Presentation laddar. Vänta.

Presentation laddar. Vänta.

Tibro 2008-02-20 Ane Håkansson Kärnkraft –problem och lösningar för den globala energiförsörjningen Kort beskrivning av kärnkraftens historia, nuläget.

Liknande presentationer


En presentation över ämnet: "Tibro 2008-02-20 Ane Håkansson Kärnkraft –problem och lösningar för den globala energiförsörjningen Kort beskrivning av kärnkraftens historia, nuläget."— Presentationens avskrift:

1 Tibro 2008-02-20 Ane Håkansson Kärnkraft –problem och lösningar för den globala energiförsörjningen Kort beskrivning av kärnkraftens historia, nuläget och framtiden

2 Tibro 2008-02-20 Ane Håkansson Kort historik 1932: Neutronen upptäcks av 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 Tibro 2008-02-20 Ane Håkansson 1953: 8:e december, Eisenhower “Atom for Peace” förslaget. 1954: R1 går igång i Stockholm (KTH). 1955: Arco (Idaho) får elektricitet från BORAX III. 1957: International Atom Energy Agency, IAEA bildas. 1960-talet kännetecknas av massiv utbyggnad av civil kärnkraft i världen. I Sverige tas riksdagsbeslut om att stoppa utbyggnaden av de stora norrlandsälvarna; satsning på kärnkraft istället. Kort historik

4 Tibro 2008-02-20 Ane Håkansson 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. Kort historik

5 Tibro 2008-02-20 Ane Håkansson 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). Kort historik

6 Tibro 2008-02-20 Ane Håkansson 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 Tibro 2008-02-20 Ane Håkansson Varifrån kommer energin? Protoner Elektronmoln Atomkärna Neutroner Grundämne Antalet protoner. Väte har en proton, uran har 92 protoner. Isotop Antalet neutroner. 235 U har 235-92=143 neutroner

8 Tibro 2008-02-20 Ane Håkansson Varifrån kommer energin? Protoner och neutroner i atomkärnor kallas nukleoner och är bundna till varandra i atomkärnan (bindningsenergi). fria partiklar bundna partiklar 0 energi p n

9 Tibro 2008-02-20 Ane Håkansson Varifrån kommer energin? Uran Järn Fusion Fission Helium

10 Tibro 2008-02-20 Ane Håkansson Kärnenergi -fissionsprocessen Fissionsfragment t ex 137 Cs

11 Tibro 2008-02-20 Ane Håkansson 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: 6.023·10 23 => enorma energimängder frigörs. Vad händer om fissionsneutronerna i sin tur startar nya fissioner?

12 Tibro 2008-02-20 Ane Håkansson Kärnenergi -fissionsprocessen

13 Tibro 2008-02-20 Ane Håkansson Kärnenergi -fissionsprocessen

14 Tibro 2008-02-20 Ane Håkansson 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 Tibro 2008-02-20 Ane Håkansson ”Atomkraft”? ”Kärnkraft”? Alla konventionella produktionsslag innebär utnyttjande av processer på atomär nivå. •relativt liten mängd bränsle behövs. •relativt liten mängd avfall produceras, vilket dessutom är lokaliserat. Exempelvis: “Förbränning” av uran utnyttjas atomkärnornas energinivåer => 1-10 miljoner gånger större än atomernas. För en given mängd producerad energi leder det till att:

16 Tibro 2008-02-20 Ane Håkansson ”Atomkraft” Ved: 5 kWh/kg. Olja: 10 kWh/kg. Kommersiellt uranbränsle: 100 000 kWh/kg. Energin i en urankuts motsvarar 800 liter olja. Det finns ca 15 miljoner urankutsar i en reaktor. ”Kärnkraft”

17 Tibro 2008-02-20 Ane Håkansson Kort om dagsläget Totalt: 438

18 Tibro 2008-02-20 Ane Håkansson Kort om dagsläget

19 Tibro 2008-02-20 Ane Håkansson 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 Tibro 2008-02-20 Ane Håkansson Kärnreaktorn

21 Tibro 2008-02-20 Ane Håkansson Kärnreaktorn De snabba fissionsneutronerna måste bromsas i ett material för att kunna åstadkomma nya reaktioner. Detta kallas moderering: Snabb fissionsneutron Långsam neutron Atomkärnor i det modererande materialet

22 Tibro 2008-02-20 Ane Håkansson 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 Tibro 2008-02-20 Ane Håkansson 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 Tibro 2008-02-20 Ane Håkansson 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 Tibro 2008-02-20 Ane Håkansson Kärnreaktorn Kokvattenreaktorn (BWR) Kännetecken: endast en krets. Reaktiviteten styrs med en kombination av styrstavar och matarvattenpumpar. Snabbstoppas med styrstavar.

26 Tibro 2008-02-20 Ane Håkansson Tryckvattenreaktorn (PWR). Kärnreaktorn Kännetecken: en primärkrets och en sekundärkrets. Reaktiviteten styrs med en inblandning av bor i moderatorvattnet. Snabbstoppas med styrstavar.

27 Tibro 2008-02-20 Ane Håkansson 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 Tibro 2008-02-20 Ane Håkansson Bränslet Bränslet i en LWR anrikas till ca 5% 235 U 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 Tibro 2008-02-20 Ane Håkansson 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 Tibro 2008-02-20 Ane Håkansson Bränslet BWR-bränsle Ca 100 stavar PWR-bränsle Ca 300 stavar Ca 4 m Ca 0.1 m Ca 0.2 m

31 Tibro 2008-02-20 Ane Håkansson 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 Tibro 2008-02-20 Ane Håkansson Produktion CLAB Inkapsling & slutförvar Reaktordriften Uranbrytning Bränsletillverkning

33 Tibro 2008-02-20 Ane Håkansson ”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 Tibro 2008-02-20 Ane Håkansson Kärnämneskontroll Vem kontrollerar? FN IAEA Euratom EU-kommissionen Nationella myndigheter

35 Tibro 2008-02-20 Ane Håkansson Kärnämneskontroll Vad kontrolleras? ☼ ☼ ☼ ☼ ☼ Nationsgräns Bränslefabrik ☼ Mellanlagring ☼ Upparbetning eller slutförvar ☼ Tillverkning av specialprodukter ☼ Uranhexafluorid Forskning ☼ Kärnkraftverk ☼ Gruva ☼ ☼ ☼ ☼ ☼ Bränslefabrik ☼

36 Tibro 2008-02-20 Ane Håkansson 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 Tibro 2008-02-20 Ane Håkansson 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 233 U = 8 kg SQ 235 Uran = 25 – 75 kg SQ Nat. uran = 10 ton

38 Tibro 2008-02-20 Ane Håkansson 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 Tibro 2008-02-20 Ane Håkansson Kärnämneskontrollens verktyg Övervakning Exempel på en satellitbild tagen med SAR.

40 Tibro 2008-02-20 Ane Håkansson Kärnämneskontrollens verktyg Inspektion Kvalitativa metoder används till att verifiera närvaron av kärnämne: Enklare strålningsdetektorer.

41 Tibro 2008-02-20 Ane Håkansson Inspektion Kärnämneskontrollens verktyg Kvantitativa metoder används till att bestämma mängd av och egenskaper hos kärnämne t ex utbrända kärnbränsleelement:  Utbränningsgrad  Kyltid  Anrikningsgrad  Effekthistorik  Integritet

42 Tibro 2008-02-20 Ane Håkansson Framtiden Är utbyggnad av kärnkraften nödvändig? Flera aspekter: •klimatmål skall uppfyllas. •världens långsiktiga energibehov. •Europas reaktorflotta gammal (ca 20% av energiproduktionen) och måste bytas ut inom 10-15 år. Grundtes: Tillgången till stora mängder billig energi är förutsättningen för ett globalt välstånd => förbättrat säkerhetsläge.

43 Tibro 2008-02-20 Ane Håkansson Framtiden Ny reaktorteknik adresserar: •Icke-spridning av kärnvapen •Avfall •Uthållighet Två huvudspår: GEN-IV Acceleratordrivna system (ADS)

44 Tibro 2008-02-20 Ane Håkansson 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 Tibro 2008-02-20 Ane Håkansson Framtiden Acceleratordrivna system (ADS): •Spallationskällor. •Deuterium-Tritium källor.

46 Tibro 2008-02-20 Ane Håkansson 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 Tibro 2008-02-20 Ane Håkansson 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. Framtiden Fördelar: Ger möjlighet att använda andra bränslen än 235 U tex torium och utbränt kärnbränsle => tidskravet på slutförvaret minskar till ca 500 år.

48 Tibro 2008-02-20 Ane Håkansson 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 Tibro 2008-02-20 Ane Håkansson Problem: Kräver extremt intensiva neutronkällor. Finns ännu inte. Forskning pågår dock i Uppsala. Framtiden Fördelar: Ger möjlighet att använda andra bränslen än 235 U 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.

50 Tibro 2008-02-20 Ane Håkansson 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)


Ladda ner ppt "Tibro 2008-02-20 Ane Håkansson Kärnkraft –problem och lösningar för den globala energiförsörjningen Kort beskrivning av kärnkraftens historia, nuläget."

Liknande presentationer


Google-annonser