Kärnkraft: elproduktion, risker, avfall och fusionens framtid

Kärnkraft: effektiv elproduktion, miljörisker och radioaktivt avfall — samt fusionens framtid som renare, kraftfullt alternativ. Läs fakta, risker och framtidsscenarier.

Kärnkraft är kontrollerad användning av kärnenergi. Kärnenergi frigörs genom kärnreaktioner i en maskin som kallas kärnreaktor. Den frigjorda värmen används för att koka vatten och skapa ånga som driver turbiner för att producera elektricitet. År 2007 kom cirka 14 % av världens elektricitet från kärnkraft, men andelen varierar mycket mellan länder. Kärnkraftverk producerar också radioaktivt avfall som måste hanteras och lagras säkert för att minimera risker för människor och miljö.

Hur fungerar ett kärnkraftverk?

I dagens vanliga kärnkraftverk sker energifrisättning genom klyvning (fission) av tunga atomkärnor, oftast uran-235. När en atomkärna klyvs frigörs värme och neutroner som i sin tur kan klyva fler kärnor — en kontrollerad kedjereaktion. Värmen används för att värma vatten till ånga, ångan driver turbiner som i sin tur driver generatorer som producerar elektricitet. Reaktorn är omsluten av system för kylning, kontrollstavar som kan avbryta kedjereaktionen, samt flera skyddande barriärer för att begränsa spridning av radioaktiva ämnen.

Typer av reaktorer och bränsle

Det finns flera typer av kärnreaktorer:

• Lättvattenreaktorer (PWR och BWR) — de vanligaste i världen.
• Tungtvattenreaktorer och gaskylda reaktorer — används i vissa länder för att kunna använda annat bränsle eller natururan.
• Snabba reaktorer och upparbetningskretsar — kan producera mer bränsle genom att omvandla icke-klyvbart material till klyvbart (s.k. uppfödning).
• Små modulära reaktorer (SMR) och framtida Generation IV-reaktorer — designade för ökad säkerhet, enkelhet och lägre byggkostnader.

Bränslet består vanligen av uran i form av pellets inneslutna i långa stavar. Efter användning blir bränslet "utbränt" och mer radioaktivt — det kallas då uttjänt bränsle eller kärnavfall.

Fördelar och nackdelar

• Fördelar: Hög energitäthet (stor mängd energi från liten mängd bränsle), stabil baskraftproduktion som kan bidra till elnätets stabilitet, och mycket låga koldioxidutsläpp under drift jämfört med fossila kraftslag.
• Nackdelar: Risk för allvarliga olyckor (historiska exempel: Three Mile Island, Tjernobyl, Fukushima), långlivat radioaktivt avfall som kräver säker lagring under mycket lång tid, höga investeringskostnader och frågor kring spridning av klyvningsmaterial som kan användas i kärnvapen.

Radioaktivt avfall och hantering

Avfallet delas ofta upp i låg-, mellan- och högaktivt avfall. Högradioaktivt uttjänt kärnbränsle innehåller mycket energi och radioaktiva isotoper och måste först kylas i bassänger vid kraftverket och därefter ofta förvaras i torra mellanlager. På lång sikt planeras geologiska slutförvar i stabil berggrund för att isolera det högaktiva avfallet under tiotusentals år. Ett konkret exempel är det pågående arbetet med ett slutförvar i Finland (Onkalo) som ofta nämns i sammanhanget.

Andra strategier inkluderar upparbetning av uttjänt bränsle för att återvinna klyvbart material och forskning på transmutation för att minska halveringstider och mängd långlivat avfall.

Säkerhet, olyckor och reglering

Kärnkraftverk är byggda med flera parallella säkerhetssystem och barriärer (bränsleinslutningar, reaktorinneslutning, fysiska byggnader). Nyare reaktordesigner har också passiva säkerhetsegenskaper som inte kräver aktiv styrning vid vissa fel. Trots detta kan allvarliga incidenter uppstå när flera fel kombineras och när nödsystem sviktar. Erfarenheterna från stora olyckor har lett till skärpta regelverk, förbättrade säkerhetssystem och internationellt samarbete för bättre lärande och krishantering.

Ekonomi, dekommissionering och samhällsdebatt

Kärnkraft kräver stora initiala investeringar och har långa byggtider. Driftkostnader kan vara konkurrenskraftiga över reaktorns livstid, men osäkerheter kring avfallshantering, försäkring och nedmontering påverkar totalkalkylen. Dekommissionering av slutgiltigt stängda reaktorer tar ofta decennier och är kostsamt. Kärnkraft är politiskt känsligt och väcker starka åsikter — aspekter som klimatnytta, säkerhet, kostnader och lokalt motstånd vägs mot varandra i beslutsprocesser.

Fusionskraft — möjlig framtid uten långlivat avfall

Fusionskraft bygger på att slå ihop lätta atomkärnor (t.ex. isotoperna deuterium och tritium) för att frigöra energi. Teoretiskt ger fusion mycket hög energitäthet och producerar mindre långlivigt radioaktivt avfall än fission. I praktiken kräver fusion extremt höga temperaturer och avancerade magnetiska eller laserbaserade system för att hålla plasmat stabilt. Stora forskningsprojekt som ITER i Europa och andra experiment runt om i världen arbetar mot målet kommersiell fusion, men kommersiell drift är fortfarande förväntad först om flera decennier.

Sammanfattning

Kärnkraft är en kraftfull och koldioxidfattig källa för elproduktion som kan bidra till stabil elförsörjning, men den medför allvarliga frågor kring säkerhet, långsiktigt radioaktivt avfall och kostnader. Forskning och teknikutveckling — både för bättre fissionstekniker (t.ex. SMR och Gen IV) och för fusionskraft — kan förändra teknikens roll framöver. Beslut om kärnkraftens framtid påverkas av klimatpolitiska mål, ekonomi, teknisk utveckling och samhällsacceptans.

Olyckor

Några allvarliga kärnkraftsolyckor har inträffat. En skala har tagits fram för att mäta hur farliga olyckor är. Den kallas International Nuclear Event Scale. Skalan har 8 nivåer (0-7), och 7 är den värsta nivån.

• Tjernobylkatastrofen inträffade 1986 och klassificerades på nivå 7.
• Fukushima kärnkraftskatastrof inträffade 2011 till följd av en jordbävning, nivå 7.
• Mayak-olyckan, som inträffade 1957. Mängden strålning som släpptes ut och den allmänna faran var större än i Tjernobyl. Det drabbade området var dock mindre. Av dessa skäl klassificeras olyckan endast som nivå 6.
• Brand i Windscale 1957 och Three Mile Island-olyckan 1979, på nivå 5.
• Tokaimura kärnkraftsolycka på nivå 4

Bland de kärnkraftsdrivna ubåtarna kan nämnas reaktorolyckan med den sovjetiska ubåten K-19 (1961), reaktorolyckan med den sovjetiska ubåten K-27 (1968) och reaktorolyckan med den sovjetiska ubåten K-431 (1985).

 
Under nödsituationen vid kärnkraftverket Fukushima Daiichi i Japan 2011 skadades tre kärnreaktorer av explosioner.  

Nyare utveckling

År 2007 producerade kärnkraftverken cirka 2600 TWh el och stod för 14 procent av världens elanvändning, vilket var en minskning med 2 procent jämfört med 2006. Den 9 maj 2010 fanns det 438 (372 GW) kärnkraftsreaktorer i drift globalt. En topp nåddes 2002 då 444 kärnreaktorer var i drift.

De kärnkraftsolyckor som inträffade vid det japanska kärnkraftverket Fukushima Daiichi och vid andra kärnkraftsanläggningar väckte frågor om kärnkraftens framtid. Platts har sagt att "krisen vid Japans kärnkraftverk i Fukushima har fått ledande energiförbrukande länder att se över säkerheten i sina befintliga reaktorer och ifrågasätta hastigheten och omfattningen av planerade utbyggnader runt om i världen". Efter kärnkraftskatastrofen i Fukushima halverade Internationella energiorganet sin uppskattning av den ytterligare kärnkraftskapacitet som ska byggas fram till 2035.

 
Tryckvattenkärl med huvud  

Frågor och svar

F: Vad är kärnkraft?

F: Hur fungerar en kärnreaktor?

F: Hur stor andel av världens el kom från kärnkraft 2007?

F: Vilka är de potentiella riskerna med kärnkraft?

F: Vilken typ av alternativ energikälla har studerats sedan mitten av 1900-talet?

F: Hur skiljer sig fusionskraft från traditionell kärnkraft?

F: Finns fusionsreaktorer tillgängliga ännu?

Sök med bokstav