kernekraftværk

Verificeret
Artiklens indhold er godkendt af redaktionen.

kernekraftværk, kraftværk, der producerer elektricitet ud fra kerneenergi. Energikilden i et kernekraftværk er en kernereaktor, i de fleste af verdens kernekraftværker en såkaldt trykvandsreaktor.

Kernebrændslet befinder sig inde i en svær tryktank af stål. Det har form af knipper af zirkoniumrør, der indeholder urandioxidpiller.

Moderatoren er almindeligt vand, undertiden kaldt let vand i modsætning til tungt vand. Vandet anvendes også som kølemiddel. Den del af reaktoren, der består af kernebrændsel og moderator, kaldes reaktorkernen.

Kædereaktion

Den selvvirkende kædereaktion foregår i reaktorkernen. Neutroner forårsager her kernespaltning (fission) i uran-235-kerner i brændselsstavene.

Kernekraftværker i Europa (2012)
Land Reaktorer
Belgien 7
Bulgarien 2
Finland  4
Frankrig   58
Holland  1
Rumænien 2
Rusland  33
Schweiz 5
Slovakiet  4
Slovenien  1
Spanien   8
Storbritannien 16
Sverige  10
Tjekkiet  6
Tyskland  9
Ukraine 15
Ungarn  4
I alt
185

Herved udsendes meget hurtige fissionsneutroner, der bevæger sig ud i moderatoren, hvor de nedbremses ved stød mod moderatorkernerne. Efter et tilstrækkeligt antal stød bliver neutronerne langsomme eller termiske, dvs. de har stort set samme energi som moderatorkernerne.

Ved disse lave energier har neutronerne stor sandsynlighed for at indfanges i uran-235-kerner i brændslet og forårsage nye fissioner. Herved udsendes der nye neutroner og produceres ny energi, og kædereaktionen er i gang.

Da hydrogenet i vandet har ret stor tilbøjelighed til at indfange neutroner, som derved går tabt for kædereaktionen, kan reaktorer med letvandsmoderator ikke fungere med naturligt uran som brændsel. Det er nødvendigt at anvende lavt beriget uran, dvs. uran, der indeholder 3-4% uran-235.

Kølekredsløb

Fissionsprocesserne producerer varme i brændselsstavene. Vandet strømmer ind i bunden af reaktorkernen og derefter op langs brændselsstavene, som køles samtidig med, at vandet opvarmes. Ved indløbet til reaktorkernen er vandets temperatur ca. 280 °C, ved udløbet ved kernens top ca. 310 °C. For at sikre, at vandet ikke kommer i kog, opretholdes et tryk i reaktortanken på ca. 150 bar.

Fra reaktortanken går vandet til dampgeneratoren, hvor det strømmer gennem U-formede rør og afgiver en del af sin varme, hvorefter det pumpes tilbage til reaktoren. Dette kredsløb kaldes det primære kølekredsløb. I dampgeneratoren bringes vandet på ydersiden af U-rørene i kog, hvorved der produceres damp. Denne damp sendes til dampturbinen, som trækker en elektrisk generator, der sender strøm ud til forbrugerne.

Under gennemløbet af dampturbinen falder dampens tryk og temperatur. Fra udløbet af turbinen går dampen til en kondensator, hvor den fortættes til vand, som pumpes tilbage til dampgeneratoren. Dette kredsløb kaldes det sekundære kølekredsløb.

Kernekraftværk. Principdiagram for et trykvandsreaktoranlæg.

Kernekraftværk. Principdiagram for et trykvandsreaktoranlæg.

Styring og kontrol

Reaktorens varmeproduktion kontrolleres ved hjælp af kontrolstave, som indeholder stærkt neutronabsorberende stoffer. Stavene kan bevæges ned i reaktorkernen ovenfra. Hvis de føres helt ned i kernen, vil neutronabsorptionen i stavene være så stor, at kædereaktionen går i stå. Ved start af reaktoren trækkes stavene langsomt ud af kernen, indtil kædereaktionen etableres ved den ønskede effektproduktion.

Under reaktordrift vil uran-235-indholdet i kernen gradvis falde pga. fissionerne. Ganske vist vil der under driften ved neutronindfangning i uran-238 og efterfølgende radioaktive omdannelser dannes plutonium-239, der også er spalteligt. Men den producerede plutonium-239-mængde er væsentlig mindre end forbruget af uran-235.

For at undgå, at kædereaktionen hurtigt går i stå, indeholder brændselsstavene til en start et overskud af uran-235, hvorfor kontrolstavene efter start befinder sig et stykke inde i kernen. Efterhånden som uran-235 forbrændes, trækkes stavene ud af kernen, så kædereaktionen vedligeholdes.

Når brændslet er ved at være opbrugt, standses reaktoren, en del af det udbrændte brændsel tages ud, nyt brændsel indsættes, og driften kan fortsættes.

Afskærmning og sikkerhed

Da der under drift udsendes gennemtrængende gamma- og neutronstråling fra reaktorkernen, er reaktoren omgivet af en strålingsafskærmning, som kan bestå af lag af vand, jern og beton, og som beskytter mod strålingen.

Vestlige kraftreaktorer er forsynet med en lang række sikkerhedssystemer, som skal forhindre alvorlige uheld eller ulykker. Som eksempler på disse systemer kan nævnes: nødkølesystemer, som sikrer, at reaktorkernen køles, selvom det sædvanlige kølesystem bryder sammen; reaktorindeslutning, som sikrer, at selvom der ved et uheld slipper radioaktivitet ud fra reaktoren, vil denne radioaktivitet ikke nå ud til omgivelserne; nødstrømssystemer, som sørger for, at anlægget får den nødvendige elektricitet, selvom de sædvanlige forsyningskilder svigter.

Udviklingen inden for kernekraftværker har for trykvands- og kogendevandsreaktorer været rettet mod forenkling af anlæggene, robustere reaktorindeslutning og indførelse af såkaldte passive sikkerhedssystemer, der alene baserer sig på naturkræfter, fx tyngdekraften, og ikke kræver menneskelig indgriben.

Andre reaktortyper

Der findes en række andre kraftreaktortyper. Den næstmest anvendte er kogendevandsreaktoren. Den benytter ligesom trykvandsreaktoren stave med lavt beriget urandioxid som brændsel og vand som moderator og kølemiddel.

Forskellen mellem de to reaktortyper er, at mens dampproduktionen ved trykvandsreaktoren foregår i dampgeneratoren, produceres dampen i kogendevandsreaktoren i selve reaktorkernen. Kølevandet pumpes ind ved reaktorkernens bund og bringes i kog, mens det strømmer op langs de varme uranstave.

Den blanding af vand og damp, som strømmer ud ved kernens top, føres gennem dampseparatorer, der adskiller vand og damp. Dampen sendes gennem en damptørrer, hvor de sidste små vanddråber i dampen fjernes.

Herefter går dampen til dampturbinen og efter kondensering tilbage til reaktortanken, hvor det blandes med vand fra dampseparatoren, før det pumpes tilbage ind i kernen. I kogendevandsreaktoren føres kontrolstavene ind i reaktorkernen nedefra. Tryk og temperatur i kogendevandsreaktoren er noget lavere end i trykvandsreaktoren, 75 bar og ca. 280 °C.

Brug af tungt vand som moderator og kølemiddel i kraftreaktorer muliggør anvendelse af naturligt uran som brændsel, fordi tungt vand praktisk taget ikke indfanger neutroner. Til gengæld er det meget dyrt. Specielt Canada har bygget mange kraftreaktorer med tungt vand.

Også grafit (kulstof) kan anvendes som moderator i kraftreaktorer. Pga. grafits ringe tilbøjelighed til at indfange neutroner kan grafitmodererede reaktorer anvende naturligt uran som brændsel. Som kølemiddel anvendes i de fleste grafitreaktorer en gas, CO2 eller eventuelt helium, men i Tjernobyltypen, som blev opført i Sovjetunionen, benyttes vand, der bringes i kog.

Der har været en renæssance for den gaskølede højtemperaturreaktor, som er opbygget af grafit og små, grafitindkapslede urandioxid- eller urankarbidkugler. Den anvender helium som kølemiddel og kan drives ved meget høje temperaturer (800 °C), hvilket giver en effektiv udnyttelse af den producerede varme. Den har tillige meget favorable sikkerhedsegenskaber, som gør, at alvorlige reaktoruheld næppe kan forekomme. Den høje temperatur kan også udnyttes til kemiske processer, fx produktion af brint.

Endelig har man kraftreaktorer, der ikke indeholder nogen moderator, hvorfor neutronerne ikke nedbremses. De kaldes hurtige reaktorer, idet det er hurtige fissionsneutroner, der forårsager fissionerne. Denne reaktortype kræver som brændsel uran, der indeholder 15-20% uran-235 eller plutonium. Brændslet er derfor dyrt.

Til gengæld kan de hurtige reaktorer konstrueres på en sådan måde, at de ved neutronindfangning i uran-238 kan producere mere spalteligt materiale (plutonium), end de forbruger. Sådanne reaktorer kaldes formeringsreaktorer. Som kølemiddel anvendes flydende natrium, hvis smeltepunkt ligger ved 97 °C.

Kernekraftværker bygges med en elektrisk effekt på 500-1500 MW. 430 kommercielle kernekraftværker findes i 31 lande (2012); de leverer ca. 13% af verdens elforbrug. Desuden har 56 lande i alt ca. 240 forsøgsreaktorer.

 

Find bøger

   
   Find Lydbøger
hos Storytel
   Find bøger
bogpriser.dk
   Studiebøger
pensum.dk
   Læs e-bøger
hos Ready

 

Hvad er et tag? Tags er artiklens nøgleord. Artikler med et fælles tag findes ved at klikke på tagget. Når du er logget ind, kan du tilføje tags og dermed skabe sammenhænge.

© Dette billede må du ...

Kernekraftværk. Igangværende kernekraftværker i Europa, 1997.

© Dette billede må du ...

Kernekraftværk. Igangværende kernekraftværker i Europa, 1997.

© Dette billede må du ...

Igangværende kernekraftværker i Europa, 1997.

Viser 3 af 3 billeder | Tilbage til billedgalleri

Filer

FilTilføjet af 
[+375857.601.svg (543.92 kB)

Kernekraftværk. Igangværende kernekraftværker i Europa, 1997.

Admin

05/02/2009

[+376819.801.svg (67.55 kB)

Kernekraftværk. Principdiagram for et trykvandsreaktoranlæg.

Admin

05/02/2009

[+390338.801.svg (4.29 kB)

Admin

05/02/2009

Nyhedsbrev

Om artiklen

Seneste forfatter
Redaktionen
11/10/2012
Oprindelig forfatter
PLOEl
31/01/2009

© Gyldendal 2009-2014 - Powered by MindTouch Deki