Grundidén
Ett kärnkraftverk fungerar ungefär som en modern ångmaskin. Skillnaden är att man inte eldar kol eller gas. Istället klyver man atomer för att värma upp vatten tills det blir ånga.
En enda uranatom innehåller enorma mängder energi, faktiskt miljontals gånger mer än en kolatom som brinner. Det är därför det behövs så lite bränsle för att ge el åt massor av människor.
Som en vedspis fast med atomer som ved
Föreställ dig en vedeldad panna som värmer vatten till ånga, som in sin tur snurrar en turbinpropeller kopplad till en generator. Ett kärnkraftverk är exakt samma uppfinning – en ångpanna och en turbin – men ”veden” är uranbränsle, och ”elden” är en av klyvda atomkärnor som hela tiden hålls under strikt kontroll.
I reaktorn klyvs atomerna lugnt och kontrollerat, inte i en explosion. Vi kan styra takten precis som man vrider på en spisplatta, vilket gör att bränslet räcker i många år.
Vad händer i bränslet?
Bränslet består av uran som formats till små hårda briketter, ungefär som tabletter. De placeras i långa metallrör, och det är där inne som all värme bildas.
När en liten neutron krockar med uran spricker kärnan. Då uppstår värme samtidigt som nya neutroner flyger iväg. Dessa krockar med andra atomer i en ständigt pågående kedja.
1. Neutron träffar kärna
En långsam neutron fångas in av en uran-235-kärna, som blir ostadig.
2. Kärnan klyvs
Kärnan delas i två lättare grundämnen (t.ex. krypton och barium) plus 2–3 nya neutroner och mycket rörelseenergi.
3. Energin blir värme
Fragmenten bromsas in av omgivande material, och deras rörelseenergi omvandlas till värme i bränslet.
4. Kedjan fortsätter
De nya neutronerna saktas ner av och kan klyva ytterligare kärnor – reaktionen upprepar sig miljarder gånger per sekund.
Styrstavar och moderator – att tygla reaktionen
För att kontrollera kraften använder vi vatten och speciella stavar. Vattnet saktar ner de små partiklarna så att de lättare kan träffa och klyva atomer, ungefär som att sikta noggrant med en boll.
Styrstavarna fungerar som en svamp som suger upp neutroner. När vi skjuter in dem saktar processen ner, och när vi drar ut dem ökar den. De fungerar som reaktorns gas och broms.
Vi styr alltså effekten med en sorts spak. Om vi behöver stoppa allt snabbt skjuter vi in alla stavar på en gång, så att avstannar omedelbart.
99,9%
Så stor andel av neutronerna i en reaktor måste i genomsnitt orsaka exakt en ny klyvning – varken mer eller mindre – för att effekten ska hållas stabil över tid.
Från hetta till ånga: kylmedlets resa
Värmen från bränslet måste forslas bort så att det inte blir överhettat. Därför pumpar vi runt vatten som kyler ner systemet. Samma vatten gör sedan ångan som skapar el.
Det varma vattnet bildar ånga som får en turbin att snurra. I Sverige använder vi två olika metoder för detta, beroende på vilket kraftverk det gäller.
Kokvattenreaktor vs. tryckvattenreaktor
Sverige använder två olika sorters reaktorer. I Forsmark kokar vattnet direkt i reaktorn, medan man i Ringhals använder ett system där vattnet hålls under högt tryck utan att koka.
I en kokvattenreaktor kokar vattnet precis intill bränslet. Ångan leds sedan direkt till turbinen. Det är en enkel metod, men det gör att turbinen kan bli svagt radioaktiv.
I en tryckvattenreaktor kokar inte vattnet i reaktorn tack vare det höga trycket. Istället värmer det upp ett separat vattensystem som bildar ångan. Då förblir turbinen helt fri från strålning.
Jämförelse mellan de två vanligaste reaktortyperna i Sverige
| Egenskap | Kokvattenreaktor (BWR) | Tryckvattenreaktor (PWR) |
|---|---|---|
| Svenskt exempel | Forsmark 1–3 | Ringhals 3–4 |
| Antal vattenkretsar | En | Två (primär + sekundär) |
| Var kokar vattnet? | Direkt i reaktortanken | I en separat ånggenerator |
| Drifttryck i härden | ~70 bar | ~150 bar |
| Är turbinen radioaktiv? | Ja, något | Nej |
| Konstruktionens komplexitet | Enklare | Mer komplex, fler komponenter |
Prova själv
Klicka dig igenom kraftverket
Växla mellan kokvattenreaktor och tryckvattenreaktor och klicka på varje del av diagrammet för att se vad den gör. Räkna sedan ut effekten med din egen termiska verkningsgrad.
Klicka på en del av kraftverket, eller på knapparna nedan, för att se vad den gör.
Reaktorhärden
Här sitter bränslestavarna med uran. Neutroner klyver uran-235-kärnor, vilket frigör värme direkt i vattnet som omger härden.
Räkna ut elektrisk effekt
Utgå från och testa egna värden för termisk effekt och verkningsgrad.
Elektrisk effekt till elnätet
1 089 MW
Spillvärme (resten): 2 211 MW försvinner via kondensor och kylvatten.
Från ånga till el i eluttaget
Ångan blåser med hög fart mot en turbin som liknar en jättelik propeller. När den snurrar snabbt förvandlas ångans kraft till rörelseenergi.
Turbinen driver en generator som använder magneter för att skapa el. Det är samma teknik som i ett vindkraftverk, fast här är det ånga som får allt att snurra.
När ångan har gjort sitt jobb kyls den ner till vatten igen så att den kan användas på nytt. Vi kyler ner den med hjälp av havsvatten eller stora kyltorn.
Varför bara en tredjedel blir el?
Bara en tredjedel av värmen blir faktiskt el. Naturens lagar gör att man aldrig kan förvandla all värme till ström; en del går alltid förlorad som spillvärme ut i havet eller luften.
Spillvärmen syns ibland som vit dimma från tornen, vilket bara är vanlig vattenånga. Vi arbetar ständigt på att förbättra tekniken för att få ut så mycket el som möjligt.
Elektrisk effekt ur termisk effekt
Vad betyder symbolerna?
- Elektrisk effekt som levereras till nätet, mätt i megawatt (MW)
- Verkningsgrad, ett tal mellan 0 och 1 (t.ex. 0,33 för 33%)
- Termisk effekt som frigörs genom i reaktorhärden, mätt i megawatt (MW)
Räkneexempel
Ringhals 4 har en termisk reaktoreffekt på ungefär 3 300 MW. Med en typisk verkningsgrad på 33 procent, hur mycket el kan reaktorn leverera?
Reaktorn levererar ungefär 1 090 MW elektrisk effekt till elnätet – tillräckligt för flera hundra tusen svenska hushåll.
Mängden värme beror på hur många atomer som klyvs, vilket styrs med styrstavarna. Personalen i kontrollrummet ser till att vi alltid producerar exakt rätt mängd el.
Hur vet vi det?
Kärnklyvningens upptäckt 1938 var en av 1900-talets stora vetenskapliga vändpunkter. Kemisterna Otto Hahn och Fritz Strassmann i Berlin upptäckte experimentellt att uran som bombarderats med neutroner bildade barium – en gåta tills fysikern Lise Meitner, tillsammans med sin brorson Otto Frisch, i exil i Sverige insåg att urankärnan faktiskt hade klyvts i två delar och räknade ut den enorma energi som borde frigöras.
1938
Klyvningen upptäcks
Hahn och Strassmann finner barium i bestrålat uran; Meitner och Frisch förklarar fenomenet teoretiskt som kärnklyvning och myntar termen ””.
1942
Första kedjereaktionen
Enrico Fermis team startar Chicago Pile-1, den första konstgjorda, självunderhållande , under en läktare på University of Chicago.
1954
Första civila kraftverket
Obninsk i Sovjetunionen börjar leverera el till nätet från en kärnreaktor – startskottet för civil kärnkraft.
1972–1985
Sveriges reaktorer tas i drift
Oskarshamn 1, Ringhals 1–4, Barsebäck 1–2 och Forsmark 1–3 byggs och startas under dessa år och blir ryggraden i svensk elproduktion.
Vi vet att det fungerar eftersom vi mäter allt noga. Sensorer håller koll på temperaturer och partiklar, och allt stämmer precis med våra vetenskapliga beräkningar.
Wow-siffror
~200 MeV
Energi per klyvning
Det är cirka 50 miljoner gånger mer energi än vad som frigörs när en enda kolatom brinner.
3 300 MW
Termisk effekt, Ringhals 4
Motsvarar värmen från ungefär 1,5 miljoner vanliga element-element på full effekt, kontinuerligt.
~18 månader
Typisk bränslecykel
Så länge kan en bränslestav sitta i härden innan en tredjedel av bränslet behöver bytas vid ett revisionsstopp.
150 bar
Tryck i en PWR-härd
Ungefär 150 gånger lufttrycket vid havsytan – som trycket på cirka 1 500 meters havsdjup.
~1 kg
Uran-235, helt klyvt
Frigör lika mycket energi som att bränna 1 500–2 000 ton stenkol.
Vanliga missförstånd
Myt
Röken från kyltornen är radioaktiv.
Sanningen
Det som stiger ur kyltornen är ren vattenånga från den sekundära kylkretsen, som aldrig varit i kontakt med radioaktivt material. Den är lika ofarlig som ångan från en kokande gryta.
Myt
Ett kärnkraftverk kan explodera som en atombomb.
Sanningen
Bränslet är för lågt anrikat (3–5% uran-235 jämfört med över 90% i vapen) för att kunna upprätthålla den extremt snabba, okontrollerade som krävs för en kärnvapenexplosion.
Myt
Kärnkraft är en gammal, oföränderlig teknik.
Sanningen
Dagens reaktorer har digitala styrsystem, avancerad bränsleanalys och säkerhetsmarginaler som förbättrats kontinuerligt sedan 1970-talet, och nya reaktortyper (t.ex. små modulära reaktorer, SMR) utvecklas aktivt.
Många förväxlar kärnkraft med bomber, men de är helt olika saker. Bränslet i ett kraftverk kan inte explodera som ett vapen, utan är byggt för att ge trygg och jämn el i många år.
.jpg?width=1400)
