Atomkraft og fusionsenergi
Albert Einsteins formel E = mc² (Energi = masse x kvadratet på lysets hastighed) viser, hvorfor potentialet i atomkraft er så stort. En ganske lille masse kan omdannes til enorme mængder af energi. Atomkraft er baseret på at spalte masse (atomer), og høste den energi der frigives, når atomet spaltes. Processen, der spalter et atom til to mindre atomer, kaldes kernefission. Atomkraft omdanner energien fra kernefissionen til elektricitet. I praksis ligner processen et almindeligt kraftværk, men historiske eksempler viser, at teknikken ikke altid kan styres som planlagt (Three Mile Island i USA i 1979, Tjernobyl i Ukraine i 1986 og senest Fukushima i Japan i 2011).
For og imod atomkraft
Selv om elektricitet dannet ved hjælp af atomkraft er langt billigere end samtlige alternativer, er der fortsat stor modstand mod atomkraft. Atomkraften har dog også mange tilhængere, som argumenterer for, at nye moderne reaktorer er den bedste metode til at sikre energi i en fremtid uden fossile brændstoffer. Tyskland er i gang med at udfase sine atomkraftværker hvorimod både Polen, Frankrig og Storbritannien samt Kina og Indien planlægger at opføre nye værker.
Sådan virker atomkraftværket
Atomkraftværker minder i princippet om konventionelle kraftværk, men i stedet for at afbrænde kul, olie eller affald anvender atomkraftværket grundstoffet uran som energikilde. I naturen forekommer uran i tre former (isotoper). Af disse er det U-235, der er nemmest at spalte og derfor den form, der driver langt de fleste atomkraftværker. Selve reaktionen foregår i atomkraftværkets kernereaktor og her placeres metalstave med uran i større stakke.
Det er ofte nødvendigt at øge andelen af U-235 i uranstavene for at forbedre reaktionen (beriget uran). I processen affyres neutroner (subatomare partikler uden elektrisk ladning) mod kernerne i det berigede uran, og derved spaltes uranet i mindre atomer under frigivelse af energi. Samtidig frigives to-tre nye neutroner, der spalter endnu flere atomer (kædereaktion).
Reaktoren på de fleste atomkraftværker er en såkaldt trykvandsreaktor. I denne type reaktor er uranstakkene omgivet af vand under tryk. Den frigivne energi ved fissionen opvarmer vandet til damp, der derpå driver de store turbiner, der genererer elektricitet. Efterfølgende nedkøles dampen igen til vand, der ledes over i et separat køletårn, inden det genbruges i en ny proces.
Omkostninger ved atomkraft
Atomkraft med trykvandsreaktorer er ikke den mest effektive eller sikre metode til at skabe energi ved kernefission, men trykvandsreaktorer var en forholdsvis billig konstruktion i 1970erne og 1980erne, hvor de fleste atomkraftværker blev opført. Men selv de billigste trykvandsreaktorer er kostbare at opføre, og ud over opførselsudgifter er der også store omkostninger ved at udvinde og berige uran, til at vedligeholde kernereaktoren og ikke mindst ved at opmagasinere eller omdanne de radioaktive brændselsstave, der er kernereaktionens ”affaldsprodukt”.
Brugte brændselsstave = radioaktivt affald
Det uran, der udvindes i miner, kommer i form af uranoxid (U3O8), der kun er moderat radioaktivt. Uranoxiden omdannes til gasform (uranhexaflurid UF6) og beriges efterfølgende, så U-235 indholdet stiger fra omkring 0,7 % til ca. 3,5 %. Derpå omdannes det til fast stof, der kan indgå i brændselsstave. Det er ved afbrændingen af brændselsstavene, at størstedelen af den radioaktive stråling opstår. De brugte uran-brændselsstave udskiller både beta og gamma-stråler samt alfa-partikler som uran-234, plutonium og neptunium. Disse radioaktive stoffer har en nedbrydningstid fra nogle hundreder år til millioner af år, og den uendelige tidshorisont, inden brændslet er blevet uskadeligt, er et af de vægtigste argumenter mod atomkraft.
Uran i begrænsede mængder
I nogle lande indkapsles det radioaktive stof og deponeres dernæst i underjordiske kamre, så det bliver fremtidige generationers problem. Andre lande har med succes genbrugt en stor del af det radioaktive affaldsmateriale til yderligere energiproduktion. Kritikere hævder, at både opmagasinering og genanvendelse udgør store sikkerheds- og sundhedsrisici. Den måske største ulempe ved traditionel atomkraft er, at uran-235 kun findes i begrænsede mængder i naturen. Ved nuværende forbrug er der måske kun uran nok til yderligere 50-70 års forbrug. Atomkraft i klassisk form kan således ikke kaldes en vedvarende energikilde.
Fordele ved atomkraft
Fordelene ved atomkraft har først og fremmest været af økonomisk karakter. Elektricitet fra atomkraft er langt billigere end fra andre produktionsformer, og energitætheden i atomkraft er enorm. Den mængde energi, der kan frigives fra et atom i en fissionsproces, er omkring ti millioner gange større end afbrænding af et atom fossilt brændstof. Hvis man ser bort fra det radioaktive affald, er atomkraft desuden en forholdsvis ren energikilde med en meget lille CO2-udledning pr. produceret energienhed.
I lyset af verdens begrænsede uran-ressourcer ser man i dag på alternative brændselskilder til de næste generationer af atomkraftværker. Ikke mindst anses det radioaktive grundstof thorium som et lovende alternative til uran. Thorium kan umiddelbart afbrændes i kernereaktorer og kan (foreløbig) ikke benyttes i kernevåben. Halveringstiden (og nedbrydningstiden) for thorium er også væsentlig kortere end for uran.
Atomkraft – udbredelse og produktivitet
Der er ca. 450 atomkraftværker i 32 forskellige lande på jorden. Yderligere knap 60 nye atomkraftværker er planlagt, flest af disse i Indien, Kina og Frankrig. Atomkraft dækker omkring 14 % af verdens elektricitetsforbrug.
USA har den største energiproduktion fra kernekraft med omkring 102.000 megawatt efterfulgt af Frankrig og Japan. Frankrigs produktion er på ca. 64.000 megawatt, hvilket er over 75 % af landets samlede elektricitets-produktion. (1 megawatt er 106 watt)
http://www.reo.dk/ – fortalere for atomkraft. Fakta om atomkraft m.m.
http://www.ooa.dk – link til Energibevægelsen OOA, som er modstander af atomkraft
Fusionsenergi og fremtidsudsigter
Verdens nuværende atomkraftværker fungerer ved processen fission, hvor tunge atomkerner (overvejende grundstoffet uran) spaltes til lettere atomkerner og uladede neutroner. Processen (kædereaktionen) igangsættes ved at beskyde urankerner med neutroner.
Når det handler om at producere energi, er den omvendte proces imidlertid også særdeles interessant. Hvis to lette atomkerner samles til en tungere kerne, kan der nemlig frigøres energi svarende til kernens bindingsenergi. Denne proces kaldes fusion. Det er samme proces, der foregår i solens indre og dermed danner grundlaget for både livet på jorden og fundamentet for alle andre energiformer. Uden solens energi var der hverken fossile brændstoffer eller vedvarende energikilder. Hvis vi kan lære at kontrollere og udvinde fusionsenergi, kan vi høste ubegrænsede energimængder. I solens indre foregår der konstante kernereaktioner, hvor forskellige brintformer (isotoper) fusioneres og danner helium under frigivelse af enorme mængder af energi.
På jorden forskes der i at fusionere de to brint-isotoper H-2 (deuterium) og H-3 (tritium) til helium.
I militær sammenhæng kan man bruge metoden til at udvikle en brintbombe. Brintbomber er omkring 1.000 gange kraftigere end en ”normal” atombombe baseret på fission.
Hvis man i stedet for en eksplosion ønsker at benytte processen til at fastholde og udvinde fusionsenergien, står man over for enorme og hidtil uløselige tekniske udfordringer.
Fusionsprocessen kræver ekstremt høje temperaturer
For det første kræves meget høje temperaturer for at igangsætte fusionsprocessen, sandsynligvis i en størrelsesorden på 40 millioner grader celsius. Det er en højere temperatur end på solen, og det vil naturligvis medføre et enormt energiforbrug at opnå sådanne temperaturer. Der arbejdes på at nå de ekstreme temperaturer med blandt andet laserstråler og magnetfelter, men foreløbig uden held. Dernæst er tiden et problem. Det anslås, at brintisotoperne skal eksponeres i over et sekund med 40 mio. grader for at fusionsprocessen går i gang. Et sekund er næsten uendelig lang tid at holde en temperatur på 40 mio. grader!
Det tredje problem er at opfinde et kammer, der kan holde til processen. 40 mio. grader vil øjeblikkeligt omdanne alt materiale til luftarter.
Ikke desto mindre søger en lang række offentlige og private forskningsinstitutioner over hele verden efter en løsning. Den potentielle gevinst er enorm: Uendelig energi. Allerede i 1980erne sendte forskere pressemeddelelser ud om, at de havde succes med at gennemføre såkaldt ”kold fusion”, altså kernesammensmeltning ved almindelig stuetemperatur.
Foreløbig bliver kernefusion som energikilde i mange forskerkredse opfattet som utopisk science fiction, men ikke desto mindre er det lykkedes en gang tidligere. Jordens energikilde – Solen – er en stjerne, der fungerer netop ved kernefusion.
Fusion. Baggrundshistorie og udviklingstendenser: