K j e r n e k r a f t i v å r e n a b o l a n d og litt om fremtidens reaktorer Sverre Hval Institutt for energiteknikk Kjeller
Energi fra fisjon Energi kan ikke oppstå eller forsvinne, men den kan bli overført fra en form til en annen Albert Einstein (1879 1955) Fisjon Massen reduseres med 1 promille E = Energi (Joule) m = Masse (kg) c = Lyshastigheten i vakuum (3 10 8 m/s)
Einstein på sporet av noe stort
Moderering (nedbremsing) med elastisk spredning
Moderering (nedbremsing) med elastisk spredning Energi og impuls bevares
Moderering (nedbremsing) med elastisk spredning Energi og impuls bevares Jo lettere kjernen er, jo mer energi kan nøytronet miste i hver kollisjon.
Moderering (nedbremsing) med elastisk spredning Energi og impuls bevares Jo lettere kjernen er, jo mer energi kan nøytronet miste i hver kollisjon. For kollisjoner med hydrogen er det mulig å miste all bevegelsesenergi i én kollisjon.
Fisjonsnøytronenes egenskaper
Fisjonsnøytronenes egenskaper Gjennomsnittsfart på 20 000 km i sekundet
Fisjonsnøytronenes egenskaper Gjennomsnittsfart på 20 000 km i sekundet Liten sannsynlighet for å spalte en ny kjerne. (Treffer ikke, husk at kjernen er veldig liten!)
Fisjonsnøytronenes egenskaper Gjennomsnittsfart på 20 000 km i sekundet Liten sannsynlighet for å spalte en ny kjerne. (Treffer ikke, husk at kjernen er veldig liten!) Hvis de har en fart på noen få km i sekundet øker muligheten for spalting dramatisk
Fisjonsnøytronenes egenskaper Gjennomsnittsfart på 20 000 km i sekundet Liten sannsynlighet for å spalte en ny kjerne. (Treffer ikke, husk at kjernen er veldig liten!) Hvis de har en fart på noen få km i sekundet øker muligheten for spalting dramatisk Med så lav fart har de tid til å påvirkes av krefter fra kjernen selv om de passerer et stykke unna
Fisjonsnøytronenes egenskaper Gjennomsnittsfart på 20 000 km i sekundet Liten sannsynlighet for å spalte en ny kjerne. (Treffer ikke, husk at kjernen er veldig liten!) Hvis de har en fart på noen få km i sekundet øker muligheten for spalting dramatisk Med så lav fart har de tid til å påvirkes av krefter fra kjernen selv om de passerer et stykke unna Analogi med golfball og tyngdekraft: Ballen ruller mot hullet med perfekt retning:
Fisjonsnøytronenes egenskaper Gjennomsnittsfart på 20 000 km i sekundet Liten sannsynlighet for å spalte en ny kjerne. (Treffer ikke, husk at kjernen er veldig liten!) Hvis de har en fart på noen få km i sekundet øker muligheten for spalting dramatisk Med så lav fart har de tid til å påvirkes av krefter fra kjernen selv om de passerer et stykke unna Analogi med golfball og tyngdekraft: Ballen ruller mot hullet med perfekt retning: Stor fart suser over. Liten fart ramler nedi.
Naboland med kjernekraft
Sverige Naboland med kjernekraft
Sverige Naboland med kjernekraft Ti reaktorer i drift, 43 % av el-produksjonen
Naboland med kjernekraft Sverige Ti reaktorer i drift, 43 % av el-produksjonen Tre Westinghouse PWR, syv Asea Atom BWR
Naboland med kjernekraft Sverige Ti reaktorer i drift, 43 % av el-produksjonen Tre Westinghouse PWR, syv Asea Atom BWR Finland
Sverige Naboland med kjernekraft Ti reaktorer i drift, 43 % av el-produksjonen Tre Westinghouse PWR, syv Asea Atom BWR Finland Fire reaktorer i drift, 33 % av el-produksjonen, én under bygging, to under planlegging
Sverige Naboland med kjernekraft Ti reaktorer i drift, 43 % av el-produksjonen Tre Westinghouse PWR, syv Asea Atom BWR Finland Fire reaktorer i drift, 33 % av el-produksjonen, én under bygging, to under planlegging To ASEA Atom BWR, to russiske VVER med vestlig inneslutning og kontrollsystemer. ( Eastinghouse )
Sverige Naboland med kjernekraft Ti reaktorer i drift, 43 % av el-produksjonen Tre Westinghouse PWR, syv Asea Atom BWR Finland Fire reaktorer i drift, 33 % av el-produksjonen, én under bygging, to under planlegging To ASEA Atom BWR, to russiske VVER med vestlig inneslutning og kontrollsystemer. ( Eastinghouse ) Under bygging: Én European Pressurized Reactor (EPR)
Sverige Naboland med kjernekraft Ti reaktorer i drift, 43 % av el-produksjonen Tre Westinghouse PWR, syv Asea Atom BWR Finland Fire reaktorer i drift, 33 % av el-produksjonen, én under bygging, to under planlegging To ASEA Atom BWR, to russiske VVER med vestlig inneslutning og kontrollsystemer. ( Eastinghouse ) Under bygging: Én European Pressurized Reactor (EPR) Russland nær Norge
Sverige Naboland med kjernekraft Ti reaktorer i drift, 43 % av el-produksjonen Tre Westinghouse PWR, syv Asea Atom BWR Finland Fire reaktorer i drift, 33 % av el-produksjonen, én under bygging, to under planlegging To ASEA Atom BWR, to russiske VVER med vestlig inneslutning og kontrollsystemer. ( Eastinghouse ) Under bygging: Én European Pressurized Reactor (EPR) Russland nær Norge Fire VVER på Kola
Sverige Naboland med kjernekraft Ti reaktorer i drift, 43 % av el-produksjonen Tre Westinghouse PWR, syv Asea Atom BWR Finland Fire reaktorer i drift, 33 % av el-produksjonen, én under bygging, to under planlegging To ASEA Atom BWR, to russiske VVER med vestlig inneslutning og kontrollsystemer. ( Eastinghouse ) Under bygging: Én European Pressurized Reactor (EPR) Russland nær Norge Fire VVER på Kola Fire RBMK i Sosnovy Bor, 80 km vest for St. Petersburg
Sverige Naboland med kjernekraft Ti reaktorer i drift, 43 % av el-produksjonen Tre Westinghouse PWR, syv Asea Atom BWR Finland Fire reaktorer i drift, 33 % av el-produksjonen, én under bygging, to under planlegging To ASEA Atom BWR, to russiske VVER med vestlig inneslutning og kontrollsystemer. ( Eastinghouse ) Under bygging: Én European Pressurized Reactor (EPR) Russland nær Norge Fire VVER på Kola Fire RBMK i Sosnovy Bor, 80 km vest for St. Petersburg Totalt for Russland: 34 reaktorer, 17 % av el-produksjonen
S V E R I G E
S V E R I G E Tre kjernekraftverk Ringhals 80 km syd for Gøteborg, Vattenfall Tre Westinghouse PWR: 807, 1062 og 938 MW e Én Asea Atom BWR: 878 MW e
S V E R I G E Tre kjernekraftverk Ringhals 80 km syd for Gøteborg, Vattenfall Tre Westinghouse PWR: 807, 1062 og 938 MW e Én Asea Atom BWR: 878 MW e
S V E R I G E (forts.)
S V E R I G E (forts.) Forsmark 90 km nord for Stockholm, Vattenfall Tre Asea Atom BWR: 984, 1120 og 1187 MW e
S V E R I G E (forts.) Forsmark 90 km nord for Stockholm, Vattenfall Tre Asea Atom BWR: 984, 1120 og 1187 MW e
S V E R I G E (forts.)
S V E R I G E (forts.) Oskarshamn i Simpevarp 25 km nord for Oskarshamn, OKG AB Tre Asea Atom BWR: 473, 638 og 1400 MW e
S V E R I G E (forts.) Oskarshamn i Simpevarp 25 km nord for Oskarshamn, OKG AB Tre Asea Atom BWR: 473, 638 og 1400 MW e
F I N L A N D
F I N L A N D To kjernekraftverk
F I N L A N D To kjernekraftverk Loviisa, 80 km øst for Helsingfors, Fortum
F I N L A N D To kjernekraftverk Loviisa, 80 km øst for Helsingfors, Fortum To VVER, begge på 488 MW e
F I N L A N D To kjernekraftverk Loviisa, 80 km øst for Helsingfors, Fortum To VVER, begge på 488 MW e
F I N L A N D (forts.)
F I N L A N D (forts.) Olkiluoto, øy på vestkysten, TVO
F I N L A N D (forts.) Olkiluoto, øy på vestkysten, TVO To Asea Atom BWR: 885 og 880 MW e
F I N L A N D (forts.) Olkiluoto, øy på vestkysten, TVO To Asea Atom BWR: 885 og 880 MW e Under bygging: Én EPR, 1600 MW e
F I N L A N D (forts.) Olkiluoto, øy på vestkysten, TVO To Asea Atom BWR: 885 og 880 MW e Under bygging: Én EPR, 1600 MW e
R U S S L A N D (nær Norge)
R U S S L A N D (nær Norge) To kjernekraftverk
R U S S L A N D (nær Norge) To kjernekraftverk Kola, nær Polyarni Zori, ca. 200 km syd for Murmansk, ca. 200 km fra Norge, Rosenergoatom
R U S S L A N D (nær Norge) To kjernekraftverk Kola, nær Polyarni Zori, ca. 200 km syd for Murmansk, ca. 200 km fra Norge, Rosenergoatom Fire VVER: 432 og 3x411 MW e
R U S S L A N D (nær Norge) To kjernekraftverk Kola, nær Polyarni Zori, ca. 200 km syd for Murmansk, ca. 200 km fra Norge, Rosenergoatom Fire VVER: 432 og 3x411 MW e
R U S S L A N D (nær Norge forts.)
R U S S L A N D (nær Norge forts.) Leningrad, nær Sosnovyj Bor, ca. 80 km vest for St. Petersburg, ca. 900 km fra Norge, Rosenergoatom
R U S S L A N D (nær Norge forts.) Leningrad, nær Sosnovyj Bor, ca. 80 km vest for St. Petersburg, ca. 900 km fra Norge, Rosenergoatom Fire RBMK: 2x925 og 2x971 MW e
R U S S L A N D (nær Norge forts.) Leningrad, nær Sosnovyj Bor, ca. 80 km vest for St. Petersburg, ca. 900 km fra Norge, Rosenergoatom Fire RBMK: 2x925 og 2x971 MW e
Kort beskrivelse av reaktortyper
Kort beskrivelse av reaktortyper Kokvannsreaktor (BWR). 81 anlegg i verden
Kort beskrivelse av reaktortyper Kokvannsreaktor (BWR). 81 anlegg i verden Vannet koker i reaktortanken og blir til damp
Kort beskrivelse av reaktortyper Kokvannsreaktor (BWR). 81 anlegg i verden Vannet koker i reaktortanken og blir til damp Effekt: 600 1300 MW e (1800 3900 MW th )
Kort beskrivelse av reaktortyper Kokvannsreaktor (BWR). 81 anlegg i verden Vannet koker i reaktortanken og blir til damp Effekt: 600 1300 MW e (1800 3900 MW th ) Temperatur: 285 C
Kort beskrivelse av reaktortyper Kokvannsreaktor (BWR). 81 anlegg i verden Vannet koker i reaktortanken og blir til damp Effekt: 600 1300 MW e (1800 3900 MW th ) Temperatur: 285 C Trykk: 55 bar
Kort beskrivelse av reaktortyper Kokvannsreaktor (BWR). 81 anlegg i verden Vannet koker i reaktortanken og blir til damp Effekt: 600 1300 MW e (1800 3900 MW th ) Temperatur: 285 C Trykk: 55 bar Anrikning: 3 5 %
Kort beskrivelse av reaktortyper Kokvannsreaktor (BWR). 81 anlegg i verden Vannet koker i reaktortanken og blir til damp Effekt: 600 1300 MW e (1800 3900 MW th ) Temperatur: 285 C Trykk: 55 bar Anrikning: 3 5 % Trykkvannsreaktor (PWR). 273 anlegg i verden
Kort beskrivelse av reaktortyper Kokvannsreaktor (BWR). 81 anlegg i verden Vannet koker i reaktortanken og blir til damp Effekt: 600 1300 MW e (1800 3900 MW th ) Temperatur: 285 C Trykk: 55 bar Anrikning: 3 5 % Trykkvannsreaktor (PWR). 273 anlegg i verden Ingen koking i reaktortanken
Kort beskrivelse av reaktortyper Kokvannsreaktor (BWR). 81 anlegg i verden Vannet koker i reaktortanken og blir til damp Effekt: 600 1300 MW e (1800 3900 MW th ) Temperatur: 285 C Trykk: 55 bar Anrikning: 3 5 % Trykkvannsreaktor (PWR). 273 anlegg i verden Ingen koking i reaktortanken Effekt: 600 1600 MW e (1800 4400 MW th )
Kort beskrivelse av reaktortyper Kokvannsreaktor (BWR). 81 anlegg i verden Vannet koker i reaktortanken og blir til damp Effekt: 600 1300 MW e (1800 3900 MW th ) Temperatur: 285 C Trykk: 55 bar Anrikning: 3 5 % Trykkvannsreaktor (PWR). 273 anlegg i verden Ingen koking i reaktortanken Effekt: 600 1600 MW e (1800 4400 MW th ) Temperatur: 330 C
Kort beskrivelse av reaktortyper Kokvannsreaktor (BWR). 81 anlegg i verden Vannet koker i reaktortanken og blir til damp Effekt: 600 1300 MW e (1800 3900 MW th ) Temperatur: 285 C Trykk: 55 bar Anrikning: 3 5 % Trykkvannsreaktor (PWR). 273 anlegg i verden Ingen koking i reaktortanken Effekt: 600 1600 MW e (1800 4400 MW th ) Temperatur: 330 C Trykk: 155 bar
Kort beskrivelse av reaktortyper Kokvannsreaktor (BWR). 81 anlegg i verden Vannet koker i reaktortanken og blir til damp Effekt: 600 1300 MW e (1800 3900 MW th ) Temperatur: 285 C Trykk: 55 bar Anrikning: 3 5 % Trykkvannsreaktor (PWR). 273 anlegg i verden Ingen koking i reaktortanken Effekt: 600 1600 MW e (1800 4400 MW th ) Temperatur: 330 C Trykk: 155 bar Anrikning: 3 5 %
Kort beskrivelse av reaktortyper (forts.)
Kort beskrivelse av reaktortyper (forts.) Grafittmoderert kokvannsreaktor (RBMK). 11 anlegg i verden
Kort beskrivelse av reaktortyper (forts.) Grafittmoderert kokvannsreaktor (RBMK). 11 anlegg i verden Hvert brenselselement er omgitt av en kjølekanal med vann
Kort beskrivelse av reaktortyper (forts.) Grafittmoderert kokvannsreaktor (RBMK). 11 anlegg i verden Hvert brenselselement er omgitt av en kjølekanal med vann Kanalene er omgitt av grafitt som modererer nøytronene
Kort beskrivelse av reaktortyper (forts.) Grafittmoderert kokvannsreaktor (RBMK). 11 anlegg i verden Hvert brenselselement er omgitt av en kjølekanal med vann Kanalene er omgitt av grafitt som modererer nøytronene Effekt: 1000 1600 MW e (3300 4800 MW th )
Kort beskrivelse av reaktortyper (forts.) Grafittmoderert kokvannsreaktor (RBMK). 11 anlegg i verden Hvert brenselselement er omgitt av en kjølekanal med vann Kanalene er omgitt av grafitt som modererer nøytronene Effekt: 1000 1600 MW e (3300 4800 MW th ) Temperatur: 284 C
Kort beskrivelse av reaktortyper (forts.) Grafittmoderert kokvannsreaktor (RBMK). 11 anlegg i verden Hvert brenselselement er omgitt av en kjølekanal med vann Kanalene er omgitt av grafitt som modererer nøytronene Effekt: 1000 1600 MW e (3300 4800 MW th ) Temperatur: 284 C Trykk: 69 bar
Kort beskrivelse av reaktortyper (forts.) Grafittmoderert kokvannsreaktor (RBMK). 11 anlegg i verden Hvert brenselselement er omgitt av en kjølekanal med vann Kanalene er omgitt av grafitt som modererer nøytronene Effekt: 1000 1600 MW e (3300 4800 MW th ) Temperatur: 284 C Trykk: 69 bar Anrikning: 3 4 %
Trykktank med kjerne for BWR
Brenselselementer og kontrollstav for BWR
BWR (Browns Ferry, USA) under bygging
Trykktank med kjerne for PWR
Skjematisk diagram av RBMK
Generation IV International Forum (GIF)
Generation IV International Forum (GIF) Mer enn 100 eksperter fra en rekke land utreder 6 konsepter for morgendagens reaktorer
Generation IV International Forum (GIF) Mer enn 100 eksperter fra en rekke land utreder 6 konsepter for morgendagens reaktorer Argentina, Brasil, Kanada, Kina, Euratom, Frankrike, Japan, Russland, Sør-Korea, Sør-Afrika, Sveits, Storbritannia og USA
Generation IV International Forum (GIF) Mer enn 100 eksperter fra en rekke land utreder 6 konsepter for morgendagens reaktorer Argentina, Brasil, Kanada, Kina, Euratom, Frankrike, Japan, Russland, Sør-Korea, Sør-Afrika, Sveits, Storbritannia og USA 4. generasjonsreaktorene skal: Være sikrere Være mer økonomiske Gi bedre utnyttelse av brenselet og mindre avfall Redusere risiko for spredning av kjernevåpen
He-kjølt Gassturbin (Brayton) 850 C Hydrogenproduksjon Lukket syklus Lite langlivet avfall Gas-Cooled Fast Reactor
Blykjølt 50-1200 MWe Batterikjerne 15-20 års syklus Naturlig sirkulasjon 550-850 C Hydrogenproduksjon Lukket syklus Lite langlivet avfall Lead-Cooled Fast Reactor
Smeltede uranfluorider Enkel brenselsproduksjon 1000 MWe 700-800 C Lavt trykk Aktinidebrenning Lite langlivet avfall Lukket syklus Smeltingssikker Fjerning av fisjonsprodukter under drift Thoriumbrensel Molten Salt Reactor
Burning of waste
Burning of waste Transuranics: Fission + transmutation
Burning of waste Transuranics: Fission + transmutation Fission products: Transmutation
Burning of waste Transuranics: Fission + transmutation Fission products: Transmutation 99 T c 211 000 years
Burning of waste Transuranics: Fission + transmutation Fission products: Transmutation 99 T c + n 211 000 years
Burning of waste Transuranics: Fission + transmutation Fission products: Transmutation 99 T c + n 100 T c 211 000 years 16 s
Burning of waste Transuranics: Fission + transmutation Fission products: Transmutation 99 T c + n 100 T c 100 Ru 211 000 years 16 s stable
Supercritical-Water-Cooled Reactor 1700 MWe 510-550 C 250 bar (Superkritisk) Ingen faseovergang Termisk eller hurtig spektrum - Aktinidebrenning Lukket syklus Lite langlivet avfall
Sodium-Cooled Fast Reactor 150-1500 MWe Smeltet Na kjølemiddel Lavt trykk Effektiv aktinidebrenning Effektiv konvertering av fertile materialer
Very-High-Temperature Reactor 600 MWth 1000 C Pebble bed eller prismatisk blokk Heliumkjølt Hydrogenproduksjon - Vann/varme/I/S Thoriumbrensel
Oppsummering av fordelene med 4. generasjons reaktorer
Oppsummering av fordelene med 4. generasjons reaktorer Høyere virkningsgrad, opp mot 45 % (Nå ca. 35 %)
Oppsummering av fordelene med 4. generasjons reaktorer Høyere virkningsgrad, opp mot 45 % (Nå ca. 35 %) Mye høyere temperatur ( 800-1000 C mot 350) muliggjør direkte produksjon av hydrogen ved termokjemiske reaksjoner
Oppsummering av fordelene med 4. generasjons reaktorer Høyere virkningsgrad, opp mot 45 % (Nå ca. 35 %) Mye høyere temperatur ( 800-1000 C mot 350) muliggjør direkte produksjon av hydrogen ved termokjemiske reaksjoner Langt bedre utnyttelse av brenselet, opp mot 100 % (Nå ca. 1 %)
Oppsummering av fordelene med 4. generasjons reaktorer Høyere virkningsgrad, opp mot 45 % (Nå ca. 35 %) Mye høyere temperatur ( 800-1000 C mot 350) muliggjør direkte produksjon av hydrogen ved termokjemiske reaksjoner Langt bedre utnyttelse av brenselet, opp mot 100 % (Nå ca. 1 %) Kan utnytte thorium som brensel
Oppsummering av fordelene med 4. generasjons reaktorer Høyere virkningsgrad, opp mot 45 % (Nå ca. 35 %) Mye høyere temperatur ( 800-1000 C mot 350) muliggjør direkte produksjon av hydrogen ved termokjemiske reaksjoner Langt bedre utnyttelse av brenselet, opp mot 100 % (Nå ca. 1 %) Kan utnytte thorium som brensel Enda bedre sikkerhet, passive sikkerhetsanordninger
Oppsummering av fordelene med 4. generasjons reaktorer Høyere virkningsgrad, opp mot 45 % (Nå ca. 35 %) Mye høyere temperatur ( 800-1000 C mot 350) muliggjør direkte produksjon av hydrogen ved termokjemiske reaksjoner Langt bedre utnyttelse av brenselet, opp mot 100 % (Nå ca. 1 %) Kan utnytte thorium som brensel Enda bedre sikkerhet, passive sikkerhetsanordninger Mer spredningsrobuste. Batterikjerner
Utfordringer med 4. generasjons reaktorer
Utfordringer med 4. generasjons reaktorer Høy temperatur krever utvikling av nye, avanserte materialer
Utfordringer med 4. generasjons reaktorer Høy temperatur krever utvikling av nye, avanserte materialer Bly og uransalter er korrosive ved høy temperatur
Utfordringer med 4. generasjons reaktorer Høy temperatur krever utvikling av nye, avanserte materialer Bly og uransalter er korrosive ved høy temperatur Effektive gassturbiner for helium må utvikles
Utfordringer med 4. generasjons reaktorer Høy temperatur krever utvikling av nye, avanserte materialer Bly og uransalter er korrosive ved høy temperatur Effektive gassturbiner for helium må utvikles Nye metoder må utvikles for reprosessering på anleggene