1 / 50

Kort historik

Kärnkraft –problem och lösningar för den globala energiförsörjningen Kort beskrivning av kärnkraftens historia, nuläget och framtiden. Kort historik. 1932: Neutronen upptäcks av Chadwick. 1939: Fissionen upptäcks av O. Hahn, F. Strassmann och L. Meitner .

karik
Download Presentation

Kort historik

An Image/Link below is provided (as is) to download presentation Download Policy: Content on the Website is provided to you AS IS for your information and personal use and may not be sold / licensed / shared on other websites without getting consent from its author. Content is provided to you AS IS for your information and personal use only. Download presentation by click this link. While downloading, if for some reason you are not able to download a presentation, the publisher may have deleted the file from their server. During download, if you can't get a presentation, the file might be deleted by the publisher.

E N D

Presentation Transcript

  1. Kärnkraft–problem och lösningar för den globala energiförsörjningenKort beskrivning av kärnkraftens historia, nuläget och framtiden

  2. Kort historik 1932: Neutronenupptäcksav Chadwick. 1939: Fissionen upptäcks av O. Hahn, F. Strassmann och L. Meitner. 1942: “The Italian sailor has landed on the new continent”. 1945: Japan 6:e och 9:e augusti. 1945-1953: “Policy of denial”. 1951: Första testreaktorn som producerar el.

  3. Kort historik • 1953: 8:e december, Eisenhower “Atom for Peace” förslaget. • : R1 går igång i Stockholm (KTH). • 1955: Arco (Idaho) får elektricitet från BORAX III. • 1957: International Atom Energy Agency, IAEA bildas. • 1960-talet kännetecknasavmassivutbyggnadav civil kärnkraftivärlden. I Sverigetasriksdagsbeslutomattstoppautbyggnadenav de storanorrlandsälvarna; satsningpåkärnkraftistället.

  4. Kort historik 1970-talets skugga är oljekrisen. Kärnkraftutbyggnaden i Sverige sätter fart. 1972: Oskarshamn 1 börjar producera elektricitet. 1975, 1977: Barsebäck 1 resp. 2 startas. Danskt önskemål om placeringen!! 1980: Kärnkraftomröstningen. 1985: Forsmark 3 blir det senast byggda kraftverket. Sverige har 10 reaktorer i drift som svarar för halva landets elproduktion.

  5. Kort historik 1986: Tjernobylolyckan. 1998: Barsebäck 1 stängs p g a danska påtryckningar och svensk inrikespolitik. 2001: Barsebäck 2 stängs av samma skäl som ovan. 1983-2008: Intensivt forsknings- och utvecklingsarbete. Klimatdebatten har satt kärnkraften i fokus. Nybyggnationer i världen och svenskt närområde (Finland).

  6. Kort historik En intressant film är: ”A is for atom” (1953). Kan laddas ned från: http://www.open-video.org En annan kul film men som kan vara svårare att få tag i är Walt Disney’s: ”Vår vän atomen” (1958).

  7. Grundämne Antalet protoner. Väte har en proton, uran har 92 protoner. Isotop Antalet neutroner. 235U har 235-92=143 neutroner Elektronmoln Atomkärna Protoner Neutroner Varifrån kommer energin?

  8. Varifrån kommer energin? Protoner och neutroner i atomkärnor kallas nukleoner och är bundna till varandra i atomkärnan (bindningsenergi). n p fria partiklar energi 0 bundna partiklar

  9. Järn Uran Varifrån kommer energin? Fission Fusion Helium

  10. Kärnenergi -fissionsprocessen Fissionsfragment t ex 137Cs

  11. Varifrån kommer energin? Om en tung atomkärna splittras (fissionerar) i två fissionsfragment och 2-3 fissionsneutroner så frigörs alltså bindningsenergin som hållit ihop fissionsfragmenten. Varje fission frigör en energimängd som motsvarar att lyfta ett frimärke 0.1 mm!!! Man får dock inte glömma Avogadros tal: 6.023·1023 => enorma energimängder frigörs. Vad händer om fissionsneutronerna i sin tur startar nya fissioner?

  12. Kärnenergi -fissionsprocessen

  13. Kärnenergi -fissionsprocessen

  14. Kärnenergi -fissionsprocessen Någon form av begränsning av den ohejdade kedjereaktionen krävs för att vi ska kunna utnyttja den utvecklade energin => konceptet kärnreaktor. Varför överhuvudtaget överväga användningen av kärnreaktorer?

  15. ”Atomkraft”? ”Kärnkraft”? Alla konventionella produktionsslag innebär utnyttjande av processer på atomär nivå. “Förbränning” av uran utnyttjas atomkärnornas energinivåer => 1-10 miljoner gånger större än atomernas. För en given mängd producerad energi leder det till att: • relativt liten mängd bränsle behövs. • relativt liten mängd avfall produceras, vilket dessutom är lokaliserat. Exempelvis:

  16. ”Kärnkraft” Kommersiellt uranbränsle: 100 000 kWh/kg. Energin i en urankuts motsvarar 800 liter olja. Det finns ca 15 miljoner urankutsar i en reaktor. ”Atomkraft” Ved: 5 kWh/kg. Olja: 10 kWh/kg.

  17. Kort om dagsläget Totalt: 438

  18. Kort om dagsläget

  19. Kort om dagsläget Kärnkraften Världens produktion av elektricitet ca 17%. I Sverige ca 50%. Total ackumulerad drifttid ca 12 000 år. I Sverige kraftproduktion sedan 1972.

  20. Kärnreaktorn

  21. Kärnreaktorn De snabba fissionsneutronerna måste bromsas i ett material för att kunna åstadkomma nya reaktioner. Detta kallas moderering: Atomkärnor i det modererande materialet Långsam neutron Snabb fissionsneutron

  22. Kärnreaktorn Neutronernas energier tenderar att bli densamma som den termiska energin i det modererande materialet: neutronerna kallas termiska och de flesta reaktortyper kallas termiska reaktorer i motsats till snabba reaktorer. Beroende på moderatormaterial delas reaktorerna in i grupperna: Lättvattenreaktorer (light water reactor, LWR). Den vanligaste reaktortypen i världen. Kolmodererade reaktorer (reaktor 4 i Tjernobyl var en sådan). Tungvattenreaktorer. Finns bland annat i Kanada.

  23. Kärnreaktorn • Vatten som moderator har en stor fördel: • Negativ temperaturkoefficient: Högre reaktoreffekt => lägre densitet => minskad reaktoreffekt. • Ett starkt (och inbyggt) bidrag till hög säkerhetsnivå. • Kol som moderator har två stora nackdelar: • Positiv temperaturkoefficient: Högre reaktoreffekt => ökad reaktoreffekt. • Kol brinner.

  24. Kärnreaktorn Två typer av LWR finns: Kokvattenreaktorn (boiling water reactor, BWR) Tryckvattenreaktorn (pressurised water reactor, PWR). Reaktorernas effekt bestäms av reaktiviteten. Denna styrs genom att det termiska neutronflödet kan varieras. Två sätt att göra det på: • Variera moderatormediets densitet. • Införa material som absorberar termiska neutroner.

  25. Kärnreaktorn Kokvattenreaktorn (BWR) Kännetecken: endast en krets. Reaktiviteten styrs med en kombination av styrstavar och matarvattenpumpar. Snabbstoppas med styrstavar.

  26. Kärnreaktorn Tryckvattenreaktorn (PWR). Kännetecken: en primärkrets och en sekundärkrets. Reaktiviteten styrs med en inblandning av bor i moderatorvattnet. Snabbstoppas med styrstavar.

  27. Kärnreaktorn I Sverige finns: 3 PWR (Ringhals 2, 3 och 4). 7 BWR (Forsmark 1, 2 och 3, Oskarshamn 1, 2 och 3 samt Ringhals 1). De två reaktorerna i Barsebäck var av BWR-typ.

  28. Bränslet Bränslet i en LWR anrikas till ca 5% 235U och är i form av urandioxid. Bränslet sintras till kutsar: Kutsarna staplas i zircaloy-rör => bränslestavar. Ca 1 cm Bränslestavarna buntas ihop till bränsleelement

  29. Bränslet • Bränslets konstruktion ger upphov till skyddsbarriärer: • Det keramiska materialet i kutsarna extremt svårlösligt. • Bränslekapslingen (zircaloy-rören). • Utöver dessa barriärer finns också: • Reaktorinneslutningen. • Reaktorbyggnaden.

  30. Bränslet BWR-bränsle Ca 100 stavar PWR-bränsle Ca 300 stavar Ca 4 m Ca 0.2 m Ca 0.1 m

  31. Reaktordriften Varje år byts ca 25% av reaktorbränslet ut och ersätts med färskt bränsle. Varje bränsle används under 4 – 5 år och bränns ut till ungefär 40 GWd/tU (BWR) och 60 GWd/tU (PWR).

  32. Reaktordriften Uranbrytning Bränsletillverkning Produktion Inkapsling & slutförvar CLAB

  33. ”Safety” – ”Security” ”Safety”  Säkerhet i reaktordrift och hanteringen av bränsle. ”Security”  Ordningar som säkerställer att obehöriga inte får tillträde till anläggningar eller tillgång till klyvbart material. Safeguards eller kärnämneskontroll.

  34. EU-kommissionen IAEA Euratom Nationella myndigheter FN Kärnämneskontroll Vem kontrollerar?

  35. Kärnämneskontroll Gruva Vad kontrolleras? ☼ ☼ Bränslefabrik ☼ ☼ Uranhexafluorid ☼ Nationsgräns ☼ ☼ Tillverkning av specialprodukter ☼ Bränslefabrik ☼ Forskning ☼ ☼ Mellanlagring ☼ ☼ Upparbetning eller slutförvar ☼ Kärnkraftverk ☼ ☼ ☼

  36. Kärnämneskontrollens verktyg • Politiska medel Bygger på avtal: • 1 juli 1968 the Treaty on the Non-Proliferation of Nuclear Weapons (NPT). • 2004 hade 189 stater anslutit sig till NPT. • Avtalens efterlevnad understöds av det politiska tryck FN kan utöva.

  37. Kärnämneskontrollens verktyg Bokföring Internationellt, regionalt, nationellt, lokalt Balansräkning: Allt in – (allt ut + allt förvarat) = K K ska vara 0 eller mindre än “signifikanta kvantiteten” (SQ) SQ Plutonium och 233U = 8 kg SQ 235Uran = 25 – 75 kg SQ Nat. uran = 10 ton

  38. Kärnämneskontrollens verktyg Bokföringen understöds av övervakning och inspektion • Övervakning • Kameror och annan stationär övervakning • Tillträdeskontroll (fysiskt skydd) • Sigill • Satelliter (Optiskt, IR, Synthetic Aperture Radar, SAR) • Seismisk monitorering

  39. Kärnämneskontrollens verktyg Övervakning Exempel på en satellitbild tagen med SAR.

  40. Kärnämneskontrollens verktyg Inspektion Kvalitativa metoder används till att verifiera närvaron av kärnämne: Enklare strålningsdetektorer.

  41. Kärnämneskontrollens verktyg Inspektion • Kvantitativametoderanvänds till attbestämmamängdavochegenskaperhoskärnämne t ex utbrändakärnbränsleelement: • Utbränningsgrad • Kyltid • Anrikningsgrad • Effekthistorik • Integritet

  42. Framtiden Är utbyggnad av kärnkraften nödvändig? Grundtes: Tillgången till stora mängder billig energi är förutsättningen för ett globalt välstånd => förbättrat säkerhetsläge. • Flera aspekter: • klimatmål skall uppfyllas. • världens långsiktiga energibehov. • Europas reaktorflotta gammal (ca 20% av energiproduktionen) och måste bytas ut inom 10-15 år.

  43. Framtiden • Ny reaktorteknik adresserar: • Icke-spridning av kärnvapen • Avfall • Uthållighet Två huvudspår: GEN-IV Acceleratordrivna system (ADS)

  44. Framtiden GEN-IV -Sex reaktorkoncept studeras: • Gas-cooled Fast Reactor (GFR). • Very High Temperature Reactor (VHTR). • Supercritical-Water-Cooled Reactor (SCWR). • Sodium-cooled Fast Reactor (SFR). • Lead-cooled Fast Reactor (LFR). • Molten Salt Reactor (MSR). • För vidare information: http://gif.inel.gov/

  45. Framtiden Acceleratordrivna system (ADS): • Spallationskällor. • Deuterium-Tritium källor.

  46. Framtiden Acceleratordrivna system (ADS). Spallationskällor. Bygger på att protoner accelereras till ca 1 GeV. Dessa får sedan träffa ett tungt material ex bly. Vid den uppkomna reaktionen (spallation) bildas ca 30 neutroner per inkommande proton. Dessa neutroner skjuts in i en snabb reaktor för att skapa fissionsreaktioner.

  47. Framtiden Fördelar: Ger möjlighet att använda andra bränslen än 235U tex torium och utbränt kärnbränsle => tidskravet på slutförvaret minskar till ca 500 år. Problem: Kräver stora och mycket dyra anläggningar. Neutronerna får energier upp till ca 1 GeV => svåra materialproblem (omöjliga att lösa?). Relativt liten andel av neutronerna kan användas.

  48. Framtiden Acceleratordrivna system (ADS). Deuterium-Tritium källor. Bygger på att ex tritiumkärnor accelereras till ca 200 keV som sedan får träffa ett strålmål bestående av deuterium. Vid reaktionen bildas 14 MeV neutroner. Liksom i det föregående konceptet används dessa neutroner i en snabb reaktor.

  49. Framtiden Fördelar: Ger möjlighet att använda andra bränslen än 235U tex torium och utbränt kärnbränsle => tidskravet på slutförvaret minskar till ca 500 år. Små och förmodligen relativt billiga anläggningar. Endast “gaspedal” används jmf med dagens reaktorer: både “gas” och “broms” samtidigt. Alla neutroner kan i princip användas. Problem: Kräver extremt intensiva neutronkällor. Finns ännu inte. Forskning pågår dock i Uppsala.

  50. Tack för mig! För mer information om kärnteknisk verksamhet vid Uppsala universitet: www.fysast.uu.se: “Tillämpad kärnfysik”. Ane.hakansson@tsl.uu.se Jan.blomgren@tsl.uu.se Michael.österlund@tsl.uu.se Goran.ericsson@tsl.uu.se (fusion)

More Related