Bakgrunn: Hvor farlig er kjernekraft?

Kjernkraftverk kan bygges på flere måter. Noen er tryggere enn andre. Men ulykker skjer, selv om Fukushima ikke er noe nytt Tsjernobyl.

Publisert

Kjernekraft er ikke risikofritt. Etter Tsjernobyl-ulykken i 1986 økte motstanden mot kjernekraft. Ulykkene ved de to japanske anleggene i Fukushima vil trolig forsterke denne motstanden.

- Illusjonen om at kjernekraft er trygt, er sprukket etter katastrofen i Japan, uttaler Eva Joly i en nyhetsmelding fra NTB.

- Jeg håper dette er en påminnelse for folk 25 år etter Tsjernobyl, fortsetter den norsk-franske politikeren, som sitter i EU-parlamentet for partiet De grønne.

Fukushima-reaktor 1 eksploderer 15. mars 2011 (Foto: Scanpix/ABC TV/EPA) (Foto: Scanpix/ABC TV/EPA)
Fukushima-reaktor 1 eksploderer 15. mars 2011 (Foto: Scanpix/ABC TV/EPA) (Foto: Scanpix/ABC TV/EPA)

Men Tsjernobyl-reaktoren hadde en annerledes og farligere konstruksjon enn de japanske.

Selv et verst tenkelig tilfelle i Fukushima vil ikke gi samme radioaktive forurensing som Tsjernobyl-ulykken, ifølge den norsk seniorrådgiveren i kjernekraftspørsmål, Øivind Berg..

Som en dampmaskin

Teknologien i et kjernekraftverk kan virke skremmende og uforståelig.

Men et kjernekraftverk er grunnleggende sett ganske enkelt. Det er en slags dampmaskin. Forskjellen er at det ikke er noen fyrbøter som skuffer kull. Det glødende kullet er erstattet med varmen fra kjernebrensel.

Egentlig er begrepet kjernebrensel feil. Det er ikke noe som brenner. I kjernebrenselet skjer det kjernereaksjoner.

I kjernereaksjonene blir tunge grunnstoff som uran spaltet til lettere grunnstoffer. Da frigjøres energi i form av varme.

Kjernebrenselet varmer opp vann eller en annen væske eller gass. Damptrykket driver turbinene som lager elektrisk strøm.

Et kjernekraftverk er altså som et kullkraftverk eller et annet varmekraftverk. Men varmekilden gir mye mer energi enn kull. Og den er farligere.

Den farlige varmekilden

Uran eller annet kjernebrensel sender ut radioaktiv stråling. Denne strålingen er som en usynlig haggelskur med ørsmå deler av atomkjerner.

Haggelskuren slår inn i cellene i kroppen og skader dem. I verste fall kan strålingen føre til kreft, eller ødelegge på andre måter, slik at folk blir alvorlig syke eller barn blir født med misdannelser.

Derfor er det viktig at de radioaktive stoffene aldri slipper ut av kjernekraftverket. Men ulykker kan skje.

Når kjølingen svikter

Reaktorene i Fukushima bruker vann som kjølevæske. Dette er en prinsippskisse av en slik reaktortype. Klikk på forstørrelsesglass for større bilde! (Figur: David C. Synnott, Creative Commons, se lisens)
Reaktorene i Fukushima bruker vann som kjølevæske. Dette er en prinsippskisse av en slik reaktortype. Klikk på forstørrelsesglass for større bilde! (Figur: David C. Synnott, Creative Commons, se lisens)

Varmen fra kjernereaksjonene må ledes vekk av kjølevæsken eller gassen hele tiden. Hvis kjølingen blir for dårlig, stiger temperaturen. Resultatet kan bli eksplosjoner og i verste fall nedsmelting av kjernebrenselet.

Ved uhell er kjernekraftverket bygget for å bråstoppe kjernereaksjonene automatisk. Men selv om reaksjonene stanser, blir ikke brenselet kaldt på et blunk.

Det fortsetter å gløde i lang tid, fordi det fortsetter å spalte seg selv helt naturlig. Derfor må det kjøles en lang stund.

Brenselet er formet som staver, som står tett i tett. Stavene er omgitt av metallhylstere, eller kapsling.

Under normal drift dannes radioaktive gasser, som blant annet inneholder cesium og jod.

Uten kjøling blir kjernebrenselet varmere og varmere. For å lette på overtrykket, blir disse gassene ventilert ut av den innerste beholderen. Dette har ført til de første radioaktive utslippene fra Fukushima-reaktorene.

Eksplosjon

Når kjølevæsken fordamper slik at den ikke lenger dekker kjernebrenselet, reagerer metallhylstrene rundt brenselstavene med dampen, og danner hydrogen.

Hydrogenet og oksygen fra lufta danner sammen knallgass, som kan eksplodere. Det er slike eksplosjoner vi har sett på TV-bildene fra Fukushima-anleggene.

Hvis temperaturen fortsetter å stige, vil smeltet kjernebrensel og metall fra hylsteret renne ned i bunnen av beholderen rundt reaktoren.

Hvis reaktortanken svikter, kan brenselet renne videre ned og varme opp kjølevann. Damptrykket stiger, slik at beholderen, som også kalles containment, kan eksplodere.

Det er altså to typer eksplosjoner som en atomkraftulykke kan føre til. Den ene skyldes overtrykk, som når en dampkjele eksploderer. Den andre er en kjemisk eksplosjon av hydrogen og oksygen.

Så kan smeltemassene fortsette å renne ned i bakken . Der kan det forurense området lokalt. Dette kalles en fullstendig nedsmelting.

Three Mile Island

De aller fleste ulykkene ved kjernekraftverk har vært mindre uhell. De har bare ført til små, ufarlige utslipp av radioaktive stoffer.

Ingen uhell har ennå ført til en fullstendig nedsmelting av kjernebrenselet. En delvis nedsmelting skjedde på Three Mile Island-anlegget i Pennsylvania i USA i 1979.

Kjølesystemet sviktet, og kjernereaksjonene ble raskt stanset. Men en lang rekke misforståelser og småfeil bygget seg opp til at deler av brenselstavene smeltet og størknet i bunnen av reaktortanken.

Men radioaktiv kjølevæske rant ut av anlegget. Likevel fikk få eller ingen mennesker skader.

President Carter forlater Three Mile Island etter reaktorulykken i 1979. (Foto: Wikimedia Commons)
President Carter forlater Three Mile Island etter reaktorulykken i 1979. (Foto: Wikimedia Commons)

Tsjernobyl

Den mest alvorlige ulykken skjedde ved Tsjernobyl-anlegget i Ukraina i 1986. Det spesielle med denne ulykken var at kjernereaksjonene ikke ble stanset med en gang.

Den spesielle konstruksjonen til anlegget førte isteden til at kjernereaksjonene kom ut av kontroll. Reaktoren løp altså løpsk en kort periode, og ble voldsomt overopphetet.

Varmen var mye sterkere enn den restvarmen som nå er problemet i Fukushima-reaktorene.

Dermed førte det enorme damptrykket til en eksplosjon. En ny eksplosjon kom av den plutselige og voldsomme kjedereaksjonen. Den var omtrent som en ørliten atombombe.

Så tok grafittstavene (se multimedia) fyr, og røyken fra disse brannene spredte radioaktivt materiale over store avstander, blant annet helt til Norge.

53 mennesker omkom som en direkte følge av selve ulykken. Hvor mange som døde av kreft og andre seinskader, er usikkert. Tallene varierer mellom 4 000 og 200 000.
I tillegg kommer alle de som fikk sykdommer og kroniske plager, og barn som ble født døde eller med misdannelser.


 

Ulykkesfaktorer

Enhver ulykke oppstår etter en kjede av uheldige sammentreff. Grovt forenklet kan vi si at ulykker i kjernekraftverk henger sammen med tre faktorer:

Det radioaktive brenselet kan være mer eller mindre helsefarlig. Det farligste brenselet er det som er mest radioaktivt. Uran spaltes til flere andre radioaktive stoffer, som må lagres som atomavfall.

Blant andre og mindre farlige brensel er først og fremst grunnstoffet thorium, som framtidas kjernekraftverk trolig kan bruke. Sluttproduktene etter at thorium er spaltet, er mindre radioaktive enn fra et tradisjonelt uran-kraftverk.

Stabile og ustabile reaktorer

Kjernereaksjonene kan være mer eller mindre stabile. Noen kjernekraftverk er laget slik at hvis kjølevæsken blir for varm, så vil kjernereaksjonene også gå dårligere. Dermed utvikles det mindre varme, og reaktoren stabiliserer seg.

I andre reaktorer fortsetter kjernereaksjonene med uforminsket styrke. Dermed oppstår en farlig runddans, med mer og mer dampbobler og mer og mer varme. Reaktoren er ustabil.

Stabiliteten måles med en såkalt void-koeffisient. Er denne positiv, så er reaktoren ustabil når det dannes dampbobler.

Tsjernobyl-reaktoren hadde positiv void-koeffisient, og var ustabil. Så å si alle andre konstruksjoner har en void-koeffisient som er negativ.

Stanser av seg selv

Noen konstruksjoner kan også være slik at reaktoren stanser opp av seg selv, uansett hva som går galt. Det kreves ikke noen aktiv mekanisme for å stanse kjernereaksjonene.

Dette kalles passiv sikkerhet, og er en del av framtidas reaktorkonstruksjoner.

Beholderen, eller containment, rundt reaktortanken kan holde radioaktivt materiale inne, hvis ulykken er ute. Jo flere og mer solide beholdere, desto større sikkerhet. Tsjernobyl-reaktoren hadde ikke en slik tett beholder (containment) som omsluttet reaktortanken.

I tillegg til disse leddene er det selvfølgelig viktig at det radioaktive avfallet fra kjernereaksjonene blir lagret eller ødelagt på en trygg måte. Men dette angår ikke driften direkte.

Forskjellige konstruksjoner

Beskyttelsesbarrierer i kjernekraftanlegg. 1. barriere er den faste, keramiske formen som brenselet (uranoksid) har ved normale forhold. 2. barriere er det lufttette metall-laget i brenselstaven.  3. barriere er den trykktette beholderen av flere centimeter tykt stål.  4. barriere er den trykkmotstandige, lufttette containment-bygningen.  5. barriere er selve reaktorbygningen, eller i nyere anlegg en ytre containment-bygning. (Figur: Creative Commons/Tungsten)
Beskyttelsesbarrierer i kjernekraftanlegg. 1. barriere er den faste, keramiske formen som brenselet (uranoksid) har ved normale forhold. 2. barriere er det lufttette metall-laget i brenselstaven. 3. barriere er den trykktette beholderen av flere centimeter tykt stål. 4. barriere er den trykkmotstandige, lufttette containment-bygningen. 5. barriere er selve reaktorbygningen, eller i nyere anlegg en ytre containment-bygning. (Figur: Creative Commons/Tungsten)

Selv om kjernekraftverk grunnleggende sett er like, er detaljene i byggemåten forskjellige. For den som er opptatt av sikkerheten under drift, kan de grovt sett deles inn i tre:

RBMK-reaktorer er det tekniske navnet på reaktorer av Tsjernobyl-typen. Forkortelsen står for reaktor bolsjoi mosjtsjnosti kanalnij, oversatt høy-energi kanal-reaktor.

Som navnet sier, gir disse reaktorene mye valuta for pengene, i form av elektrisk energi. Men det er en skjult pris, som verden fikk betale i 1986: grunnleggende ustabilitet, i form av positiv void-koeffisient (se ovenfor).

Positiv void-koeffisient er for øvrig forbudt i vestlige kjernekraftanlegg.

Fortsatt er 11 RBMK-reaktorer i drift i Russland, fire ved St. Petersburg, tre ved Smolensk og fire ved Kursk.

Etter ulykken ble det foretatt noen forbedringer, men RBMK reaktorene anses fortsatt å være en sikkerhetsrisiko.

Generasjon II-reaktorer er en romslig sekkebetegnelse på alle de konstruksjonene som er i drift i moderne industriland som USA, Japan og Europa.

Konstruksjonen er ofte fra 1960- og 1970-tallet, og ble videreutviklet fra de aller første generasjon I-reaktorene.

Disse eldre, men velprøvde konstruksjonene har bedre stabilitet enn RBMK-reaktorene, særlig fordi void-koeffisienten er negativ eller null. Reaktoren er også innesluttet i en solid beholder, eller containment.

Reaktortanken er den innerste beholderen. Den har tykke metallvegger, og skal kunne holde nedsmeltet kjernebrensel inne. Fukushima I og II-anleggene har generasjon II-reaktorer.

Videreutviklede varianter med forbedret sikkerhet og effektivitet kalles generasjon III og generasjon III+.

Den siste typen bygges blant annet i Kina og i vårt naboland Finland. De skal kunne tåle en direkte flystyrt, som ved terrorangrepene 11. september 2001.

De har også sikkerhetssystemer mot hydrogeneksplosjoner, og metoder for å samle opp kjernebrenselet etter en nedsmelting, slik at det ikke lekker ut til omgivelsene.

Generasjon IV-reaktorer er den like løse betegnelsen på seks forskjellige framtidige konstruksjoner. Disse skal i praksis være slik at enhver feil fører til at alle reaksjoner stanser opp, og reaktoren ender opp i en trygg og stabil tilstand, altså med passiv sikkerhet.

Det finnes også en konstruksjon som kalles en energiforsterker eller Rubbia-reaktor. Den er oppkalt etter CERNs tidligere direktør, fysiker og nobelprisvinner Carlo Rubbia.

Denne reaktoren er aldri bygget, men ville vært svært sikker og stabil. Den skal også  kunne brukes til å bryte ned atomavfall ved å spalte det til andre stoffer med lav eller ingen radioaktivitet.

Hva nå?

Luftfoto av Fukushima-kjernekraftverket før ulykken. Reaktor 1, som eksploderte først, er blokken lengst til høyre av de fire firkantene til venstre i bildet. Reaktorene kan videre telles nummer to til fire mot venstre. (Foto: National Land Image Information (Color Aerial Photographs), Ministry of Land, Infrastructure, Transport and Tourism)
Luftfoto av Fukushima-kjernekraftverket før ulykken. Reaktor 1, som eksploderte først, er blokken lengst til høyre av de fire firkantene til venstre i bildet. Reaktorene kan videre telles nummer to til fire mot venstre. (Foto: National Land Image Information (Color Aerial Photographs), Ministry of Land, Infrastructure, Transport and Tourism)

Krisen ved Fukushima-anleggene er langt fra over. Hva er det absolutt verste som kan skje?

- At all kjøling forsvinner, og vi får en total nedsmelting, der kjernebrenselet lekker ut til omgivelsene, svarer Øivind Berg. Han er seniorrådgiver ved Institutt for energiteknikk, blant annet i spørsmål om kjernekraft.

- Det meste av den radioaktive forurensingen fra brenselet vil være lokal. Men radioaktive gasser vil kunne drive over større avstander, fortsetter han.

- I Tsjernobyl var det en helt annen situasjon. Der eksploderte reaktoren, grafitt brant og radioaktive materialer ble fraktet høyt opp og spredt over et stort område. I Fukushima var det hydrogeneksplosjoner som spredde jod- og cesium-gasser gjennom lufta.

Berg opplyser også at det er forskjeller i måten kjernekraftverkene hos vår nabo Sverige og Fukushima-anleggene i Japan er bygget på.

- I Sverige er det forskjeller i utforming av sikkerhetssystemene. Blant annet er det installert ekstra filtersystemer, slik at hvis det blir nødvendig å ventilere ut ved overtrykk, så vil radioaktivt cesium og jod bli samlet opp og ikke spredd med lufta.

- Svenske kjernekraftverk er også bygget for å motstå like kraftige jordskjelv som de i Japan, sier Berg.