Institutt for energiteknikk

Transkript

1 Institutt for energiteknikk IFE Halden ~ 220 ansatte IFE Kjeller ~ 340 ansatte Nukleær sikkerhet og pålitelighet (NUSP) Menneske Teknologi Organisasjon (MTO) Energi- og Miljøteknologi (EM) (Vind,sol,hydrogen,...) Petroleumsteknologi (PETRO) Nukleærteknologi og Fysikk (NTF) Institutt for Energiteknikk OECD Halden Reactor Project 18 deltagerland

2 Kjernekraft ( Atomkraft ) Atomfysikk / Stråledoser / Kjernespalting (Fisjon) Atomreaktor / Kraftverk Brukt brensel Halden-reaktoren Uranresurser Andre kraftkilder / Miljø

3 Byggesteinene - Atomene + Nøytroner Elektron + Protoner Atomnummer er antall protoner i kjernen og bestemmer hvilket grunnstoff I naturen finner vi 92 (menneskelaget ~ 118) Samme grunnstoff kan ha forskjellig antall nøytroner i kjernen Isotoper Vi kjenner nesten 3000 forsjellige isotoper Eksempel: 12 C 6 protoner 14 C 6 6 nøytroner 6 6 protoner 8 nøytroner

4 Radioaktivitet Ustabile atomkjerner sender ut ioniserende stråling (slår ut elektroner der de treffer) Tre typer: Alfa-stråling (α to protoner og to nøytroner) Beta-stråling (β elektroner) Gamma-stråling (γ - elektromagnetisk stråling) 1 Bq = 1 s -1 (1 kjerne-reaksjon pr sekund) Eksempel 1: Am-241 Np α (Halveringstid 433 år) Eksempel 2: Cl-36 Ar-36 + β (Halveringstid år) Henri Becquerel ( ) Marie Curie ( ) Pierre Curie ( ) Eksempel 3: Cs-137 Ba γ + β (Halveringstid 30 år)

5 Årlig strålingsdose i Norge er ca 4,2 msv (millisievert)

6 Energi fra fisjon Energi kan ikke oppstå eller forsvinne, men den kan bli overført fra en form til en annen. Albert Einstein ( ) 2 E mc Fisjon E = Energi (Joule) m = Masse (kg) c = Lyshastigheten i vakuum ( km/s)

7 Chicago Pile Desember 1942 Verdens første reaktor drevet med kjedereaksjoner av fisjoner: Reaktoren går kritisk Enrico Fermi ( ) S afety C ontrol R od A xe M an

8 Gruvedrift Fremstilling av uran til energiproduksjon Torbernite UO 2 Bekblende Autunite UF 6 Uranmetall U Anrikning med sentrifuger eller gassdiffusjon..en komplisert prosess.

9 Reaktorbrensel (Vi sier vi brenner uran) Naturlig uran Anrikning..en komplisert prosess. Uran i reaktorbrensel 0,7% U ,3% U-238 4% U % U-238 Reaktorbrenslet varer 3-5 år Kokvannsreaktor 120 tonn Trykkvannsreaktor 75 tonn Forbrenner ca 3 kg U-235 pr døgn.

10 Atomreaktor - Kjernekraftreaktor Sikkerhetsstaver (SCRAM) Kontrollstaver (Regulering) Brenselsstaver - Uran Kjølevann - Vann Reaktortank - Stål

11 KOKVANNSREAKTOR - Boiling Water Reactor (BWR)

12 TRYKKVANNSREAKTOR - Pressurized Water Reactor (PWR) Simulator

13 Et kraftverk kan produsere 3000 MWt ~1000 MWe (Halden-reaktoren produserer 20 MW) Video

14 Verden har i dag 436 reaktorer som produserer elektrisitet ( MWe ~ 16 % ) 266 Trykkvannsreaktorer (PWR) 86 Kokvannsreaktorer (BWR) 45 CANDU 19 GCR 11 RBMK (Chernobyl) + andre forskningsreaktorer 220 i skip og undervannsbåter 1000 MWe brukler ca 25 t UO 2 /år

15 Brukt reaktorbrensel Fisjonsprodukter

16 Det internasjonalt aksepterte konseptet for sikring av brukt reaktorbrensel - geologisk dypdeponering etter barriereprinsippet - valgte løsninger i Finland og i Sverige Kapslingsrør Brukt reaktorbrensel Deponi for brukt reaktorbrensel 500 m Brenselbrikett av urandioksid Kobberkapsel med innsats av støpejern Krystallinsk grunnfjell Deponeringstunneler Nedre del av dypdeponiet

17 Halden-reaktoren HBWR (Heavy Boiling Water Reactor) 1954: Haldenreaktoren besluttet bygd 1958: Avtale etablert med OECD for Halden-reaktoren som internasjonalt forskningsprosjekt 1959: Haldenreaktoren satt i drift 29. juni kl. 16:56 Termisk effekt : 20 MW ( kw) Driftsbetingelser (maks.) : 240 o C, 33.6 bar Moderator / kjølemiddel : Tungtvann (D2O), 14m3 Brenselstype : Uranoksid ( kg) Effektregulering : 30 kontrollstaver (Cd og Ag) Dampproduksjon : 30 tonn/h

18 Verdens uranresurser Kjente uranforekomster med kostnader under ca 650 kr/kg

19 Organization for Economic Cooperation and Development - OECD Nuclear Energy Agency (organisert under OECD) - NEA International Atomic Energy Agency - IAEA Felles rapport i 2008 fra OECD/NEA og IAEA: Bruk av kjernekraft i fremtiden Verdens uranforekomster vil dekke brenselsbehovet til kjernekraft i minst 200 år med dagens forbruk. Mer effektive reaktorer vil ha brensel for mer en 2500 år. (Formeringsreaktorer som utnytter U-238 og Th-232)

20 Kull Kraftverk på 1500 MWe : Forbruker ca 8 tonn kull pr minutt Avgir ca 25 tonn CO 2 pr minutt Verden har kullreserver for mer enn 200 år Slipper ut mer radioaktivitet enn et kjernekraftverk under normal drift

21 1500 MWe tilsvarer ca 1600 store (3,6 MW) vindmøller (I bildet er det ca 400 møller)

22 KULL 7,5 tonn OLJE 34 fat á 200 liter VED 16 favner (13 tonn) URAN 60 gram

23 Klimagassutslipp fra elektrisitetsproduksjon Indirekte utslipp Direkte utslipp g CO 2 / kwh Kull Olje Gass Solenergi Vannkraft Bioenergi Vind Kjernekraft

24 International Energy Agency (IEA) : En prognose for produksjon av elektrisk kraft i 2050 som vil redusere CO 2 utslipp til halvparten av 2005 nivået.

25 Kostnad for kraftproduksjon euro/mwh (~ øre/kwh) CO 2 oppsamling / lagring Brensel Drift og vedlikehold Investering Kjerne- Gass- Kull- Torv- Bio- Vindkraft kraft kraft brensel brensel kraft

26 Dødsfall som følge av el-kraftproduksjon Dødsfall pr TWår (~ 1000 store kraftverk drevet i et år)

27 SLUTT