miniatyr|Barsebäcks kärnkraftverk miniatyr|Reaktor 3 vid Forsmarks kärnkraftverk. miniatyr|höger|Kärnkraftverket Ignalina i Litauen. Kärnkraftverk är en anläggning för produktion av elektricitet med hjälp av kärnkraft. Energikällan i ett kärnkraftverk kallas kärnreaktor eller enbart reaktor.
Allmänt Kärnkraften erhålls genom fission (klyvning) av tunga atomkärnor. I praktiken används främst isotopen 235U, men även inblandningar av mindre mängder 239Pu förekommer. Vid fissionen frigörs energi i kärnbränslet som värmer upp ett kylmedium, oftast vatten, så att ånga bildas antingen direkt som i en kokvattenreaktor eller indirekt via en ånggenerator som i en tryckvattenreaktor. Ångan används för att driva en turbin, kopplad till en generator som producerar elektricitet.
I likhet med andra sorters kondenskraftverk som använder fossila bränslen eller biomassa kan endast högst hälften av inmatad värmeenergi omvandlas till elektricitet. För kärnkraftverk är verkningsgraden i allmänhet cirka en tredjedel. I Sverige har kärnkraften historiskt används som baslast vilket innebär att kraftverken över tid levererat en konstant effekt ut på nätet. På grund av större andel förnybar och ej planerbar kraftproduktion har behovet ökat av olika balanstjänster, samt att undersöka hur kärnkraftverken kan öka sin produktionsflexibilitet.
Kärnkraftverk förbrukar kärnbränsle, vanligtvis uran, vilket är en ändlig resurs, och kärnkraft räknas därför inte till förnybara energikällor. Till skillnad från fossila energikällor som kol eller naturgas producerar dock den energialstrande reaktionen i ett kärnkraftverk inga växthusgaser, medan vissa utsläpp sker vid uranbrytning, bränsleproduktion, uppförande av kraftverket med mera.
FN:s klimatpanel (IPCC) har visat att kärnkraft släpper ut 50–100 gånger mindre växthusgaser än fossil elproduktion, ungefär lika mycket som för vindkraft och något mindre än utsläpp från elproduktion med solceller. Kärnkraftens utsläpp kommer framförallt från uranbrytning, medan solcellers utsläpp framförallt kommer från olika moment i tillverkningen.
CO2-eq-utsläpp vid olika elproduktionssätt
+CO2-utsläpp, gram per kWhKälla: IPCC SRREN 201225-percmedian(50-perc)75-percPV (solceller)294680Vindkraft81220Kärnkraft81645Fossilgas422469548Kol8771 0011 130
De flesta kärnkraftverk i världen använder vanligt vatten som moderator och kylmedium, och är antingen av typen kokvattenreaktor eller tryckvattenreaktor. Även andra typer finns såsom grafitmodererade reaktorer i bland annat Ryssland och Storbritannien. Den olycksdrabbade reaktorn i Tjernobyl var grafitmodererad med vatten som kylmedel. Det finns även grafitmodererade reaktorer med gas som kylmedel, till exempel AGR i Storbritannien. Tungt vatten kan också användas som moderator, något som en gång var den svenska linjens bärande idé och fortfarande används i Kanada i deras tungvattenreaktorer av CANDU-typ. Fördelen med dessa är att de kan använda icke anrikat uran. Det finns även reaktorer som kyls med till exempel flytande natrium och därmed kan arbeta vid högre temperatur. Detta innebär en högre verkningsgrad hos reaktorn men ställer större krav på reaktorns konstruktion.
Olika typer av kärnkraftverk
Allt efter anläggningarnas ålder brukar man tala om skilda generationer. En anläggnings karaktär bestäms i huvudsak av dess reaktortyp. De äldre som i dag är i produktion hör till den andra generationens reaktorer, medan den tredje generationens reaktorer är moderna anläggningar, som fortfarande nybyggs. Den fjärde generationens reaktor är i olika stadier av forskning och utveckling och de första bedöms kunna vara i kommersiell drift före 2030. Antalet olika reaktortyper kan delas upp på flera sätt: enligt typ av kärnreaktion enligt typ av moderatormaterial enligt typ av kylmedel efter bränslets fas efter användningsområde
Kärnreaktorer i världen Den samlade elektriska effekten på världens kärnreaktorer i drift är 394 467 MWe. Reaktorer under konstruktion summerar till 53 870 MWe. Permanent stängda summerar till 90 443 MWe. Reaktorer i världen, okt-2021 Land Reaktoreri drift Underkonstruktion Permanentur drift Argentina 3 1 0 Armenien 1 0 1 Bangladesh 0 2 0 Belarus 1 1 0 Belgien 7 0 1 Brasilien 2 1 0 Bulgarien 2 0 4 Finland 4 1 0 Frankrike 56 1 14 Förenade Arabemiraten 2 2 0 Indien 23 6 0 Iran 1 1 0 Italien 0 0 4 Japan 33 2 27(-30)https://www.expressen.se/nyheter/klimat/planen-i-japan-starta-i-gang-30-karnreaktorer Kanada 19 0 6 Kazakstan 0 0 1 Kina 52 14(+150)https://www.dagensps.se/okategoriserade/kinas-vag-till-koldioxidneutralitet-150-karnkraftverk 0Litauen 0 0 2 Mexiko 2 0 0 Nederländerna 1 0 1 Pakistan 5 1 1 Rumänien 2 0 0 Ryssland 38 3 9 Schweiz 4 0 2 Slovakien 4 2 3 Slovenien 1 0 0 Spanien 7 0 3 Sverige 6 0 6+1 Storbritannien 13 2 32 Sydafrika 2 0 0 Sydkorea 24 4 2 Taiwan 3 0 3 Tjeckien 6 0 0 Turkiet 0 3 0 Tyskland 6 0 30 Ukraina 15 2 4 Ungern 4 0 0 USA 93 2 40 Totalt 442 51 197
Till ovanstående kommer också flera forskningsreaktorer, också i länder som inte har någon kommersiell kärnkraft (som t.ex. Norge).
Kärnkraftens historia 1890-talet 1896 upptäcktes radioaktiviteten av Henri Becquerel. Det var genom en tillfällighet han upptäckte att uran sände ut en ny typ av strålning, när han gjorde studier om röntgenstrålning.
1900-talet 1922 En dansk forskare, Niels Bohr, mottar nobelpriset i fysik, ”för undersökningarna av strukturen i atomer och strålningen som utmynnar från dem”. 1932 Engelsmannen James Chadwick visar hur man kan få fram fria neutroner. Detta ger honom nobelpriset 1935. 1938 Otto Hahns och Lise Meitners forskning visar att om man bestrålar uran med fria neutroner bildas bland annat barium. Vad de båda forskarna har upptäckt är att urankärnor kan klyvas i två delar, en process som kallas fission. 1942 Den italienska fysikern Enrico Fermi demonstrerar för första gången en självunderhållande kontrollerad kedjereaktion i Chicago. Detta var världens första kärnreaktor. 1945 Världens första kärnvapen provsprängs, och två bomber fälls i andra världskrigets slutskede. Kärnvapnets sprängkraft och dess katastrofala följder chockar världen. Fredlig energiutvinning med atomkraft ligger flera år framåt i tiden. 1948 Halvstatliga svenska bolaget AB Atomenergi startas, med uppdrag att bedriva forsknings- och kommersiell verksamhet kring atomenergi. 1951 startas världens första experimentella kärnkraftsreaktor, EBR-1 i Idaho i USA. Den är en demonstrationsreaktor av brid-typ och driver fyra glödlampor. 1954 Världens första atomdrivna fartyg, ubåten Nautilus, sjösätts i USA. Ubåtens atomdrift möjliggör den första undervattensfärden över nordpolen. 1954 Samma år invigs R1, Sveriges första experimentella kärnreaktor, i ett bergrum under KTH i Stockholm. 1954 Världens första kärnkraftverk, Obninsk kärnkraftverk med möjlighet att ge kraft till elnätet öppnas i Sovjetunionen. Den hade en effekt på 30 MW varav 5 MW gavs till elnätet. 1955 Den första internationella atomkonferensen för atomenergins fredliga användning hålls i Genève. 1956 Första kommersiella kärnkraftverket tas i drift i Calder Hall i England, med 4 × 60 MWe effekt. Verket producerar samtidigt plutonium till brittiska kärnvapen. 1956 Riksdagen fattar ett beslut baserat på atomenergiutredningens förslag. Detta innebär startskottet på den svenska linjen, baserad på inhemskt uran, tungvattenreaktorer och en planerad svensk atombomb. 1957 I Mayak, i staden Ozorsk i södra Ural, Sovjetunionen, drivs en militär kärnanläggning för produktion av vapenplutonium. Kylsystemet i en lagringstank lämnas ur funktion och den 29 september leder detta till en explosion. Tjugo miljoner curie radioaktivitet sprids i en 35 mil lång plym, över ett 23 000 kvadratkilometer stort område. 1957 Shippingport-reaktorn i USA invigs och blir världens första kärnkraftverk i kommersiell skala (60 MWe) utan produktion av vapenplutonium som sidoverksamhet. 1958 Norge startar Haldenreaktorn 1959 De två första atomdrivna (yt)fartygen sjösätts: isbrytaren Lenin i Sovjetunionen, och amerikanska handelsfartyget NS Savannah. 1960 startades för första gången reaktorn R2 i Studsvik, för forskningsändamål och produktion av isotoper till medicin och industri. Anläggningen var i drift till 2005. 1962 Riksdagen fattar beslut om att en fjärde svensk reaktor, R4, skulle byggas. Detta var vad som sedermera blev Marvikenverket. 1963 tas Sveriges första kommersiella reaktor, Ågestaverket, i drift. Verket levererar 55 MW fjärrvärme till Farsta, samt 10 MW elström. 1965 Provproduktion inleds i Ranstadsverket, Sveriges enda betydande anläggning för uranutvinning. 1968 Stockholms Elverk söker tillstånd för ett kärnkraftvärmeverk förlagt i berget vid Ropsten i Stockholm. För att utreda tillståndsfrågan påbörjades Närförläggningsutredningen. 1970 Regeringen beslutar att arbetena med Marvikenreaktorn ska avbrytas. Med detta får den svenska linjen sin slutpunkt, och Marviken byggs om till oljekraftverk. 1972 togs Oskarshamn 1 i drift. Reaktorn stängdes 17 juni 2017. 1974 Närförläggningsutredningen avger sitt betänkande; i princip positiv till närförläggningar, men utpräglad närförläggning skall undvikas till dess ytterligare erfarenhet vunnits. 1975 En partiell härdsmälta skedde i den första av reaktorerna i kärnkraftverket utanför Leningrad (St Petersburg). Det radioaktiva utsläppet uppges till en miljon curie. Vid Browns Ferry kärnkraftverk i USA utbryter en brand som resulterar i nya regler för brandsäkerhet i och med införandet av 10CFR50.48 och Appendix R. 1977 Den så kallade villkorslagen stiftas, varmed nya reaktorer får tas i drift endast om ägaren kan visa att utbränt kärnbränsle kan tas om hand på ett säkert sätt 1977 I juli tas Sveriges sjätte kommersiella kärnkraftverk, Barsebäck 2, i drift i enlighet med villkorslagen. 1979 En olycka vid kärnkraftverket på Three Mile Island i USA resulterade i härdsmälta (Harrisburgolyckan). Radioaktiva ämnen strömmade ut i säkerhetsbyggnaden som omger reaktorn men större utsläpp i omgivningen kunde undvikas. Undersökningsrapporten visade på problem i säkerhetskulturen. Olyckan bidrog till att få kärnkraftverk senare byggts i USA. 1980 Tilltagande skepsis till kärnkraft under 1970-talet och i synnerhet oro efter Harrisburgolyckan tvingar fram en folkomröstning om kärnkraftens framtid i Sverige. Det vinnande alternativet förordar att kärnkraften avvecklas ”i den takt som är möjlig med hänsyn till behovet av elektrisk kraft för upprätthållande av sysselsättning och välfärd” och att ”ingen ytterligare kärnkraftsutbyggnad skall förekomma”. 1980 Reaktorn BN-600 tas i drift i dåvarande Sovjetunionen. Verket är den äldsta bridreaktorn i kommersiell skala som fortfarande är i drift (2014).http://www.world-nuclear.org/info/Current-and-Future-Generation/Fast-Neutron-Reactors/ 1986 Ett test vid reaktor 4 vid Kärnkraftverket i Tjernobyl leder av olika orsaker till en explosiv brand i härden (Tjernobylolyckan), den mest omfattande kärnkraftsolyckan hittills. Räddningspersonal fick extrema stråldoser och ett stort område blir obeboeligt för oöverskådlig framtid. Mindre mängder radioaktivt nedfall drabbade stora delar av Europa. Olyckans eftermäle medförde bättre internationellt samarbete inom reaktorsäkerhet. 1992 I Barsebäck 2 brister ett sprängbleck i reaktorinneslutningen, 200 kg mineralull spolas ner i kondensationsbassängen och sätter igen silarna till säkerhetssystem (Barsebäckshändelsen).
2000-talet 2005 Barsebäcks kärnkraftverk tas ur drift sedan reaktor 2 stoppats. Detta sker som del av en energipolitisk uppgörelse mellan socialdemokraterna, centerpartiet och vänsterpartiet, men indirekt på grund av påtryckningar från Danmark. 2006 Svenska kraftnät orsakar kortslutning och spänningstransienter i ett ställverk utanför Forsmarks kärnkraftverk reaktor 1 vilket ledde till Forsmarkshändelsen.