Välkommen till Resurscentrums frågelåda!

 

Vill du ha ett snabbt svar - sök i databasen: Anpassad Google-sökning
(tips för sökningen).
Använd diskussionsforum om du vill diskutera något.
Senaste frågorna. Veckans fråga.

18 frågor/svar hittade

Energi [18782]

Fråga:
Kan man skapa något ämne som ger mer energi än kärnkraft?
/Veckans fråga

Ursprunglig fråga:
Kan man skapa något ämne som ger mer energi eller är kraftigare än kärnkraft?
/Anette J, Gamla Uppsala skola, Uppsala

Svar:
Bra fråga som faktiskt inte tycks vara besvarad här!

Energiproduktion är en process där man vinner energi genom att massan i sluttillståndet är mindre än massan i begynnelsetillståndet. Differensen i massa ger genom Einsteins formel E=mc2 en energi som kan uttnyttjas.

För mekaniska och kemiska energikällor är det inte meningsfullt eller brukligt att tala om en mass-skillnad eftersom den är omätbart liten, se fråga 17491 . För kärnreaktioner är mass-skillnaden emellertid fullt mätbar.

För traditionell kärnenergi (fission av uran) är mass-skillnaden ungefär 0.3%. För fusion (sammanslagning av lätta ämnen) är mass-skillnaden maximalt 0.7%.

För att få en energikälla gäller det alltså att hitta en process där sluttillståndet har mycket mindre massa (= energi) än begynnelsetillståndet.

Det finns bara en känd process som ger bättre energiutbyte än fusion: att låta en massa falla ner i ett svart hål. Då kan man teoretiskt utvinna 50% av vilomassan som energi, se fråga 14367 . Detta är knappast realistiskt i praktiken, så vi får nog vara nöjda med fission och fusion!

Den ultimata energikällan vore naturligtvis antimateria. Antimateria finns emellertid inte tillgängligt utan måste tillverkas, se fråga 16650 .
/Peter E

Nyckelord: energikällor [24]; kärnenergi [18];

*

Materiens innersta-Atomer-Kärnor [18454]

Fråga:
Varför blir det så mycket energi i en atombomb?
/Pontus B, Adolfsbergsskolan, Örebro

Svar:
Därför att energin kommer från fission (klyvning) av atomkärnor i stället för från kemiska reaktioner som involverar elektronerna i atomer. Grovt sett kan man säga att en kemisk reaktion utvecklar energi av storleksordningen eV medan kärnreaktioner ger MeV energi. Detta är alltså en faktor 1 miljon högre energiutveckling för kärnreaktioner. Låt oss jämföra uran-235 med dynamit:

Varje kärnklyvning i U-235 frigör c:a 200 MeV energi

200 MeV/atom = 200*1.602*10-13 [J]/(235*1.66*10-27 [kg]) = 82*106 MJ/kg

Dynamit har energiinnehållet 7.5 MJ/kg (Dynamite#Difference_from_TNT ), dvs en faktor 10 miljoner mindre är fission.
/Peter E

Nyckelord: kärnenergi [18];

*

Materiens innersta-Atomer-Kärnor [18306]

Fråga:
Vad är det farligaste med kärnkraftverk? Till exempel, uranbrytning. Tack på förhand!
/leonard B, Kunskapsgymnasiet, Uppsala

Svar:
Det är omöjligt att svara på frågan utan att specificera vad man menar med farligt. De fyra viktigaste potentiella problemen är

1 Avfallsproblemet, se fråga 1351 .

2 Haveririsken, se fråga 1351 .

3 Risker vid uranbrytning, se Uranium_mining .

4 Risk för kärnvapenspridning, se Nuclear_proliferation .
/Peter E

Nyckelord: kärnenergi [18];

*

Materiens innersta-Atomer-Kärnor [18153]

Fråga:
Vi har precis kommit igång med atom och kärnkraft i årskurs 9 och pratade om fission idag. Frågan kom från en elev och jag kunde inte ge något svar som jag själv blev nöjd med.

Varifrån kommer den första neutronen in i kedjereaktionen ifrån?

Jag har alltid tänkt att det är ett planerat sönderfall av något ämne och en sökning gav svaret att det är en partikelaccelerator som också kan sätta fart på fissionen. Stämmer detta?

Finns det något relativt enkelt sätt att förklara en partikelaccelerator för en vetgirig åk 9?
/Petri M, Mariefreds skola, Mariefred

Svar:
Det finns alltid lite neutroner i en kärnreaktor eftersom både U-235 och U-238 har en liten sannolikhet att sönderfalla genom spontan fission, se fråga 16986 .

Även om en reaktor skulle kunna startas med neutronerna från spontan fission så använder man speciella strålkällor för neutroner. Speciellt för kärnvapen där det är viktigt att kedjereaktionen startar i exakt rätt ögonblick måste man ha en neutronkälla i form av en mycket kompakt accelerator som producerar neutroner med en kärnreaktion.

I en reaktor använder man normalt radioaktiva neutronkällor som Cf-252 (spontan fission) eller alfa-strålare+beryllium som utnyttjar reaktionen mellan en alfapartikel från alfasönderfall med beryllium:

a + 9Be --> 3a + n

Se vidare Startup_neutron_source och Neutron_source .

Det skulle föra för långt att beskriva olika typer av partikelacceleratorer. Particle_accelerator är en bra utgångspunkt. De enklaste, och äldsta, är elektrostatiska acceleratorer som i princip består av en jonkälla för positiva joner, ett evakuerat accelerationsrör och ett spänningsfall till jord, se nedanstående bild från Wikimedia Commons.



/Peter E

Nyckelord: kärnenergi [18]; kärnvapen [14]; fission [15]; accelerator [6];

1 http://science.howstuffworks.com/transport/engines-equipment/vdg3.htm

*

Energi [17784]

Fråga:
Varför måste en avstängd reaktor kylas?
/Veckans fråga

Ursprunglig fråga:
Hej! Kärnkraften fungerar ju genom att värma vatten. Ändå blir uttjänt material för varmt. Varför kan man inte använda kärnmaterial tills dess att det inte ger någon värme längre? Det uttjänta material som nu verkar bli för varmt i Japan borde ju kunna användas en tid till, tills det inte "har mer att ge". Avfallet verkar tas ur drift för tidigt. Varför verkar avfallet tas ur bruk för tidigt??
/Thomas Å, Knivsta

Svar:
Thomas! Ja, det kan tyckas vara slöseri, men det är det inte av två skäl.

1 Om man snabbstoppar en reaktor genom att köra in styrstavarna helt stoppas kärnklyvningen omedelbart, men det utvecklas c:a 7% av maxeffekten i form av radioaktivt sönderfall hos, framför allt, fissionsprodukterna, se Decay_heat#Power_reactors_in_shutdown . Detta är inte tillräckligt för att köra turbinerna på ett effektivt sätt.

2 Den verkliga förlusten blir mycket mindre än 7% dels för att reaktorer normalt inte snabbstoppas utan tas ner långsamt så att en del av sönderfallsenergin tas om hand - de flesta av restprodukterna har halveringstider under ett dygn. Framför allt så körs ju reaktorn åtskilliga månader mellan stoppen, och det är bara de långlivade och sist producerade restprodukterna som inte kommer till användning.

Man skulle kanske kunna använda restenergin för uppvärmning, men eftersom säkerheten är den viktigaste aspekten har man såvitt jag vet inte gjort försök med att utnyttja restvärmet - det skulle helt enkelt inte vara ekonomiskt lönsamt.

När det gäller att experimentera med kärnkraftverk är ju Tjernobyl ett avskräckande exempel. Experimentet som gick snett där hade visserligen bara indirekt att göra med restvärmet. Kylningen av en snabbstoppad reaktor kräver ju pumpar som kräver elektricitet. Om man inte kan få el utifrån, så måste man utnyttja dieselgeneratorer. Det tar emellertid c:a en minut att starta dessa. Man har alltså ett gap på en minut när man inte kan kyla härden. Idén var då att utnyttja rotationsenergin hos turbinerna för att producera reservkraft under en kort stund (reaktorn förutsättes snabbstoppad, så turbinerna snurrar för fullt). Det var när man mitt i natten försökte utföra detta experiment som allt gick förfärligt fel, se Chernobyl_disaster#The_attempted_experiment .

Problemen vi ser i Fukushima efter jordbävningen och tsunamin är just beroende på att resevgeneratorerna förstördes av tsunamin, det gick inte att få ström utifrån och intagen för kylvatten var fulla med bråte. Man kunde alltså inte kyla reaktorhärdana och ännu värre inte en bassäng med relativt nyuttaget kärnbränsle (SFP i nedanstående figur från Wikimedia Commons). Anledningen till att det uttagna kärnbränslet är det största problemet är att det inte är inneslutet lika bra som reaktorhärdarna. Se vidare 2011_Japanese_nuclear_accidents



/Peter E

Nyckelord: Tjernobyl [10]; kärnenergi [18]; kärnkraftsavfall [11]; Fukushima [5];

*

Energi [17769]

Fråga:
Hur bildas vätgasen vid Olyckan i Japan. Det är ju bara vatten som kommer in i de heta områdena i kärnreaktorerna.Vad som händer är väl inte elektrolys för det finns ju ingen el.
/Ulrik J, Fasta gymnasium, Farsta

Svar:
Ulrik! Nej du har rätt i att det inte är elektrolys.

Vid hög temperatur (över 800oC), som man kan få om inte reaktorhärden kyls ordentligt, blir det en reaktion mellan zirkonium (höljet till bränslestavar och bränslekutsar består till en stor del av zirkonium) och vatten. I denna reaktion frigörs vätgas. (Detta liknar det klassiska kemiförsöket att lägga en zinkbit i saltsyra: det bubblar vätgas.) När koncentrationen av väte i luften blir tillräckligt stor kan man få en explosiv reaktion med luftens syre (knallgas). Det är dessa exposioner vi sett i flera av de drabbade verken i Japan.

Nedanstående video visar vätgasexplosionen i reaktor 1 i Fukushima. Lägg märke till den kupolformade tryckvågen c:a 10 och 20 sekunder in i videon. Man kan se tryckvågen eftersom luftens densitet varierar och ljus kan brytas/reflekteras i gränsskikten (samma effekt som hägringar).

Låt oss sätta in denna olycka i sammanhanget av de tidigare två riktigt stora händelserna.

Three Mile Island (1979): Reaktorn totalförstördes (härdsmälta) men reaktorinneslutningen höll och mycket lite radioaktivitet kom ut i omgivningen. I dag ser många denna olycka som en demonstration av att vår konstruktion av kärnkraftverk är mycket säker.

Tjernobyl (1986): Den värsta kärnkraftsolyckan vi haft. Även här fick man en vätgasexplosion, med det var att moderatorn var brännbar (grafit) och avsaknaden av en stadig reaktorinneslutning som gjorde att utsläppen av radioaktivitet blev så stora.

Fukushima: Vi får avvakta och se vad som händer: än så länge är rapporterna ganska förvirrade.

Länk 1 är en ganska tillförlitlig FAQ om kärnkraftolyckan.
/Peter E

Nyckelord: kärnenergi [18]; Tjernobyl [10]; Fukushima [5]; Three Mile Island [2];

1 http://chucktill.blogspot.com/2011/03/nuclear-reactor-faqs.html

*

Energi, Materiens innersta-Atomer-Kärnor [17766]

Fråga:
Jag har länge grunnat på hur kylvattnet i en kärnreaktor kan bli radioaktivt. Kommer det i direktkontakt med uranbränslet? (men det är väl inneslutet i bränslecellerna?) eller är det en följd av strålningspåverkan? eller?
/Folke R, Pargas svenska gymnasium, Pargas, Finland

Svar:
Normalt skall bränslet inte komma i direkt kontakt med kylvattnet. Dels har kutsarna (små cylindrar som innehåller bränslet) ett metallhölje och dels finns ett hölje för bränslestavarna.

Sedan har du även som du säger inducerad radioaktivitet från det stora flödet av neutroner. Man försöker minimera detta genom att låta kylvattnet gå igenom jonbytare för att ta bort föroreningar. Lite aktivitet blir det dock alltid, bland annat 14C.
/Peter E

Nyckelord: kärnenergi [18];

*

Energi [16095]

Fråga:
När man använder uran-235 i kärnkraftverken omvandlas det till något annat grundämne eftersom uran inte är förnybar kommer det att försvinna. Vad händer då? Periodiska systemet blir minus en och resten av världen kommer väl också få förändringar?
/Olivia S, Solbergs gymnasium, Solberg

Svar:
Olivia! Ja, U-235 klyvs och blir till lättare kärnor+neutroner+energi, se fråga 13690 nedan. Nej, allt U-235 kommer inte att försvinna. Även om det gjorde det skull det inte påverka jorden det minsta. Dessutom finns massor av U-235 ute i universum. Det finns för övrigt många "hål" i nuklidkartan (länk 1 och Table_of_nuclides ), dvs nuklider som inte finns naturligt på jorden.

Se vidare kärnenergi .
/Peter E

Se även fråga 13690

Nyckelord: kärnenergi [18];

1 http://www.nucleonica.net/Applet/Decay/radioactive_decay.aspx

*

Materiens innersta-Atomer-Kärnor [14954]

Fråga:
Hej jag funderar väldigt mycket på kärnkraft och kärnvapen. Min fråga är används uran till båda delarna och är det uranet som är farligt.
/Robin P, Centralskolan, Åtvidaberg

Svar:
Hej Robin! Du frågar om något som inte är lätt att förstå utan en ordentlig bakgrund i fysik. Ja, både kärnkraft och kärnvapen använder uran, men en sällsynt variant som heter uran-235. Bortsett från att båda använder uran är tekniken mycket olika för ett kärnkraftverk och ett kärnvapen.

Från naturligt uran som innehåller 0.7% uran-235 kan man separera ut uran-235 så man får 3-5%. Detta kan användas som bränsle i kärnkraftverk. Om man vill göra kärnvapen måste man separera ut uran-235 till över 90%. Detta är mycket svårare eftersom det kräver en mycket stor anläggning.

Uran som sådant är inte särskilt farligt, men eftersom man när man klyver en urankärna får ut väldigt mycket energi och strålning, gäller det att inte vara i närheten!
/Peter E

Nyckelord: kärnenergi [18]; kärnvapen [14];

1 http://www.svenskenergi.se/energifakta/karnkraft.htm
2 http://sv.wikipedia.org/wiki/K%C3%A4rnvapen

*

Materiens innersta-Atomer-Kärnor [14847]

Fråga:
Vad är skillnaden mellan fission och fusion?
/Veckans fråga

Ursprunglig fråga:
Jag undrar hur jag enkelt förklarar skillnaden mellan fusion och fission för mina mellanstadieelever. Jag fick frågan av en elev som är väldigt intresserad av svaret men resten av klassen kommer sitta som fågelholkar när jag förklarar. Undrar därför om det finns en enkel, kort och koncis förklaring... Jag vill ju att de också ska förstå lite...
/Annica W, Centralskolan, Åtvidaberg

Svar:
Annica! Det är inte så lätt att förklara med mellanstadieelevernas begreppsbild. För full förståelse behöver man t.ex. förstå ett begrepp som bindningsenergi.

Det enklaste svaret är bara beskrivande: fusion är när man slår ihop lätta kärnor och fission är när man klyver tunga kärnor. Båda dessa processer ger energi (värme), så de kan användas t.ex. för att producera elektricitet.

Fissionsenergi är väl etablerat i praktiken i kärnkraftverk. Man klyver urankärnor genom att bombardera dem med neutroner. Eftersom det produceras 2-3 neutroner i varje fissionsprocess, går det att åstadkomma en kedjereaktion som kan underhållas kontinuerligt.

Fusionsenergi är däremot än så länge bara ett framtidshopp. Som en illustration till svårigheterna kan jag berätta att när jag började studera kärnfysik för drygt 30 år sedan så sade man att det kommer att ta 30 år att realisera en energiproducerande fusionsreaktor. I dag är uppskattningen: kanske om 50 år! Detta visar om inget annat hur svårt problemet är.

Anledningen till att kontrollerad fusion är så svår är att man försöker slå ihop två atomkärnor som är positivt laddade. Lika laddningar repellerar varandra, så för att kärnorna skall komma tillräckligt nära varandra så måste de skjutas mot varandra med hög hastighet. Hög hastighet hos atomerna i en gas betyder hög temperatur - flera miljoner grader. Man behöver kunna hålla ihop gasen och hindra den att expandera. Detta kan man göra med magnetfält, men det återstår ännu många problem att lösa. Nästa generation av försöksanläggning ITER, som är ett globalt samarbetsprojekt, kommer att byggas i Frankrike.

Fusion sker i alla stjärnor, inklusive solen, så solenergi och vindenergi är i princip fusionsenergi från en naturlig fusionsreaktor i solens centrum.

Låt oss se om vi kan förstå varför man kan utvinna energi både genom att slå samman lätta kärnor och att klyva tunga kärnor.

Atomkärnan består av positivt laddade protoner (vätekärnor) och neutrala neutroner. Protoner och neutroner kallas med ett gemensamt namn för nukleoner. Antalet nukleoner kallas masstal och betecknas med A. Antal protoner i en kärna kallas atomnummer och betecknas med Z. Det är atomnumret som bestämmer vilket grundämne man har att göra med.

Protonerna repellerar visserligen varandra, men det finns attraherande krafter mellan nukleonerna som är starkare är repulsionen. Nukleonerna kommer därför att bindas samman och ha vad vi kallar en bindningsenergi.

Man kan förstå förvånansvärt mycket av atomkärnors egenskaper genom en mycket enkel modell: vätskedroppsmodellen. Man betraktar atomkärnan som en vätskedroppe - t.ex. en vattendroppe - så att nukleonerna motsvarar vattenmolekyler. Vattenmolekylerna i en vattendroppe binds samman genom krafter mellan närliggande molekyler, dvs den attraktiva kraften har kort räckvidd. Molekylerna i en vattendroppe har också en bindningsenergi - man måste tillföra energi för att "koka bort" molekyler. Se Semi-empirical_mass_formula för mer om vätskedroppsmodellen.

Bindningsenergin per nukleon visas i nedanstående figur. Grovt kan man säga att bindningsenergin för de flesta kärnor är c:a 8-9 MeV per nukleon. För lätta kärnor är bindningsenergin lägre, och den minskar även för mycket tunga kärnor. De mest stabila kärnorna - högst bindningsenergi - finns omkring masstalet 60, dvs järn och nickel.

Den lägre bindningsenergin för lätta kärnor förklaras av att små kärnor har relativt mycket "yta". Nukleonerna på ytan har inga grannar "utåt", så bindningen blir mindre. Det är denna effekt som orsakar ytspänning i en vattendroppe, se ytspänning .

Nedgången i bindningsenergi för tunga kärnor beror på repulsionen mellan protonerna. Coulomb-repulsionen har lång räckvidd till skillnad från attraktionskraften mellan nukleonerna som har kort räckvidd. Detta betyder att bindningen går som masstalet A och repulsionen som Z(Z-1)/2 där Z är kärnladdningen (antal protoner). För kärnor med många protoner kommer därför coulomb-repulsionen att bli större och därmed bindningsenergin att minska.

Låt oss titta lite på energiförhållandena för fission och fusion.

Om vi delar en urankärna med A c:a 240 hamnar vi omkring A=120. Bindningsenergin per nukleon är 7.5 vid A=240 och 8.4 vid A=120 (se figuren nedan). Vi vinner alltså en bindningsenergi på c:a (8.4-7.5)*240=216 MeV. Detta är ett mycket högt värde för en kärnreaktion, och är anledningen till att det går att utvinna så mycket energi genom fission av tunga kärnor.

Kvalitativt kan man även förstå fissionsprocessen med vätskedroppsmodellen: en inkommande neutron sätter urankärnan i svängning. Om deformationen har tillräckligt stor amplitud, kommer coulomb-repulsionen att ta överhanden och kärnan kan delas i två delar.

Den mest effektiva fusionsreaktionen är att slå ihop deuterium med tritium:

d + 3H --> 4He + n

Bindningsenergierna (Nuclear_binding_energy ) för de ingående kärnorna är enligt figuren nedan

2H: 2*1.1=2.2 MeV
3H: 3*2.8=8.4 MeV
4He: 4*7.0=28.0 Mev
n: 0 MeV

Differensen i bindningsenergi blir alltså 28.0-(2.2+8.4)=17.4 MeV. Som synes är anledningen till den stora frigjorda energin att 4He-kärnan (alfapartikeln) är mycket stabil. Detta är det enda man inte kan förstå med den enkla vätskedroppsmodellen - för att förstå detta behöver man kvantmekanik.

Vätskedroppsmodellen kan även förklara vilken kärna för ett giver masstal är stabilast, se Semi-empirical_mass_formula#Examples_for_consequences_of_the_formula . Även massparablerna (fråga 13758 ) förklaras bra av massformeln.

Hoppas du kan använda en något av ovanstående utan alltför mycket fågelholksreaktion. Mer om ämnet finns under nedanstående länkar (på engelska): länk 1 är mer om bindningsenergi och länk 2 om kärnenergi.



/Peter E

Nyckelord: bindningsenergi [20]; fusion [15]; fission [15]; kärnenergi [18]; vätskedroppsmodellen [5]; kärnreaktion [5];

1 http://hyperphysics.phy-astr.gsu.edu/hbase/nucene/nucbin.html
2 http://science.howstuffworks.com/nuclear-power.htm

*

Energi [14320]

Fråga:
Hur avbryter man kedjereaktionen i ett kärnkraftverk?
/Veckans fråga

Ursprunglig fråga:
hej! jag undrar hur man avbryter kedjereaktionen i ett kärnkraftverk? vad använder man och hur kontroller man det som stänger av den?
/siri l, asken, strängnäs

Svar:
Hej Siri! Ett kärnkraftverk i normaldrift körs med en exakt balans mellan producerade neutroner (i fissionsprocessen) och konsumerade neutroner (de som orsakar fission, bara fångas in i bränslet eller moderatorn, försvinner ut från reaktorhärden mm). En liten ökning i borttagna neutroner gör att reaktorn går ner i effekt för att slutligen stanna. Denna ökning i borttagna neutroner åstadkoms med sk styrstavar.

Styrstavarna går i mellanrummet mellan bränslestavarna rakt igenom reaktorn och innehåller ett ämne som absorberar neutroner, vanligtvis bor eller kadmium. Styrstavarna körs normalt ut och in med elmotorer, men man kan även använda hydrauldon för snabbstopp.

En liten men viktig detalj som är mycket viktig för att kunna driva ett kärnkraftverk på ett säkert sätt är sk fördröjda neutroner. C:a 1% av de neutroner som produceras har föregåtts av ett beta-sönderfall. Det betyder att dessa neutroner är fördröjda med några sekunder (moderkärnans halveringstid) innan de kommer ut och kan inducera kärnklyvningar. Om inte denna 1% av fördröjda neutroner hade funnits, så hade tidskonstanten för reglering blivit mycket kortare, och det hade varit omöjligt att styra reaktorn med mekaniska anordningar.

En annan viktig aspekt på reaktorkonstruktionen är moderatorn som effektivt bromsar upp neutronerna. I de typer av reaktorer vi har i Sverige används vatten som moderator (förutom att det fungerar som kylmedium för reaktorhärden - det transporterar värme från reaktorn till turbinen). De neutroner som kommer ut i fissionsprocessen har ganska hög energi (1-10 MeV). Sannolikheten för fission av U-235 är emellertid mycket låg för dessa höga neutronenergier, se nedanstående figur. Vid låga neutronenergier är emellertid som synes sannolikheten mycket större. För att få ett bra utbyte av fissionsreaktioner är det alltså effektivt att snabbt få ner neutronenergin till låga värden. Detta sker genom att neutronerna kolliderar med vätekärnorna som finns i vattnet.

Se vidare länk 1, länk 2, Nuclear_power , Nuclear_reactor_technology och Light_water_reactor , de tre senare mycket omfattande och på engelska.



/Peter E

Nyckelord: kärnenergi [18];

1 http://www.e.kth.se/~e98_bpo/index.html
2 http://sv.wikipedia.org/wiki/K%C3%A4rnreaktor

*

Energi [14319]

Fråga:
Vad händer med den värmeenergi som kommer från tex en hårtork
/Veckans fråga

Ursprunglig fråga:
Hej! Jag undrar vad som händer med den värmeenergi som kommer från tex en hårtork. Värmer den upp vår jord eller vad blir det med den eftersom värme är den lägsta energiformen? Och en lite fråga till: Hur räknar man ut antal hästkrafter som en bil har?
/Sarah A, Lillerudsgymnasiet, Vålberg

Svar:
Sarah! Intressant fråga som är mer komplex än vad man kan tro! Det beror på var elektriciteten som driver hårtorken kommer ifrån.

Om den kommer t.ex. från vattenkraft, vindkraft eller solkraft så är det bara en omfördeling av värmeenergin. Den värme som skulle ha utvecklats vid kraftverket (och som kraftverket "stal") utvecklas i ditt sovrum i stället. Under största delen av året behöver vi i Sverige ändå värma upp våra bostäder, så värmeenergin är inte bortslösad.

Om el-energin kommer från kärnkraftverk är det lite annorlunda. Kärnkraftverken tar energi från urankärnorna och i slutändan blir all denna energi till värme. Utan kärnkraftverk hade urankärnorna bevarats och denna energi alltså stannat där. Energiutvecklingen från alla kärnkraftverk är emellertid mycket liten jämförd med den energi som kommer från solen. Låt oss se om detta är sant:

Enligt Power Reactor Information System är det totala elekriska effekten för alla världens kärnkraftevert 369 GW(e). Med en verkningsgrad på c:a 30% blir detta ungefär 1000 GW eller 1 TW (terawatt=1012 W) termisk effekt.

Instrålningen av energi per sekund och m2 från solen ges av solarkonstanten = 1368 W (se solarkonstanten ).

Jordens yta (genomskärningsytan) är

pR2 = p*(6.38*106)2 = 128*1012 m2

Effekten från solstålningen blir då

128*1012 * 1368 = 175000*1012 W = 175000 TW.

Detta är ganska mycket större är de 1 TW från kärnkraften, så uppvämningen av jorden pga kärnkraft är säkert försumbar - det finns andra viktigare skäl till att jordens temperatur antagligen ökar lite.

Se vidare energikällor , kärnenergi , vattenkraft , växthuseffekten . Se även fråga 14321.

Man bestämmer normalt effekten hos en bilmotor med en motor-dynamometer som är en sorts kalibrerad broms, se länk 1 för detaljer.
/Peter E

Se även fråga 14321

Nyckelord: energikällor [24]; kärnenergi [18];

1 http://www.pumaracing.co.uk/power3.htm

*

Energi [14276]

Fråga:
Hur ofta måste de byta bränslestavar i ett kärnkraftverk?
/siri l, asken, strängnäs

Svar:
Siri! Normalt byter man en liten del av uranstavarna vid den årliga revisionen (servicetillfället). Denna sker oftast på sommarhalvåret, eftersom det krävs mindre el-effekt i Sverige då. Se Kärnbränslecykeln för en utmärkt beskrivning av hela bränslehanteringen.
/Peter E

Nyckelord: kärnenergi [18];

*

Energi [13462]

Fråga:
Jag undrar om det finns en vettig förklaring till att Barsebäck ligger där det ligger?
/Caroline L, Tångvalla, Falsterbo

Svar:
Caroline! Barsebäck ligger där det ligger därför att det gick vägar dit och man tyckte det var lämpligt med några hus .

Men det var nog Barsebäcksverket du menade. Det är svårare. I dag anser nog många att placeringen inte är bra, men det ligger där det ligger. Man har försökt kompensera den dåliga läget med att öka säkerheten ytterligare genom att bygga en skorsten med filter som skall minska utsläpp vid en eventuell olycka.

Vad man gjort i detta fallet finns fler exempel på (bland annat i Frankrike på gränsen till Tyskland): man har bara tittat på vad som finns i omgivningen i det egna landet och glömt bort närliggande städer i utlandet. Man kan också uttrycka det så här: Skåne har glädje av Barsebäcksverket (energi, pengar) medan danskarna bara ser det som en fara och som en kunkurrent till den danska kolproducerade energin.

Så långt det objektiva svaret. Jag tänker nu kliva upp på min apelsinlåda och framföra mina högst personliga åsikter - du får tycka vad du vill om dem:

  • All energiproduktion påverkar miljön på något sätt. Man måste helt enkelt välja de metoder som är mest acceptabla. Detta är till sist ett politiskt beslut (skall så vara), men beslutet måste baseras på fakta och erfarenhet.
  • Kärnenergi är med tanke på alternativen en mycket bra energikälla - vi måste emellertid placera kärnkraftverken på rätt ställe. Jag kan nog hålla med så långt att Barsebäcksverket kan avvecklas på grund av politiska skäl (detta sker då tyvärr till ett högt pris, pengar som kunde använts till något annat), men vi bör samtidigt säga att vi skall behålla de övriga aggregaten ett bra tag till.
  • Alternativen till kärnkraft är framför allt vindkraft (rent, men fult och kan inte ge en stor del av vårt energibehov), vattenkraft (rent, men förstör våra älvar), direkt solenergi (ineffektivt i Sverige utom små anläggningar för att värma vatten, direkt elproduktion möjlig men dyr), kol/olja (moderna kraftverk ger inte mycket utsläpp av skadliga ämnen, men de bidrar till växthuseffekten genom CO2-utsläpp), fossilgas - felaktigt kallad naturgas (ger också CO2-utsläpp), biobränsle (bra på många sätt, men för mig åtminstone mest intressant som fordonsbränsle (rapsolja, sprit).
  • Vi kan också låta bli att producera elektricitet i Sverige och köpa från utlandet. Men då skyfflar vi bara över problemen till andra länder.
Det finns nya lovande metoder att få ut kärnenergi, se fråga 1351 . Med denna teknik undviker man de två problemen som finns med traditionell kärnkraft - säkerheten och avfallet. Se även länk 1 för miljöpåverkan och länk 2 för allmän information från Forskning.se.
/Peter E

Nyckelord: växthuseffekten [30]; kärnenergi [18]; energikällor [24]; *miljöpåverkan [14];

1 http://www.jordensvanner.se/2013/veckans-kronika-carl-erik-magnusson
2 http://www.forskning.se/nyheterfakta/teman/karnkraft/tiofragorochsvar/vadarkarnkraft.html

*

Energi [13180]

Fråga:
Vad är skillnaden mellan kokarreaktorer och tryckvattenreaktorer?

Hur kan det komma sig att kylvattnet (från havet) blir radioaktivt? Det är väl inte i kontakt med reaktortanken!? Det sägs ju att det leds ut radioaktivt avfall i havet på detta sätt, är det sant?
/

Svar:
De i Sverige förekommande typerna av kärnreaktorer beskrivs i

Tryckvattenreaktor (Pressurized_Water_Reactor ):

och

Kokarreaktor (Boiling_Water_Reactor ):

.

Den väsentligaste skillnaden är att man i en tryckvattenreaktor har ett internt slutet kylvattensystem med värmeväxlare, så att vatten som varit inne i reaktortanken inte kommer in i turbinen. I en kokarreaktor är det samma vatten i reaktorn som driver turbinen. Detta kräver lite mer av turbinen - den får alltså inte läcka!

Den vattenvolym som släpps ut ifrån ett kärnkraftverk består till mer än 99,99% av kylvatten, dvs värmeväxlat vatten. Kylvattnet innehåller ingen radioaktivitet från kärnkraftverket. Men på samma ställe som kylvattnet släpps ut till havet igen, släpper man även ut så kallat utsläppsvatten (alltså resterande 0,01% av det totala vattenutsläppet). Detta vatten innehåller vanligtvis lite radioaktivitet eftersom det kommer ifrån en tank som samlar upp "smutsvatten" inifrån kraftverket. "Smutsvattnet" kan komma ifrån duschutrymmen, golvdränage eller tex vatten som använts för att spola rent rör och tankar. Innan man släpper ut detta vatten till havet renas det genom olika filter och därefter tar man ett prov för att se att det är godkänt för utsläpp. Mängden radioaktivitet som släpps ut till havet är alltså liten.

Den mesta radioaktiviteten som släpps ut är i gasform genom skorstenen. Hur mycket radioaktivitet som släpps ut (både via skorstenen och med kylvattnet) regleras av Strålsäkerhetsmyndigheten (Strålsäkerhetsmyndigheten (tidigare Statens kärnkraftinspektion och Statens strålskyddsinstitut) ). Eftersom radioaktiviteten snabbt sprids ut blir den snart mindre än den naturliga bakgrundsstrålningen.

Den mesta radioaktivitet som bildas i ett kärnkraftverk tas om hand och lagras under kontrollerade former till de skall slutförvaras, se kärnkraftsavfall .

Mer om kärnenergi finns under länk 1 nedan. Se även Nuclear_power , Nuclear_reactor_technology och ENERGY FOR THE FUTURE - The Nuclear Option .
/Peter E

Nyckelord: kärnenergi [18]; kärnkraftsavfall [11]; fission [15];

1 http://science.howstuffworks.com/nuclear-power.htm

*

Energi, Materiens innersta-Atomer-Kärnor [1351]

Fråga:
Berätta om transmutation av kärnavfall!
/Veckans fråga

Ursprunglig fråga:
Jag läser om kärnkraft, och jag tycker att transmutation av radioaktivt avfall verkar vara något bra. Vad är problemen? Varför kan man inte omvandla det instabila uranet till tex. bly och få ut energi? Var kan jag läsa mer om forskning på transmutationer? /Nanna
/Nanna T, Umeå

Svar:
Detta är ett ganska tekniskt ämne, men vi skall försöka förklara det så enkelt som möjligt.

För att förstå bakgrunden till transmutation är det nyttigt att titta på de problem som finns med kärnenergin som vi utnyttjar den nu:

  • Den ger upphov till långlivat radioaktivt avfall som är besvärligt att bli av med på ett säkert sätt.

  • Kärnkraftreaktorer kan haverera och ge upphov till allvarliga skadeverkningar. Orsaken till detta är att man måste samla mycket (många ton) klyvbart uran i en liten volym för att kedjereaktionen skall kunna underhållas. Detta ger upphov till två problem:
    1. Reaktorn kan om man förlorar kontrollen bli "överkritisk" (varje generation neutroner från fissionsprocessen producerar fler neutroner som ger upphov till fission) och rusa iväg. I de flesta reaktorer som finns i dag så upphör denna "rusning" dock av sig själv, men reaktorn kan förstöras.
    2. Även om fissionsprocessen upphör (vilket den gör om en reaktor havererar), så måste man fortsätta att kyla bränslet under flera timmar. Om man inte gör det får man vad man kallar en härdsmälta. Har man otur så kan det radioaktiva materialet i härden komma ut i omgivningen. Olyckan i Three-Mile-Island var en härdsmälta, men den kraftiga inneslutningen, som finns i de flesta moderna reaktorer, höll, och ingen radioaktivitet kom ut i omgivningen.
Det grundläggande säkerhetsproblemet med våra nuvarande reaktorer är allså att de måste innehålla mycket uran. Om man försökte göra en mindre reaktor, så skulle alltför många neutroner läcka ut ur reaktorn, och vi kan inte vidmakthålla kedjereaktionen.

Idén med transmutation är att man tillför extra neutroner utifrån. Dessa produceras genom att man låter en stråle med protoner från en partikelaccelerator träffa ett strålmål och producera neutroner genom s.k. spallation (sönderdelning - man slår alltså i princip sönder atomkärnorna i sina beståndsdelar neutroner och protoner, se Spallation#Nuclear_spallation ). Reaktorn placeras nära strålmålet, och de extra neutronerna medför att vi kan underhålla en kedjereaktion med mindre mängd uran i reaktorn - reaktorn är "underkritisk", vilket innebär att så snart vi stänger av acceleratorn (det kan vi alltid göra - det är bara att dra ur "sladden"), så har vi ett snällt hanterbart system, som inte kan ge upphov till en härdsmälta.

En annan fördel är att vi kan "förbränna" (transmutera) allt radioaktivt material, och vi kan på så sätt bli av med avfallet.

En tredje fördel är att vi kan använda thorium som bränsle. Det finns mycket mer thorium än uran (speciellt eftersom vanliga reaktorer bara använder mindre är 1% av uranet - isotopen U-235), varför vi har en i praktiken outtömlig energikälla som dessutom är säker och inte ger upphov till radioaktivt avfall.

Figuren nedan visar principen för ett system för transmutation som även producerar elektricitet.

Detta låter nästan för bra för att vara sant! Vi löser alla problem med den nuvarande kärnkraften och får en outtömlig energikälla! Det finns emellertid olösta (med antagligen inte olösliga) problem:

  • Idén är ganska ny, och det krävs ett långt och dyrt utvecklingsarbete för att realisera den.
  • Man måste kunna utföra en kemisk separation av olika grundämnen i bränslet: de stabila och kortlivade ämnena kan slutförvaras, medan långlivade radioaktiva ämnen måste föras tillbaka till transmutationsreaktorn.
  • Bara ett till synes enkelt problem som att göra ett strålmål som tål en mycket intensiv bestrålning med protoner är inget trivialt. Man arbetar nu med ganska komplicerade system med en blandning av bly/vismut i flytande form.
  • I Sverige har vi ytterligare ett problem: utveckling av ett transmutationssystem är olagligt enligt den beryktade "tankeförbudsparagrafen":
    Paragraf sex i lagen om kärnteknisk verksamhet lyder: Ingen får utarbeta konstruktionsritningar, beräkna kostnader, beställa utrustning eller vidta andra sådana förberedande åtgärder i syfte att inom landet uppföra en kärnreaktor. Gemenligen kallad "Lex Birgitta Dahl" - oåterkallerlig.
    Riksdagen måste ändra denna lag innan verkligt utvecklingsarbete kan komma igång i Sverige. (Tillägg: Lagen är numera avskaffad)
Numera bedrivs forskning om transmutation i ganska stora projekt i flera länder. Än så länge får man nog betrakta dessa som "förstudier".

Ämnet är relativt nytt och det mesta som finns skrivet är på engelska och ganska tekniskt. Länken, som uppdateras kontinuerligt, ger en lista på de websites vi hittat.
/Peter Ekström

Nyckelord: kärnenergi [18]; kärnkraftsavfall [11]; transmutation av kärnavfall [2]; fission [15];

1 http://www.pixe.lth.se/links/search.asp?class2=%267%3B&sForm=true

*

Energi [1537]

Fråga:
Vi har några frågor som jag skulle vilja få svar på Vi har ämnet "Kärnkraftverk" 1. Hur många kärnkraftverk finns det i hela Europa? 2. Hur många av dom kan på verka vårt liv och vår miljö, Om en av dem skulle explodera? 3. Hur stor risk är det att det händer en ny "Tjernobyl"
/Martin H, Killebäck, Lund

Svar:
Du ska få en karta, där du kan räkna själv, se länk 1 nedan. Klicka på de röda prickarna för mer detaljer. De flesta reaktorerna är lättvattenreaktorer, och de kan inte explodera som Tjernobyl-reaktorn. Men de kan smälta ned, och det är också farligt. Reaktorerna i västeuropa ligger inkapslade i flera skal, som förhoppningsvis skyddar oss i ett sådant läge. Risker är svårt att uttala sig om. Kraftverket i Ignalina i Litauen har reaktorer av Tjernobyl-typ.

Denna sajt innehåller mycket information om kärnkraftverk: The Virtual Nuclear Tourist ! Nuclear Power Plants Around the World . Länk 2 ger fler länkar. Kärnbränslecykeln innehåller mycket information framför allt om bränslet. Power Reactor Information System är den ultimata databasen med allt man kan vilja veta och lite till!

Kärnkraftverk innehåller kort historik och annan information om kärnkraft.
/KS/lpe

Se även fråga 330

Nyckelord: kärnenergi [18];

1 http://news.bbc.co.uk/2/hi/europe/4713398.stm
2 http://fragelada.fysik.org/links/search.asp?keyword=k%E4rnenergi

*

Energi [2695]

Fråga:
Jag har en elev som undrar hur kärnklyvningen sätts igång i ett kärnkraftverk från första början. Varifrån kommer den första neutronen? Varför startar inte kärnklyvningen redan i fabriken där bränslet tillverkades?
/Maria B, Vasaskolan, Skövde

Svar:
Reaktorbränslet består till 97% av 238U och till 3% av 235U. Det som klyvs när reaktorn är igång är 235U. Långsamma neutroner kan inte klyva 238U, men denna isotop kan i sällsynta fall (en gång på miljonen) sönderfalla genom spontan fission (klyvning), och då bildas flera neutroner. Man kan räkna ut, att i 1 kg uran produceras på detta sätt över 1000 neutroner per sekund. I en kärnreaktor produceras flera miljoner neutroner per sekund innan den startat.

Detta resonemanget gäller när reaktorn startas första gången. Ska reaktorn startas efter ett stopp, finns vissa klyvningsprodukter som absorberar neutroner mycket effektivt, till exempel 135Xe. Vid normal drift förstörs den isotopen kontinuerligt, men stoppar man reaktorn, bildas en avsevärd mängd, som gör det svårt att starta reaktorn igen. Då brukar man "tända" reaktorn med en yttre neutronkälla.

För att kärnklyvningen ska pågå, krävs ett ganska invecklat arrangemang för att bromsa upp neutronerna. I ett löst bränsleelement på fabriken finns ingen risk för kedjereaktion. Detta gäller låganrikat uran.  
/KS

Nyckelord: kärnenergi [18];

*

Ämnesområde
Sök efter
Grundskolan eller gymnasiet?
Nyckelord: (Enda villkor)
Definition: (Enda villkor)
 
 

Om du inte hittar svaret i databasen eller i

Sök i svenska Wikipedia:

- fråga gärna här.

 

 

Frågelådan innehåller 7168 frågor med svar.
Senaste ändringen i databasen gjordes 2017-07-06 14:08:20.


sök | söktips | Veckans fråga | alla 'Veckans fråga' | ämnen | dokumentation | ställ en fråga
till diskussionsfora

 

Creative Commons License

Denna sida från NRCF är licensierad under Creative Commons:
Erkännande-Ickekommersiell-Inga bearbetningar
.