminnelige reaktorer.
[rediger] Trykkvannsreaktor
Trykkvannsreaktor (PWR - Pressurized Water Reactor) er en reaktortype der moderator og kjølemiddel består av alminnelig vann under høyt trykk. Det høye trykket gjør at vannet ikke koker. Dette er den vanligste reaktortypen i verden. Omtrent halvparten av alle reaktorer brukt innen kommersiell kjernekraft er av denne typen.
[rediger] Kokvannsreaktor
Kokvannsreaktoren (BWR - Boiling Water Reactor) har også svært stor utbredelse på verdensbasis. Også denne reaktoren blir både kjølt og moderert av lettvann. Slik navnet kan tyde på, utgjøre kjølemiddelet her av vann som koker. Dampen ledes til turbinene før den kondenserer og ledes tilbake til reaktortanken.
[rediger] Atomreaktorer fra Russland
[rediger] RBMK reaktor
Reaktor Bolsjoj Mosjtsjnosti Kipjasjtsjij (norsk: reaktor med høy yteevne, type kokende) er en vannkjølt grafitt-moderert reaktor som er konstruert slik at bytte av brensel kan skje mens reaktoren er aktiv. Dette gjør reaktoren til et attraktivt alternativ for fattige land som vil produsere atomvåpen, ettersom utvinning av plutonium fra reaktoren kan skje løpende, slik at det ikke er nødvendig med et stort antall reaktorer.
Atomreaktoren som forulykket i Tsjernobyl var av denne typen. Reaktoren er bygget i 3 størrelser, hvor den største finnes i Ignalina i Litauen. Dette er også verdens største atomreaktor. Den minste er i Obninsk utenfor Moskva.
Reaktoren er konstruert av grafittblokker og en grafittsylinder med en diameter på ca 11,8 meter. I denne er det boret mellom 1661 og 1693 kanaler til brenselselementer. Sylinderen er ca 7 meter høy og omgitt av en tynn stålbeholder til å sikre mot utsiving av luft fra reaktorkjernen.
I alle kanalene er det trykkrør med hvert brenselselement bestående av to ledd i forlengelse, hver med 18 brenselsstaver. Brenselstavene består av metallrør som fylles med pellets av uran i keramisk form.
Brensel er uran anriket til 2% 235U. En reaktor som ligner på RBMK er Kandiske CANDU. RBMK brukes kun i de tidligere Sovjetlanda.
[rediger] VVER reaktoren
Reaktor på høytrykksvann og finnes i tre generasjoner. Russlands første 440/230 ble utviklet på 60 tallet og er av internasjonele eksperter regnet som den farligste reaktortypen i drift. Neste generasjon 440/213 ble satt i drift tidlig på 80 tallet, og den siste generasjonen 1000 ble utviklet på slutten av 80 tallet. Ingen av reaktorene møter vestlige sikkerhetsstandarder. De to første reaktorene hadde ingen spesielle former for sikkerhet og ble levert med dårlig kjølesystem.
Dette er en Russisk type reaktor som ligner trykkvannsreaktorer.
[rediger] Brenselstav
En brenselstav på 4 meter vil romme ca 200 pellets. En ferdig pellet på 15 gram trenger ca 78 gram natur-uran, som igjen trenger opptil 200 kilo radioaktivt gruveavfall (malm). På et tonn malm vil du få mellom 200 gram til 2 kilo natur-uran. Malmen blir blandet med svovelsyre, for å danne gult pulver (yellow-cake). Men ved rike malmforekomster kan en utvinne over 100 kilo uran pr tonn malm. Noe som gir mindre avfall.
- En pellet produserer opptil 110 millioner becquerel, 1 kilo lav og medium- radioaktivt avfall, og 15 gram høyradioaktivt avfall. Samtidig gir det 0,15 gram plutonium.
- En pellet med 235U kan produsere like mye energi som 1 tonn kull. Dette tilsvarer også tre tønner olje eller to tonn ved som brensel.
[rediger] Atomreaktorer i Norge
I Norge er det to forskningsreaktorer som drives av Institutt for Energiteknikk; en på Kjeller og en i Halden.
[rediger] Se også:
