Kjernekraft - Nuclear power

1200 MWe Leibstadt atomkraftverk i Sveits. Den kokende vann reaktor (BWR), som ligger inne i kuppelen avkortet sylindrisk konstruksjon, er overskygget i størrelse ved dens kjøletårn . Stasjonen produserer et årlig gjennomsnitt på 25 millioner kilowattimer per dag, tilstrekkelig til å drive en by på størrelse med Boston .

Atomkraft er bruk av kjernefysiske reaksjoner for å produsere elektrisitet . Atomkraft kan hentes fra kjernefysiske fisjoner , atomforfall og kjernefusjonsreaksjoner . For øyeblikket er det store flertallet av elektrisitet fra kjernekraft produsert ved atomklyvning av uran og plutonium i atomkraftverk . Kjernefysiske forfallsprosesser brukes i nisjeapplikasjoner som radioisotop termoelektriske generatorer i noen romprober som Voyager 2 . Generere elektrisitet fra fusjonskraft forblir fokus for internasjonal forskning.

Sivil kjernekraft leverte 2586 terawattimer (TWh) strøm i 2019, tilsvarende omtrent 10% av den globale elektrisitetsproduksjonen , og var den nest største lavkarbonkilden etter vannkraft . Fra september 2021 er det 444 sivile fisjonreaktorer i verden , med en samlet elektrisk kapasitet på 396 gigawatt (GW). Det er også 53 atomkraftreaktorer under bygging og 98 reaktorer planlagt, med en samlet kapasitet på henholdsvis 60 GW og 103 GW. The United States har den største flåten av kjernereaktorer, å generere over 800 TWh null-utslipp strøm per år med en gjennomsnittlig kapasitet faktor på 92%. De fleste reaktorer under bygging er generasjon III -reaktorer i Asia.

Atomkraft har et av de laveste dødsfallene per enhet energi generert sammenlignet med andre energikilder. Kull , petroleum , naturgass og vannkraft har forårsaket flere dødsulykker per energienhet på grunn av luftforurensning og ulykker . Siden det ble kommersialisert på 1970 -tallet, har atomkraft forhindret om lag 1,84 millioner dødsfall knyttet til luftforurensning og utslipp av om lag 64 milliarder tonn karbondioksidekvivalent som ellers ville ha resultert i forbrenning av fossilt brensel . Ulykker i atomkraftverk inkluderer Tsjernobyl -katastrofen i Sovjetunionen i 1986, Fukushima Daiichi -atomkatastrofen i Japan i 2011, og den mer inneholdte Three Mile Island -ulykken i USA i 1979.

Det er en debatt om atomkraft . Talsmenn, som World Nuclear Association og Environmentalists for Nuclear Energy , hevder at atomkraft er en trygg, bærekraftig energikilde som reduserer karbonutslipp . Atomkraftmotstandere , som Greenpeace og NIRS , hevder at atomkraft utgjør mange trusler mot mennesker og miljø.

Historie

Opprinnelse

De første lyspærene som noensinne er tent med elektrisitet generert av kjernekraft ved EBR -1 ved Argonne National Laboratory -West, 20. desember 1951.

Oppdagelsen av atomfisjon skjedde i 1938 etter over fire tiår med arbeid med vitenskapen om radioaktivitet og utarbeidelse av ny kjernefysikk som beskrev komponentene i atomer . Rett etter oppdagelsen av fisjonprosessen ble det innsett at en fisjoneringskjerne kan indusere ytterligere kjernefisjoner og dermed indusere en selvbærende kjedereaksjon. Når dette ble eksperimentelt bekreftet i 1939, begjærte forskere i mange land sine regjeringer for å få støtte til atomfisjonforskning, rett på slutten av andre verdenskrig , for utvikling av et atomvåpen .

I USA førte denne forskningsinnsatsen til opprettelsen av den første menneskeskapte atomreaktoren, Chicago Pile-1 , som oppnådde kritikk 2. desember 1942. Reaktorens utvikling var en del av Manhattan-prosjektet , den allierte innsatsen for å lage atombomber under andre verdenskrig. Det førte til bygging av større enkelt purpose produksjonsreaktorer for produksjon av våpenplutonium for bruk i de første kjernefysiske våpen. USA testet det første atomvåpenet i juli 1945, Trinity -testen , med atombombingen av Hiroshima og Nagasaki som fant sted en måned senere.

Lanseringsseremonien for USS  Nautilus januar 1954. I 1958 ville det bli det første fartøyet som nådde Nordpolen .

Den Calder Hall atomkraftverk i Storbritannia, verdens første kommersielle kjernekraftverk.

Til tross for den militære karakteren til de første kjernefysiske enhetene, var 1940- og 1950 -årene preget av sterk optimisme for atomkraftens potensial til å gi billig og uendelig energi. Elektrisitet ble generert for første gang av en atomreaktor 20. desember 1951 ved EBR-I forsøksstasjonen nær Arco, Idaho , som opprinnelig produserte omtrent 100  kW . I 1953 holdt den amerikanske presidenten Dwight Eisenhower sin tale " Atoms for Peace " i FN , og understreket behovet for å utvikle "fredelige" bruk av atomkraft raskt. Dette ble fulgt av Atomic Energy Act fra 1954 som tillot rask avklassifisering av amerikansk reaktorteknologi og oppmuntret til utvikling av privat sektor.

Første kraftproduksjon

Den første organisasjonen som utviklet praktisk atomkraft var den amerikanske marinen , med S1W -reaktoren for å drive ubåter og hangarskip . Den første atomdrevne ubåten, USS  Nautilus , ble satt til sjøs i januar 1954. S1W-reaktoren var en trykkvannsreaktor . Denne designen ble valgt fordi den var enklere, mer kompakt og lettere å betjene sammenlignet med alternative design, og dermed mer egnet til bruk i ubåter. Denne beslutningen vil resultere i at PWR vil være den reaktoren du foretrekker også for kraftproduksjon, og dermed ha en varig innvirkning på det sivile elektrisitetsmarkedet i årene som kommer.

27. juni 1954 ble Obninsk atomkraftverk i Sovjetunionen verdens første atomkraftverk for å generere elektrisitet til et kraftnett , og produserte rundt 5 megawatt elektrisk kraft. Verdens første kommersielle atomkraftverk, Calder Hall i Windscale, England ble koblet til det nasjonale kraftnettet 27. august 1956. I likhet med en rekke andre generasjoner I-reaktorer hadde anlegget det dobbelte formålet å produsere elektrisitet og plutonium-239 , sistnevnte for det begynnende atomvåpenprogrammet i Storbritannia .

Tidlige ulykker

De første store atomulykker var Kyshtym katastrofen i Sovjetunionen og Windscale brannen i Storbritannia, både i 1957. Den første store ulykken på en atomreaktor i USA skjedde i 1961 på SL-1 , en US Army eksperimentell atomkraftreaktor ved Idaho National Laboratory . En ukontrollert kjedereaksjon resulterte i en dampeksplosjon som drepte de tre besetningsmedlemmene og forårsaket en nedsmeltning . En annen alvorlig ulykke skjedde i 1968, da en av de to væskemetallkjølte reaktorene ombord på den sovjetiske ubåten  K-27 gjennomgikk en drivstoffelementfeil , med utslipp av gassformede fisjonprodukter til luften rundt, noe som resulterte i 9 mannskap omkomne og 83 skader.

Utvidelse og første motstand

Den totale globale installerte kjernekapasiteten økte i utgangspunktet relativt raskt, og steg fra mindre enn 1 gigawatt (GW) i 1960 til 100 GW på slutten av 1970 -tallet. I løpet av 1970- og 1980-årene økte økonomiske kostnader (relatert til utvidede byggetider, hovedsakelig på grunn av regulatoriske endringer og pressegruppeprosesser) og fallende priser på fossilt brensel gjorde at atomkraftverk da under bygging var mindre attraktive. På 1980 -tallet i USA og 1990 -tallet i Europa gjorde den flate elektriske nettveksten og elektrisitetsliberaliseringen også tillegg av store nye grunnbelastede energigeneratorer økonomisk uattraktive.

Den 1973 oljekrisen hatt en betydelig effekt på land, for eksempel Frankrike og Japan , som hadde stolt mer tungt på olje for elektrisk generasjon til å investere i kjernekraft. Frankrike ville bygge 25 atomkraftverk i løpet av de neste 15 årene, og fra 2019 ble 71% av fransk elektrisitet generert av atomkraft, den høyeste prosentandelen av noen nasjon i verden.

Noen lokal motstand mot atomkraft dukket opp i USA på begynnelsen av 1960 -tallet. På slutten av 1960 -tallet begynte noen medlemmer av det vitenskapelige samfunn å uttrykke påpekte bekymringer. Disse anti-kjernefysiske bekymringene knyttet til atomulykker , atomspredning , atomterrorisme og avhending av radioaktivt avfall . På begynnelsen av 1970 -tallet var det store protester om et foreslått atomkraftverk i Wyhl , Tyskland. Prosjektet ble kansellert i 1975, den anti-atom-suksessen i Wyhl inspirerte motstand mot atomkraft i andre deler av Europa og Nord-Amerika .

På midten av 1970-tallet fikk anti- atomaktivisme en større appell og innflytelse, og atomkraft begynte å bli et tema for stor offentlig protest. I noen land nådde atomkraftkonflikten "en intensitet uten sidestykke i teknologikontroversens historie". Den økte offentlige fiendtligheten mot kjernekraft førte til en lengre lisensinnkjøpsprosess, forskrifter og økte krav til sikkerhetsutstyr, noe som gjorde nybygging mye dyrere. I USA ble over 120 LWR -reaktorforslag til slutt kansellert og byggingen av nye reaktorer stoppet. Ulykken i 1979 på Three Mile Island uten dødsfall, spilte en stor rolle i reduksjonen i antall nye anleggskonstruksjoner i mange land.

Tsjernobyl og renessanse

Byen Pripyat forlatt siden 1986, med Tsjernobyl -anlegget og Tsjernobyl New Safe Confinement -buen i det fjerne.

Olkiluoto 3 under bygging i 2009. Det var den første EPR , en modernisert PWR -design, som startet byggingen.

I løpet av 1980 -årene startet en ny atomreaktor i gjennomsnitt hver 17. dag. Ved slutten av tiåret nådde den globale installerte kjernekapasiteten 300 GW. Siden slutten av 1980 -tallet har nye kapasitetstilskudd bremset betydelig, med den installerte kjernekapasiteten på 366 GW i 2005.

Tsjernobyl -katastrofen i Sovjetunionen i 1986 , som involverte en RBMK -reaktor , endret utviklingen av atomkraft og førte til et større fokus på å oppfylle internasjonale sikkerhets- og reguleringsstandarder. Det regnes som den verste atomkatastrofen i historien både i totalt tap, med 56 direkte dødsfall og økonomisk, med opprydding og kostnad anslått til 18 milliarder sovjetiske rubler (68 milliarder dollar i 2019, justert for inflasjon). Den internasjonale organisasjonen for å fremme bevissthet om sikkerhet og den profesjonelle utviklingen av operatører i kjernefysiske anlegg, World Association of Nuclear Operators (WANO), ble opprettet som et direkte resultat av Tsjernobyl -ulykken i 1986. Tsjernobyl -katastrofen spilte en stor rolle i reduksjonen i antall nye anleggskonstruksjoner de følgende årene. Påvirket av disse hendelsene stemte Italia mot atomkraft i en folkeavstemning i 1987, og ble det første landet som helt avviklet atomkraft i 1990.

På begynnelsen av 2000 -tallet ventet atomkraft en kjernefysisk renessanse , en økning i konstruksjonen av nye reaktorer, på grunn av bekymring for karbondioksidutslipp . I løpet av denne perioden begynte nyere generasjon III -reaktorer , for eksempel EPR, å bygge, selv om de støter på problemer og forsinkelser, og går betydelig over budsjettet.

• 

  Netto elektrisk produksjon etter kilde og vekst fra 1980. Når det gjelder energi generert mellom 1980 og 2010, vokste bidraget fra fisjon raskest.

• 

  Elektrisitetsproduksjon i Frankrike , som viser overgangen til atomkraft.

    termofossil

    vannkraft

    atom

    Annen fornybar
• 

  Hastigheten på nye reaktorkonstruksjoner stoppet i hovedsak på slutten av 1980 -tallet. Økt kapasitetsfaktor i eksisterende reaktorer var først og fremst ansvarlig for den fortsatte økningen i elektrisk energi produsert i denne perioden.

• 

  Strømproduksjonstrender i de fem beste fisjonenergiproduserende landene (amerikanske EIA-data)

Fukushima og nåværende prospekter

Planer for en kjernefysisk renessanse ble avsluttet med nok en atomulykke. Atomulykken i Fukushima Daiichi i 2011 ble forårsaket av en stor tsunami utløst av jordskjelvet Tōhoku , et av de største jordskjelvene som noen gang er registrert. Den Fukushima I kjernekraftverk led tre kjerne meltdowns på grunn av svikt i nødstilfelle kjølesystemet for mangel på strømforsyningen. Dette resulterte i den alvorligste atomulykken siden Tsjernobyl -katastrofen. Ulykken førte til en ny undersøkelse av kjernefysisk sikkerhet og kjernekraftpolitikk i mange land. Tyskland godkjente planene om å stenge alle sine reaktorer innen 2022, og mange andre land vurderte atomkraftprogrammene sine. Etter katastrofen stengte Japan alle sine atomkraftreaktorer, noen av dem permanent, og i 2015 begynte en gradvis prosess for å starte de resterende 40 reaktorene på nytt, etter sikkerhetskontroller og basert på reviderte kriterier for drift og offentlig godkjenning.

I 2015 hadde IAEAs utsikter for atomkraft blitt mer lovende, og anerkjente viktigheten av lavkarbonproduksjon for å dempe klimaendringer. Fra 2015 var den globale trenden at nye atomkraftverk kom på nett for å bli balansert med antall gamle anlegg som ble pensjonert. I 2016 projiserte US Energy Information Administration for sin "base case" at verdens kjernekraftproduksjon ville øke fra 2 344 terawattimer (TWh) i 2012 til 4500 TWh i 2040. Mesteparten av den forventede økningen var forventet å være i Asia. Fra 2018 er det planlagt over 150 atomreaktorer inkludert 50 under bygging. I januar 2019 hadde Kina 45 reaktorer i drift, 13 under bygging, og planlegger å bygge 43 flere, noe som vil gjøre det til verdens største generator av kjernekraft.

Atomkraftverk

Spill media

En animasjon av en trykkvannsreaktor i drift.

Atomkraftverk er termiske kraftstasjoner som genererer elektrisitet ved å utnytte den termiske energien som frigjøres fra atomfisjon . Et splittet atomkraftverk består vanligvis av en atomreaktor , der kjernekraftreaksjonene som genererer varme finner sted; et kjølesystem, som fjerner varmen fra innsiden av reaktoren; en dampturbin , som omdanner varmen til mekanisk energi ; en elektrisk generator , som omdanner den mekaniske energien til elektrisk energi.

Når et nøytron treffer kjernen til et uran-235 eller plutoniumatom , kan det dele kjernen i to mindre kjerner. Reaksjonen kalles atomfisjon. Fisjonreaksjonen frigjør energi og nøytroner. De frigjorte nøytronene kan treffe andre uran- eller plutoniumkjerner og forårsake nye fisjonreaksjoner som frigjør mer energi og flere nøytroner. Dette kalles en kjedereaksjon . I de fleste kommersielle reaktorer styres reaksjonshastigheten av kontrollstenger som absorberer overflødige nøytroner. Atomreaktorers kontrollerbarhet er avhengig av at en liten brøkdel av nøytroner som følge av fisjon blir forsinket . Tidsforsinkelsen mellom fisjonen og frigjøringen av nøytronene bremser endringer i reaksjonshastigheter og gir tid til å flytte kontrollstavene for å justere reaksjonshastigheten.

Livssyklus for atombrensel

Atombrenselsyklusen begynner når uran blir utvunnet, beriket og produsert til atombrensel (1), som leveres til et atomkraftverk . Etter bruk blir det brukte drivstoffet levert til et opparbeidingsanlegg (2) eller til et sluttdepot (3). Ved kjernefysisk bearbeiding kan 95% av brukt drivstoff potensielt resirkuleres for å bli returnert til bruk i et kraftverk (4).

Livssyklusen til atombrensel starter med uranutvinning . Den uranmalm blir så omdannet til en kompakt malmkonsentrat form, kjent som yellow (U ₃ O ₈ ), for å lette transport. Fisjonreaktorer trenger generelt uran-235 , en splittet isotop av uran . Konsentrasjonen av uran-235 i naturlig uran er veldig lav (ca. 0,7%). Noen reaktorer kan bruke dette naturlige uranet som drivstoff, avhengig av nøytronøkonomien . Disse reaktorene har generelt grafitt eller tungtvannsmoderatorer . For lettvannsreaktorer, den vanligste reaktortypen, er denne konsentrasjonen for lav, og den må økes ved en prosess som kalles uranberikelse . I sivile lettvannsreaktorer er uran vanligvis beriket med 3,5-5% uran-235. Uran blir deretter generelt omdannet til uranoksid (UO ₂ ), en keramikk, som deretter komprimeres sint til brenselpellets, hvis stabel danner drivstoffstenger med riktig sammensetning og geometri for den aktuelle reaktoren.

Etter en tid i reaktoren vil drivstoffet ha redusert splittbart materiale og økte fisjonprodukter til bruken blir upraktisk. På dette tidspunktet vil det brukte drivstoffet bli flyttet til et brukt drivstoffbasseng som gir kjøling for termisk varme og skjerming for ioniserende stråling. Etter flere måneder eller år er det brukte drivstoffet radioaktivt og termisk kjølig nok til å kunne flyttes til tørre lagringsfat eller behandles på nytt.

Uranressurser

Andel av isotopene uran-238 (blå) og uran-235 (rød) som finnes i naturlig uran og i beriket uran for forskjellige bruksområder. Lettvannsreaktorer bruker 3-5% beriket uran, mens CANDU- reaktorer jobber med naturlig uran.

Uran er et ganske vanlig element i jordskorpen: det er omtrent like vanlig som tinn eller germanium , og er omtrent 40 ganger mer vanlig enn sølv . Uran er tilstede i sporkonsentrasjoner i de fleste bergarter, skitt og havvann, men utvinnes generelt økonomisk bare der det er tilstede i høye konsentrasjoner. Uran-gruvedrift kan være underjordisk, åpen gruve eller utvasking på stedet . Et økende antall av de høyeste produksjonsgruvene er eksterne underjordiske operasjoner, for eksempel McArthur River urangruve , i Canada, som i seg selv står for 13% av den globale produksjonen. Fra og med 2011 var verdens kjente uranressurser, økonomisk gjenvinnbare til det vilkårlige pristaket på 130 dollar/kg, nok til å vare i mellom 70 og 100 år. I 2007 estimerte OECD 670 år med økonomisk utvinnbart uran i totalt konvensjonelle ressurser og fosfatmalm antatt den gjeldende bruksraten.

Lettvannsreaktorer bruker relativt ineffektiv kjernefysisk brensel, for det meste bruker de bare den svært sjeldne uran-235-isotopen. Kjernefysisk bearbeiding kan gjøre dette avfallet gjenbrukbart, og nyere reaktorer oppnår også en mer effektiv bruk av tilgjengelige ressurser enn eldre. Med en ren hurtig reaktors drivstoffsyklus med forbrenning av alt uran og aktinider (som for tiden utgjør de farligste stoffene i atomavfall), er det estimert 160 000 års verdi av uran i totale konvensjonelle ressurser og fosfatmalm til prisen på 60–100 US $/kg.

Ukonvensjonelle uranressurser finnes også. Uran er naturlig tilstede i sjøvann i en konsentrasjon på omtrent 3 mikrogram per liter, med 4,4 milliarder tonn uran som anses til stede i sjøvann når som helst. I 2014 ble det antydet at det ville være økonomisk konkurransedyktig å produsere atombrensel fra sjøvann hvis prosessen ble implementert i stor skala. Over geologiske tidsskala ville uran utvunnet i industriell skala fra sjøvann bli påfyllet av både elv erosjon av bergarter og den naturlige prosessen med uran oppløst fra overflaten av havbunnen, som begge holder løseligheten likevekt til sjøvannskonsentrasjon på en stabil nivå. Noen kommentatorer har hevdet at dette styrker saken om at atomkraft skal betraktes som fornybar energi .

Atomavfall

Typisk sammensetning av urandioksidbrensel før og etter omtrent 3 år i den kjernefysiske syklusen til en LWR .

Ved normal drift av atomkraftverk og anlegg produseres radioaktivt avfall eller atomavfall. Denne typen avfall produseres også under avvikling av anlegg. Det er to brede kategorier av atomavfall: lavt avfall og høyt nivå avfall. Den første har lav radioaktivitet og inkluderer forurensede gjenstander som klær, noe som utgjør en begrenset trussel. Avfall på høyt nivå er hovedsakelig brukt drivstoff fra atomreaktorer, som er veldig radioaktivt og må avkjøles og deretter kastes eller behandles på en trygg måte.

Avfall på høyt nivå

Aktivitet av brukt UOx -drivstoff i forhold til aktiviteten til naturlig uranmalm over tid.

Tørrfatlagringsfartøyer som lagrer brukte kjernebrensel

Den viktigste avfallsstrømmen fra atomkraftreaktorer er brukt atombrensel , som regnes som avfall på høyt nivå . For LWR er brukt drivstoff vanligvis sammensatt av 95% uran, 4% fisjonprodukter og omtrent 1% transuranske aktinider (for det meste plutonium , neptunium og americium ). Plutonium og andre transuranika er ansvarlige for hoveddelen av den langsiktige radioaktiviteten, mens fisjonproduktene er ansvarlige for hoveddelen av den kortsiktige radioaktiviteten.

Avfall på høyt nivå krever behandling, håndtering og isolasjon fra miljøet. Disse operasjonene byr på betydelige utfordringer på grunn av de ekstremt lange periodene disse materialene forblir potensielt farlige for levende organismer. Dette skyldes langlivede fisjonprodukter (LLFP), for eksempel technetium-99 (halveringstid 220 000 år) og jod-129 (halveringstid 15,7 millioner år). LLFP dominere avfallsstrømmen i form av radioaktivitet etter at de mer intenst radioaktiv kortlivede fisjonsprodukter (SLFPs) har forfalt til stabile elementer, som tar omtrent 300 år. På grunn av den eksponentielle nedgangen i radioaktivitet over tid, reduseres brukt kjernebrenselaktivitet med 99,5% etter 100 år. Etter omtrent 100 000 år blir brukt drivstoff mindre radioaktivt enn naturlig uranmalm. Vanlige forslag til metoder for å isolere LLFP -avfall fra biosfæren inkluderer separasjon og transmutasjon , synroc -behandlinger eller dyp geologisk lagring.

Termiske nøytronreaktorer , som for tiden utgjør størstedelen av verdensflåten, kan ikke brenne opp reaktorklassen plutonium som genereres under reaktoroperasjonen. Dette begrenser levetiden til atombrensel til noen få år. I noen land, for eksempel USA, er brukt drivstoff i sin helhet klassifisert som atomavfall. I andre land, som Frankrike, blir det i stor grad omarbeidet for å produsere et delvis resirkulert drivstoff, kjent som blandet oksidbrensel eller MOX . For brukt drivstoff som ikke gjennomgår opparbeidelse, er isotoper som er mest angående transuranske elementer med middels levetid , som ledes av plutonium av reaktorkvalitet (halveringstid 24 000 år). Noen foreslåtte reaktordesigner, for eksempel Integral Fast Reactor og smeltede saltreaktorer , kan bruke plutonium og andre aktinider i brukt drivstoff fra lettvannsreaktorer som drivstoff, takket være deres raske spaltningsspekter . Dette gir et potensielt mer attraktivt alternativ til dyp geologisk deponering.

Den thorium brenselssyklus resulterer i tilsvarende fisjonsprodukter, skaper skjønt en mye mindre andel av transuranic elementer fra nøytroninnfangning hendelser i en reaktor. Brukt thoriumbrensel, selv om det er vanskeligere å håndtere enn brukt uranbrensel, kan utgjøre noe lavere spredningsrisiko.

Avfall på lavt nivå

Atomindustrien produserer også et stort volum lavt avfall , med lav radioaktivitet, i form av forurensede gjenstander som klær, håndverktøy, vannrensere og (ved avvikling) materialene som selve reaktoren er bygget av. Avfall på lavt nivå kan lagres på stedet til strålingsnivået er lavt nok til å bli kastet som vanlig avfall, eller det kan sendes til et lavt avfallshåndteringssted.

Avfall i forhold til andre typer

I land med atomkraft utgjør radioaktivt avfall mindre enn 1% av det totale industrielle giftige avfallet, hvorav mye forblir farlig i lange perioder. Totalt sett produserer atomkraft langt mindre avfallsmateriale i volum enn fossil-drivstoffbaserte kraftverk. Spesielt kullforbrenning produserer store mengder giftig og mildt radioaktiv aske som følge av konsentrasjonen av naturlig forekommende radioaktive materialer i kull. En rapport fra 2008 fra Oak Ridge National Laboratory konkluderte med at kullkraft faktisk resulterer i at mer radioaktivitet slippes ut i miljøet enn kjernekraftdrift, og at befolkningens effektive dosekvivalent fra stråling fra kullverk er 100 ganger så stor som ved drift av atomkraftverk. Selv om kullaske er mye mindre radioaktiv enn brukt kjernebrensel i vekt, produseres kullaske i mye større mengder per enhet energi som genereres. Det slippes også ut direkte i miljøet som flyveaske , mens kjernefysiske anlegg bruker skjerming for å beskytte miljøet mot radioaktive materialer.

Atomavfallsmengden er liten sammenlignet med energien som produseres. For eksempel på Yankee Rowe atomkraftstasjon , som genererte 44 milliarder kilowattimer elektrisitet når den var i drift, er den komplette beholdningen av brukt drivstoff inneholdt i seksten fat. Det anslås at for å produsere en livstidsforsyning av energi for en person med en vestlig levestandard (ca. 3 GWh ) ville det være nødvendig i størrelsesorden av volumet av en brusboks med lavt anriket uran , noe som resulterer i et lignende volum av brukt drivstoff generert.

Avfallshåndtering

Atomavfallskolber generert av USA under den kalde krigen lagres under jorden på Waste Isolation Pilot Plant (WIPP) i New Mexico . Anlegget blir sett på som en potensiell demonstrasjon for lagring av brukt drivstoff fra sivile reaktorer.

Etter midlertidig lagring i et brukt drivstoffbasseng , blir buntene med brukte drivstoffstangsenheter fra et typisk atomkraftverk ofte lagret på stedet i tørrfatlagre . For tiden lagres avfall hovedsakelig på individuelle reaktorsteder, og det er over 430 steder rundt om i verden hvor radioaktivt materiale fortsetter å samle seg.

Avhending av atomavfall anses ofte som det mest politisk splittende aspektet i livssyklusen til et atomkraftverk. Med mangel på bevegelse av atomavfall i de 2 milliarder år gamle naturlige kjernefysiske reaktorene i Oklo , blir Gabon sitert som "en kilde til viktig informasjon i dag." Eksperter antyder at sentraliserte underjordiske depoter som er godt administrert, bevoktet og overvåket, ville være en stor forbedring. Det er en "internasjonal konsensus om det er tilrådelig å lagre atomavfall i dype geologiske depoter ". Med ankomsten av ny teknologi har andre metoder, inkludert avhending av horisontal borehull, blitt foreslått i geologisk inaktive områder.

De fleste avfallsemballasjer, småskala eksperimentell drivstoffgjenvinningskjemi og radiofarmasøytisk foredling foregår i fjernhåndterte varme celler .

Det er ingen kommersielle målbygde underjordiske avfallslager på høyt nivå i drift. I Finland er imidlertid Onkalo brukt atombrensel depot for Olkiluoto atomkraftverk under bygging fra 2015.

Opparbeidelse

De fleste termiske nøytronreaktorer kjører på en kjernefysisk syklus en gang , hovedsakelig på grunn av den lave prisen på ferskt uran. Imidlertid drives mange reaktorer også med resirkulerte splittbare materialer som forblir i brukt atombrensel. Det vanligste fisjonable materialet som resirkuleres er plutonium av reaktorkvalitet (RGPu) som utvinnes fra brukt drivstoff, det blandes med uranoksid og produseres til blandet oksid eller MOX-drivstoff . Fordi termiske LWR fortsatt er den vanligste reaktoren over hele verden, er denne typen resirkulering den vanligste. Det anses å øke bærekraften i atombrenselsyklusen, redusere attraktiviteten til brukt drivstoff for tyveri og redusere volumet av høyt atomavfall. Brukt MOX-drivstoff kan vanligvis ikke resirkuleres for bruk i termiske nøytronreaktorer. Dette problemet påvirker ikke hurtig-nøytronreaktorer , som derfor foretrekkes for å oppnå det fulle energipotensialet til det opprinnelige uranet.

Hovedbestanddelen av brukt drivstoff fra LWR er lett beriket uran . Dette kan resirkuleres til opparbeidet uran (RepU), som kan brukes i en hurtig reaktor, brukes direkte som drivstoff i CANDU- reaktorer, eller beriket på nytt for en annen syklus gjennom en LWR. Re-berikelse av opparbeidet uran er vanlig i Frankrike og Russland. Opparbeidet uran er også sikrere når det gjelder potensial for atomspredning.

Opparbeidelse har potensial til å gjenvinne opptil 95% av uran- og plutoniumdrivstoffet i brukt atombrensel, samt redusere langsiktig radioaktivitet i gjenværende avfall. Imidlertid har opparbeidelsen vært politisk kontroversiell på grunn av potensialet for atomspredning og varierte oppfatninger om å øke sårbarheten for kjernefysisk terrorisme . Opparbeidelse fører også til høyere drivstoffkostnader sammenlignet med en gangs drivstoffsyklus. Selv om opparbeidelse reduserer mengden avfall på høyt nivå, reduserer det ikke fisjonproduktene som er hovedårsakene til gjenværende varmeutvikling og radioaktivitet de første århundrene utenfor reaktoren. Dermed krever opparbeidet avfall fremdeles en nesten identisk behandling de første hundre årene.

Opparbeiding av sivilt drivstoff fra kraftreaktorer utføres for tiden i Frankrike, Storbritannia, Russland, Japan og India. I USA blir brukt atombrensel foreløpig ikke bearbeidet. The La Hague reprosesseringsanlegget i Frankrike har drevet kommersielt siden 1976 og er ansvarlig for halvparten av verdens reprosessering som i 2010. Den produserer MOX-brensel fra brukt brensel stammer fra flere land. Mer enn 32 000 tonn brukt drivstoff hadde blitt bearbeidet fra 2015, med flertallet fra Frankrike, 17% fra Tyskland og 9% fra Japan.

Oppdrett

Kjernefysiske brenselsamlinger blir inspisert før de kommer inn i en vannreaktor under trykk i USA.

Avl er prosessen med å konvertere ikke-fissilt materiale til splittbart materiale som kan brukes som atombrensel. Det ikke-fissile materialet som kan brukes til denne prosessen kalles fruktbart materiale , og utgjør det store flertallet av dagens atomavfall. Denne avlsprosessen skjer naturlig i oppdretterreaktorer . I motsetning til lette vann-termiske nøytronreaktorer, som bruker uran-235 (0,7% av alt naturlig uran), bruker hurtig-nøytronoppdretterreaktorer uran-238 (99,3% av alt naturlig uran) eller thorium. En rekke drivstoffsykluser og oppdretterreaktorkombinasjoner anses å være bærekraftige eller fornybare energikilder. I 2006 ble det anslått at med utvinning av sjøvann var det sannsynligvis fem milliarder års verdier av uranressurser for bruk i oppdretterreaktorer.

Oppdretterteknologi har blitt brukt i flere reaktorer, men fra og med 2006 krever de høye kostnadene ved opparbeiding av drivstoff trygt uranpriser på mer enn 200 dollar/kg før de blir berettiget økonomisk. Oppdretterreaktorer utvikles imidlertid for deres potensial til å brenne opp alle aktinidene (de mest aktive og farlige komponentene) i den nåværende beholdningen av atomavfall, samtidig som de produserer kraft og skaper ytterligere mengder drivstoff for flere reaktorer via avlsprosessen. Fra 2017 er det to oppdrettere som produserer kommersiell kraft, BN-600-reaktoren og BN-800-reaktoren , begge i Russland. The Phenix formeringsreaktor i Frankrike ble slått ned i 2009 etter 36 års drift. Både Kina og India bygger oppdretterreaktorer. Den indiske 500 MWe Prototype Fast Breeder Reactor er i gangsetting, med planer om å bygge mer.

Et annet alternativ til raske nøytronoppdrettere er termiske nøytronoppdretterreaktorer som bruker uran-233 avlet fra thorium som fisjonbrensel i thorium-drivstoffsyklusen . Thorium er omtrent 3,5 ganger mer vanlig enn uran i jordskorpen, og har forskjellige geografiske egenskaper. Indias tre-trinns atomkraftprogram har bruk av en thorium-drivstoffsyklus i den tredje fasen, ettersom det har mange thoriumreserver, men lite uran.

Avvikling av atomvåpen

Nuklear avvikling er prosessen med å demontere et kjernefysisk anlegg til det punktet at det ikke lenger krever tiltak for strålingsbeskyttelse, og bringe anlegget og dets deler tilbake til et sikkert nok nivå for å bli betrodd til annen bruk. På grunn av tilstedeværelsen av radioaktive materialer gir kjernefysisk nedleggelse tekniske og økonomiske utfordringer. Kostnadene ved avvikling er vanligvis spredt over anleggets levetid og spart i et avviklingsfond.

Installert kapasitet og strømproduksjon

Atomkraftens status globalt (klikk for legenden)

Andel av elektrisitetsproduksjon fra atomkraft, 2015

Sivil kjernekraft leverte 2586 terawattimer (TWh) elektrisitet i 2019, tilsvarende omtrent 10% av den globale elektrisitetsproduksjonen , og var den nest største lavkarbonkilden etter vannkraft . Siden elektrisitet står for omtrent 25% av verdens energiforbruk , var atomkraftens bidrag til global energi omtrent 2,5% i 2011. Dette er litt mer enn den samlede globale elektrisitetsproduksjonen fra vind, sol, biomasse og geotermisk kraft, som til sammen ga 2 % av det globale endelige energiforbruket i 2014. Atomkrafts andel av den globale elektrisitetsproduksjonen har falt fra 16,5% i 1997, i stor grad fordi kjernekraftens økonomi har blitt vanskeligere.

Fra januar 2021 er det 442 sivile fisjonreaktorer i verden , med en samlet elektrisk kapasitet på 392 gigawatt (GW). Det er også 53 atomkraftreaktorer under bygging og 98 reaktorer planlagt, med en samlet kapasitet på henholdsvis 60 GW og 103 GW. USA har den største flåten av atomreaktorer, som genererer over 800 TWh per år med en gjennomsnittlig kapasitetsfaktor på 92%. De fleste reaktorer under bygging er generasjon III -reaktorer i Asia.

Regionale forskjeller i bruk av atomkraft er store. USA produserer mest atomkraft i verden, med kjernekraft som gir 20% av strømmen den bruker, mens Frankrike produserer den høyeste prosentandelen av sin elektriske energi fra atomreaktorer - 71% i 2019. I EU har atomkraft gir 26% av strømmen fra og med 2018. Atomkraft er den enkelt største kullsyreholdige elektrisitetskilden i USA, og står for to tredjedeler av EUs lav-karbon elektrisitet. Atomenergipolitikken er forskjellig fra EU -landene, og noen, som Østerrike, Estland , Irland og Italia , har ingen aktive atomkraftverk.

I tillegg var det omtrent 140 marinefartøyer som brukte atomfremdrift i drift, drevet av rundt 180 reaktorer. Disse inkluderer militære og noen sivile skip, for eksempel atomdrevne isbrytere .

Internasjonal forskning fortsetter om ytterligere bruk av prosessvarme som hydrogenproduksjon (til støtte for en hydrogenøkonomi ), for avsalting av sjøvann og for bruk i fjernvarmesystemer .

Økonomi

Den ikata kjernekraftverk , et vann reaktoren trykk som kjøler ved å benytte et sekundært kjølemiddel -varmeveksler med en stor mengde vann, en alternativ metode for å kjøle store kjøletårn .

Økonomien i nye atomkraftverk er et kontroversielt tema, siden det er divergerende oppfatninger om dette emnet, og investeringer på flere milliarder dollar er avhengig av valg av energikilde. Atomkraftverk har vanligvis høye kapitalkostnader for å bygge anlegget, men lave drivstoffkostnader. Av denne grunn er sammenligning med andre kraftproduksjonsmetoder sterkt avhengig av forutsetninger om konstruksjonstider og kapitalfinansiering for atomkraftverk. De høye byggekostnadene er en av de største utfordringene for atomkraftverk. Et nytt anlegg på 1100 MW anslås å koste mellom 6 og 9 milliarder dollar. Atomkostnadstrender viser stor ulikhet etter nasjon, design, byggefrekvens og etablering av kjennskap til kompetanse. De eneste to nasjonene som det er tilgjengelige data som viste kostnadsreduksjoner på 2000 -tallet, var India og Sør -Korea.

Analyse av kjernekraftens økonomi må også ta hensyn til hvem som bærer risikoen for fremtidig usikkerhet. Fra og med 2010 har alle opererende atomkraftverk blitt utviklet av statseide eller regulerte elektriske monopoler. Mange land har siden liberalisert elektrisitetsmarkedet der disse risikoene, og risikoen for at billigere konkurrenter dukker opp før kapitalkostnadene gjenvinnes, bæres av anleggsleverandører og operatører i stedet for forbrukere, noe som fører til en vesentlig annen vurdering av økonomien ved ny kjernekraft planter.

De nivåiserte strømkostnadene fra et nytt atomkraftverk er anslått til 69 USD/MWh, ifølge en analyse fra International Energy Agency og OECD Nuclear Energy Agency . Dette representerer mediankostnadsestimatet for et niende-of-a-kind-atomkraftverk som skal stå ferdig i 2025, med en diskonteringsrente på 7%. Atomkraft ble funnet å være det rimeligste alternativet blant teknologier som kan sendes . Variabel fornybar energi kan generere billigere elektrisitet: mediankostnaden for vindkraft på land ble estimert til 50 USD/MWh, og solenergi i skala 56 USD/MWh. Med den antatte CO ₂ -utslippskostnaden på 30 dollar per tonn, er kraft fra kull (88 USD/MWh) og gass (71 USD/MWh) dyrere enn teknologier med lav karbonutslipp. Elektrisitet fra langsiktig drift av kjernekraftverk ved levetid forlengelse ble funnet å være det rimeligste alternativet, til 32 USD/MWh. Tiltak for å redusere global oppvarming , for eksempel en karbonavgift eller handel med karbonutslipp , kan favorisere kjernekraftens økonomi.

Nye små modulære reaktorer , som de som er utviklet av NuScale Power , har som mål å redusere investeringskostnadene for nybygging ved å gjøre reaktorene mindre og modulære, slik at de kan bygges på en fabrikk.

Enkelte design hadde betydelig tidlig positiv økonomi, for eksempel CANDU , som innså mye høyere kapasitetsfaktor og pålitelighet sammenlignet med generasjon II lettvannsreaktorer fram til 1990 -tallet.

Atomkraftverk, selv om de er i stand til å følge en viss nettbelastning , drives vanligvis så mye som mulig for å holde kostnaden for den genererte elektriske energien så lav som mulig, og for det meste levere grunnlast . På grunn av den påfyllende reaktordesignen på nettet fortsetter PHWR-er (som CANDU-designen er en del av) å ha mange verdensrekordposisjoner for lengste kontinuerlige strømproduksjon, ofte over 800 dager. Den spesifikke rekorden fra 2019 eies av en PHWR ved Kaiga Atomic Power Station , som genererer strøm kontinuerlig i 962 dager.

Bruk i rommet

Den multi-misjon radioisotopgenerator (MMRTG), som brukes i flere mellomroms oppdrag slik som nysgjerrighet Mars rover

Den vanligste bruken av kjernekraft i verdensrommet er bruk av radioisotop termoelektriske generatorer , som bruker radioaktivt forfall for å generere kraft. Disse kraftgeneratorene er relativt små (få kW), og de brukes stort sett til å drive romoppdrag og eksperimenter i lange perioder der solenergi ikke er tilgjengelig i tilstrekkelig mengde, for eksempel i Voyager 2 -romproben. Noen få romfartøyer har blitt skutt opp ved hjelp av atomreaktorer : 34 reaktorer tilhører den sovjetiske RORSAT- serien og en var den amerikanske SNAP-10A .

Både fisjon og fusjon virker lovende for romfremdriftsapplikasjoner , og genererer høyere oppdragshastigheter med mindre reaksjonsmasse .

Sikkerhet

Dødeligheten av luftforurensning og ulykker knyttet til energiproduksjon, målt i dødsfall per terawattime (TWh)

Dødsfall per TWh per energikilde i EU

Atomkraftverk har tre unike egenskaper som påvirker deres sikkerhet, sammenlignet med andre kraftverk. For det første er intenst radioaktive materialer tilstede i en atomreaktor. Utslipp til miljøet kan være farlig. For det andre fisjonsprodukter , som utgjør mesteparten av de intenst radioaktive stoffer i reaktoren, fortsette å generere en betydelig mengde av restvarmen selv etter at fisjonskjedereaksjonen er stoppet. Hvis varmen ikke kan fjernes fra reaktoren, kan drivstoffstengene overopphetes og frigjøre radioaktivt materiale. For det tredje er en kritikkulykke (en rask økning av reaktoreffekten) mulig i visse reaktordesign hvis kjedereaksjonen ikke kan kontrolleres. Disse tre egenskapene må tas i betraktning ved utforming av atomreaktorer.

Alle moderne reaktorer er konstruert slik at en ukontrollert økning av reaktorkraften forhindres av naturlige tilbakemeldingsmekanismer, et konsept kjent som negativ tomrom for reaktivitet. Hvis temperaturen eller mengden damp i reaktoren øker, reduseres fisjonen iboende. Kjedereaksjonen kan også stoppes manuelt ved å sette kontrollstavene inn i reaktorkjernen. Emergency kjerne kjøleanlegg (ECCS) kan fjerne restvarmen fra reaktoren hvis normale kjølesystemer svikte. Hvis ECCS mislykkes, begrenser flere fysiske barrierer utslipp av radioaktivt materiale til miljøet, selv i tilfelle en ulykke. Den siste fysiske barrieren er den store inneslutningsbygningen .

Med en dødelighet på 0,07 per TWh er kjernekraft den sikreste energikilden per generert energi. Energi produsert av kull, petroleum, naturgass og vannkraft har forårsaket flere dødsfall per enhet energi generert på grunn av luftforurensning og energiulykker . Dette er funnet når man sammenligner de umiddelbare dødsfall fra andre energikilder til både umiddelbare og latent, eller spådd, indirekte kreftdødsfall fra atomenergi ulykker . Når de direkte og indirekte dødsulykkene (inkludert dødsulykker som følge av gruvedrift og luftforurensning) fra atomkraft og fossilt brensel sammenlignes, er bruken av kjernekraft beregnet til å ha forhindret om lag 1,8 millioner dødsfall mellom 1971 og 2009, ved å redusere andelen av energi som ellers ville blitt generert av fossilt brensel. Etter atomkatastrofen i Fukushima i 2011 har det blitt anslått at hvis Japan aldri hadde vedtatt atomkraft, ville ulykker og forurensning fra kull- eller gassanlegg ha forårsaket flere tapte leveår.

Alvorlige konsekvenser av atomulykker skyldes ofte ikke direkte eksponering for stråling, men heller sosiale og psykologiske effekter. Evakuering og langtidsflytting av berørte befolkninger skapte problemer for mange mennesker, spesielt eldre og sykehuspasienter. Tvangsevakuering fra en atomulykke kan føre til sosial isolasjon, angst, depresjon, psykosomatiske medisinske problemer, hensynsløs oppførsel og selvmord. En omfattende studie fra 2005 om konsekvensene av Tsjernobyl -katastrofen konkluderte med at psykisk helseeffekt er det største folkehelseproblemet forårsaket av ulykken. Frank N. von Hippel , en amerikansk forsker, kommenterte at en uforholdsmessig frykt for ioniserende stråling ( radiofobi ) kan ha langsiktige psykologiske effekter på befolkningen i forurensede områder etter Fukushima-katastrofen. I januar 2015 var antallet evakuerte i Fukushima rundt 119 000, mot en topp på rundt 164 000 i juni 2012.

Ulykker og angrep

Ulykker

Etter atomkatastrofen i Fukushima Daiichi i 2011 , verdens verste atomulykke siden 1986, ble 50 000 husstander fordrevet etter at stråling lekket ut i luft, jord og sjø. Strålingskontroller førte til forbud mot noen forsendelser av grønnsaker og fisk.

Reaktor nedbryter varme som en brøkdel av full effekt etter at reaktoren stenges, ved å bruke to forskjellige korrelasjoner. For å fjerne forfallsvarmen trenger reaktorer kjøling etter at fisjonreaksjonene er slått av. Et tap av evnen til å fjerne forfallsvarme forårsaket Fukushima -ulykken .

Noen alvorlige atom- og strålingsulykker har skjedd. Alvorlighetsgraden av atomulykker er generelt klassifisert ved hjelp av International Nuclear Event Scale (INES) introdusert av International Atomic Energy Agency (IAEA). Skalaen rangerer unormale hendelser eller ulykker på en skala fra 0 (et avvik fra normal drift som ikke utgjør noen sikkerhetsrisiko) til 7 (en storulykke med utbredt effekt). Det har vært 3 ulykker på nivå 5 eller høyere i den sivile atomkraftindustrien, hvorav to, Tsjernobyl -ulykken og Fukushima -ulykken , er rangert på nivå 7.

Tsjernobyl -ulykken i 1986 forårsaket omtrent 50 dødsfall fra direkte og indirekte effekter, og noen midlertidige alvorlige skader fra akutt strålingssyndrom . Fremtiden forutsagt dødelighet på grunn av økning i kreftfrekvensen er anslått til omtrent 4000 i tiårene som kommer. Atomulykken i Fukushima Daiichi ble forårsaket av Tohoku -jordskjelvet og tsunamien i 2011 . Ulykken har ikke forårsaket noen strålingsrelaterte dødsfall, men resultert i radioaktiv forurensning av områdene rundt. Den vanskelige opprydningsoperasjonen forventes å koste titalls milliarder dollar over 40 år eller mer. The Three Mile Island i 1979 var en mindre skala ulykke, rangert på INES-nivå 5. Det var ingen direkte eller indirekte dødsfall forårsaket av ulykken.

Virkningen av atomulykker er kontroversiell. Ifølge Benjamin K. Sovacool , fisjon energi ulykker rangert først blant energikilder i form av deres totale økonomiske kostnadene, sto for 41 prosent av alle skader på eiendom tilskrives energi ulykker. En annen analyse fant at kull, olje, flytende petroleumsgass og vannkraftulykker (hovedsakelig på grunn av Banqiao Dam -katastrofen ) har resultert i større økonomiske konsekvenser enn atomkraftulykker. Studien sammenligner latente kreftdødsfall som kan tilskrives atomkraft med umiddelbare dødsfall fra andre energikilder per enhet energi generert, og inkluderer ikke fossilt brenselrelatert kreft og andre indirekte dødsfall forårsaket av bruk av fossilt brenselforbruk i sin "alvorlige ulykke" (en ulykke med mer enn 5 omkomne) klassifisering.

Atomkraft fungerer under et forsikringsramme som begrenser eller strukturerer ulykkesansvar i henhold til nasjonale og internasjonale konvensjoner. Det blir ofte hevdet at denne potensielle mangelen på ansvar representerer en ekstern kostnad som ikke er inkludert i kostnaden for atomkraft. Denne kostnaden er liten, og utgjør omtrent 0,1% av de nivåiserte strømkostnadene , ifølge en studie fra Congressional Budget Office i USA. Disse utover vanlige forsikringskostnadene i verste fall er ikke unike for atomkraft. Vannkraftverk er på samme måte ikke fullt forsikret mot en katastrofal hendelse som dambrudd . For eksempel forårsaket fiaskoen i Banqiao -demningen anslagsvis 30 000 til 200 000 mennesker, og 11 millioner mennesker mistet hjemmene sine. Ettersom private forsikringsselskaper baserer damforsikringspremier på begrensede scenarier, er også store katastrofeforsikringer i denne sektoren levert av staten.

Angrep og sabotasje

Terrorister kan målrette mot atomkraftverk i et forsøk på å frigjøre radioaktiv forurensning i samfunnet. USAs 9/11 -kommisjon har sagt at atomkraftverk var potensielle mål som opprinnelig ble vurdert for angrepene 11. september 2001 . Et angrep på en reaktors brukte drivstoffbasseng kan også være alvorlig, ettersom disse bassengene er mindre beskyttet enn reaktorkjernen. Frigivelse av radioaktivitet kan føre til tusenvis av nærtidsdødsfall og et større antall dødsulykker på lang sikt.

I USA gjennomfører Flyktninghjelpen "Force on Force" (FOF) øvelser på alle atomkraftverkene minst hvert tredje år. I USA er planter omgitt av en dobbel rad med høye gjerder som overvåkes elektronisk. Anleggsområdet patruljeres av en betydelig styrke av væpnede vakter.

Insidersabotasje er også en trussel fordi innsidere kan observere og omgå sikkerhetstiltak. Vellykkede insiderforbrytelser var avhengig av gjerningsmannenes observasjon og kunnskap om sikkerhetsproblemer. En brann forårsaket skader på 5-10 millioner dollar i New York's Indian Point Energy Center i 1971. Brannstifteren viste seg å være en vedlikeholdsarbeider.

Kjernefysisk spredning

USA og Sovjetunionen /russiske atomvåpenlagre , 1945–2006. Den megatonn til Megawatt Program var den viktigste drivkraften bak den kraftige reduksjonen i mengden av atomvåpen på verdensbasis siden den kalde krigens slutt.

Atomspredning er spredning av atomvåpen , splittbart materiale og våpenrelatert atomteknologi til stater som ikke allerede har atomvåpen. Mange teknologier og materialer knyttet til opprettelsen av et atomkraftprogram har mulighet for dobbel bruk, ved at de også kan brukes til å lage atomvåpen. Av denne grunn utgjør kjernekraft spredningsrisiko.

Atomkraftprogrammet kan bli en rute som fører til et atomvåpen. Et eksempel på dette er bekymringen for Irans atomprogram . Omformålingen av sivile atomindustrier for militære formål ville være et brudd på ikke-spredningstraktaten , som 190 land holder seg til. Fra april 2012 er det tretti ett land som har sivile atomkraftverk, hvorav ni har atomvåpen . De aller fleste av disse atomvåpenstatene har produsert våpen før kommersielle atomkraftverk.

Et grunnleggende mål for global sikkerhet er å minimere risikoen for atomspredning knyttet til utvidelse av atomkraft. Den globale Nuclear Energy Partnership var en internasjonal innsats for å skape et distribusjonsnett som utviklingsland som har behov for energi vil motta kjernebrensel til nedsatt pris, i bytte for den nasjonen aksepterer å gi avkall på sitt eget opprinnelige utviklingen av et anriking av uran programmet. Det Frankrike-baserte Eurodif / European Gaseous Diffusion Uranium Enrichment Consortium er et program som med hell implementerte dette konseptet, med Spania og andre land uten anrikningsanlegg som kjøpte en andel av drivstoffet som ble produsert på det franskstyrte anrikningsanlegget, men uten overføring av teknologi . Iran var en tidlig deltaker fra 1974 og er fortsatt aksjonær i Eurodif via Sofidif .

En rapport fra FN fra 2009 sa at:

gjenoppliving av interessen for kjernekraft kan resultere i verdensomspennende spredning av urananrikning og opparbeidelse av brukt brensel, som utgjør åpenbare farer for spredning da disse teknologiene kan produsere splittelige materialer som er direkte brukbare i atomvåpen.

På den annen side kan kraftreaktorer også redusere atomvåpenarsenaler når atommaterialer av militær klasse blir omarbeidet for å bli brukt som drivstoff i atomkraftverk. Den megatonn til Megawatt Program regnes som den mest vellykkede ikke-spredningsprogram hittil. Fram til 2005 hadde programmet behandlet 8 milliarder dollar høyt beriket, uran-grade uran til lavanriket uran egnet som atombrensel for kommersielle fisjonreaktorer ved å fortynne det med naturlig uran . Dette tilsvarer eliminering av 10 000 atomvåpen. I omtrent to tiår genererte dette materialet nesten 10 prosent av all strøm som forbrukes i USA, eller omtrent halvparten av all atomkraft i USA, med totalt rundt 7000 TWh elektrisitet produsert. Totalt anslås det å ha kostet 17 milliarder dollar, et "røverkjøp for amerikanske skattebetalere", og Russland tjente 12 milliarder dollar på avtalen. Mye nødvendig fortjeneste for den russiske atomovervåkningsindustrien, som etter kollapsen i den sovjetiske økonomien hadde vanskeligheter med å betale for vedlikehold og sikkerhet for de russiske føderasjonene høyt beriket uran og stridshoder. Megatons to Megawatts-programmet ble hyllet som en stor suksess av fortalere mot atomvåpen, ettersom det i stor grad har vært drivkraften bak den kraftige reduksjonen i antall atomvåpen over hele verden siden den kalde krigen tok slutt. Men uten en økning i atomreaktorer og større etterspørsel etter splittbart drivstoff, har kostnaden ved demontering og blanding avskrekket Russland fra å fortsette nedrustningen. Fra 2013 ser det ut til at Russland ikke er interessert i å utvide programmet.

Miljøpåvirkning

Karbonutslipp

Livssyklusutslipp av klimagasser fra strømforsyningsteknologier, medianverdier beregnet av IPCC

Atomkraft er en av de ledende metodene for å produsere elektrisitet med lav karbonkraft , og når det gjelder totale klimagassutslipp i livssyklus per enhet energi generert , har utslippsverdier som er sammenlignbare med eller lavere enn fornybar energi . En 2014-analyse av karbonavtrykk litteraturen ved FNs klimapanel (IPCC) rapporterte at den nedfelt totale livssyklus utslippsintensiteten fra kjernekraft har en middelverdi på 12 g CO
2ekv / kWh , som er den laveste blant alle kommersielle baselastkilder . Dette står i motsetning til kull og naturgass ved 820 og 490 g CO
2ekv/kWh. Fra begynnelsen av kommersialiseringen på 1970 -tallet har kjernekraft forhindret utslipp av om lag 64 milliarder tonn karbondioksidekvivalent som ellers ville ha resultert i forbrenning av fossilt brensel i termiske kraftstasjoner .

Stråling

Gjennomsnittlig dose fra naturlig bakgrunnsstråling er 2,4 millisievert per år (mSv/a) globalt. Den varierer mellom 1 mSv/a og 13 mSv/a, avhengig mest av stedets geologi. Ifølge FN ( UNSCEAR ) øker vanlige kjernekraftverk, inkludert atombrenselsyklusen, denne mengden med 0,0002 mSv/a offentlig eksponering som et globalt gjennomsnitt. Gjennomsnittlig dose fra drift av atomkraftverk til lokalbefolkningen rundt dem er mindre enn 0,0001 mSv/a. Til sammenligning er gjennomsnittsdosen til de som bor innenfor 50 miles fra et kullkraftverk over tre ganger denne dosen, ved 0,0003 mSv/a.

Tsjernobyl resulterte i at de mest berørte omliggende befolkningene og mannlig gjenopprettingspersonell mottok en gjennomsnittlig initial 50 til 100 mSv over noen timer til uker, mens den gjenværende globale arven fra den verste atomkraftulykken i gjennomsnittlig eksponering er 0,002 mSv/a og er kontinuerlig fallende med forfallende hastighet, fra den første høyden på 0,04 mSv per person i gjennomsnitt over hele befolkningen på den nordlige halvkule i året ulykken i 1986.

Debatt om atomkraft

Atomkraftdebatten gjelder kontroversen som har omgitt utplassering og bruk av atomfisjonreaktorer for å generere elektrisitet fra kjernebrensel til sivile formål.

Talsmenn for atomkraft ser på det som en bærekraftig energikilde som reduserer karbonutslipp og øker energisikkerheten ved å redusere avhengigheten av importerte energikilder. M. King Hubbert , som populariserte begrepet toppolje , så på olje som en ressurs som ville gå tom og anså at atomkraft skulle erstatte den. Talsmenn hevder også at den nåværende mengden kjernefysisk avfall er liten og kan reduseres gjennom den nyeste teknologien til nyere reaktorer, og at driftssikkerhetsrekorden for fisjon-elektrisitet er uten sidestykke. Andre kommentatorer som har stilt spørsmålstegn ved koblingen mellom den atom-nukleære bevegelsen og fossilt brenselindustri.

Kharecha og Hansen anslår at "global kjernekraft har forhindret gjennomsnittlig 1,84 millioner luftforurensningsrelaterte dødsfall og 64 gigatonn CO ₂ -ekvivalente (GtCO ₂ -ekv.) Klimagassutslipp (GHG) som ville ha resultert i forbrenning av fossilt drivstoff" og hvis den fortsetter, kan den forhindre opptil 7 millioner dødsfall og 240 GtCO ₂ -ekv -utslipp innen 2050.

Motstanderne mener at atomkraft utgjør mange trusler mot mennesker og miljø, for eksempel risikoen for spredning av atomvåpen og terrorisme. De hevder også at reaktorer er komplekse maskiner der mange ting kan og har gått galt. Tidligere har de også hevdet at når alle de energikrevende stadiene av kjernefysiske drivstoffkjeder blir vurdert, fra gruvedrift av uran til kjernefysisk nedleggelse , er atomkraft verken en lav-karbon eller økonomisk strømkilde.

Argumenter for økonomi og sikkerhet brukes av begge sider av debatten.

Sammenligning med fornybar energi

Sakte global oppvarming krever en overgang til en lav-karbon økonomi , hovedsakelig ved å brenne langt mindre fossilt brensel . Å begrense den globale oppvarmingen til 1,5 grader C er teknisk mulig hvis det ikke bygges nye fossile kraftverk fra 2019. Dette har skapt betydelig interesse og tvist om å bestemme den beste veien fremover for raskt å erstatte fossilbaserte drivstoff i den globale energimiksen , med intens akademisk debatt. Noen ganger sier IEA at land uten atom bør utvikle det så vel som deres fornybare kraft.

Den guidede missilkrysseren USS Monterey (CG 61) mottar drivstoff til sjøs (FAS) fra hangarskipet Nimitz-klasse USS George Washington (CVN 73).

Flere studier tyder på at det teoretisk sett er mulig å dekke et flertall av verdens energiproduksjon med nye fornybare kilder. Det mellomstatlige panelet for klimaendringer (IPCC) har sagt at hvis regjeringene støtter, kan fornybar energiforsyning utgjøre nær 80% av verdens energibruk innen 2050. Mens det i utviklede land mangler økonomisk økonomisk geografisk utvikling for ny vannkraft, med hvert geografisk passende område stort sett allerede utnyttet, hevder talsmenn for vind- og solenergi at disse ressursene alene kan eliminere behovet for atomkraft.

Atomkraft er sammenlignbar med, og i noen tilfeller lavere, enn mange fornybare energikilder når det gjelder tap av liv per enhet elektrisitet levert. Atomreaktorer produserer også et mye mindre avfallsmengde, selv om det er mye mer giftig. Et kjernefysisk anlegg må også demonteres og fjernes, og mye av det demonterte atomkraftverket må lagres som lavt atomavfall i noen tiår.

Overgangshastighet og investering nødvendig

Analyse i 2015 av professor Barry W. Brook og kolleger fant at atomkraft kan fortrenge eller fjerne fossilt brensel fra det elektriske nettet helt innen 10 år. Dette funnet var basert på den historisk beskjedne og påviste hastigheten som kjernekraft ble tilført i Frankrike og Sverige under byggeprogrammene på 1980 -tallet.

I en lignende analyse hadde Brook tidligere fastslått at 50% av all global energi , inkludert syntetisk transport av drivstoff etc., kunne genereres innen omtrent 30 år hvis den globale kjernefysjonsbyggingshastigheten var identisk med historiske påviste installasjonshastigheter beregnet i GW per år per enhet av globalt BNP (GW/år/$). Dette er i motsetning til de konseptuelle studiene for 100% fornybare energisystemer , noe som vil kreve større størrelsesordener mer kostbare globale investeringer per år, som ikke har noen historisk presedens. Disse fornybare scenariene vil også trenge langt større arealer til vind-, bølge- og solprosjekter, og den iboende antagelsen om at energibruken vil avta i fremtiden. Som Brook bemerker, er de "viktigste begrensningene i atomfisjon ikke tekniske, økonomiske eller drivstoffrelaterte, men er i stedet knyttet til komplekse spørsmål om samfunnsaksept, finanspolitisk og politisk treghet og utilstrekkelig kritisk vurdering av de virkelige begrensningene som står overfor [ andre] karbonfattige alternativer. "

Krav til sesongmessig energilagring

Noen analytikere hevder at konvensjonelle fornybare energikilder, vind og sol ikke tilbyr den skalerbarheten som er nødvendig for en storstilt dekarbonisering av det elektriske nettet, hovedsakelig på grunn av intermittency -relaterte hensyn. En analyse fra MIT fra 2018 hevdet at for å være mye mer kostnadseffektiv når de nærmer seg dyp karbonisering , bør elektrisitetssystemer integrere grunnbelastede lavkarbonressurser, som kjernefysisk, med fornybar energi, lagring og etterspørsel.

Noen steder som tar sikte på å fase ut fossilt brensel til fordel for lavkullkraft , for eksempel Storbritannia , er det vanskelig å skaffe sesongbasert energilagring, så det kan være dyrt å ha fornybar energiforsyning over 60% av strømmen. Fra og med 2019 om sammenkoblinger eller nytt atom ville være dyrere enn å ta fornybar energi over 60%, blir fortsatt undersøkt og diskutert.

Arealbruk

Atomkraftverk krever omtrent en kvadratkilometer land per typisk reaktor. Miljøvernere og naturvernere har begynt å stille spørsmål ved de globale forslagene til utvidelse av fornybar energi, ettersom de er imot den ofte kontroversielle bruken av en gang skogsområde for å plassere fornybare energisystemer. Syttifem akademiske naturvernere signerte et brev som antydet en mer effektiv politikk for å dempe klimaendringene som involverer skogplanting av dette landet som er foreslått for produksjon av fornybar energi, til dets tidligere naturlandskap , ved hjelp av de innfødte trærne som tidligere bebodde det, i takt med lavere arealbruk fotavtrykk av kjernekraft, som banen for å sikre både satsing på karbonutslippsreduksjoner og for å lykkes med liggende rewilding programmer som er en del av den globale innfødte arter beskyttelse og re-introduksjon initiativer.

Disse forskerne hevder at regjeringens forpliktelser om å øke forbruket av fornybar energi, samtidig som de forplikter seg til å utvide områder for biologisk bevaring, er to konkurrerende utfall av landbruk, i motsetning til hverandre, som i økende grad kommer i konflikt. Ettersom de eksisterende beskyttede områdene for bevaring i dag anses som utilstrekkelige for å ivareta biologisk mangfold, vil konflikten om plass mellom energiproduksjon og habitat fortsatt være et av de viktigste fremtidige bevaringsspørsmålene som skal løses. "

Forskning

Avanserte fisjonreaktordesign

Generasjon IV veikart fra Argonne National Laboratory

Nåværende fisjonreaktorer i drift rundt om i verden er andre eller tredje generasjons systemer, og de fleste av førstegenerasjons systemene har allerede blitt pensjonert. Forskning på avanserte generasjoner IV -reaktortyper ble offisielt startet av Generation IV International Forum (GIF) basert på åtte teknologimål, inkludert å forbedre økonomi, sikkerhet, spredningsmotstand, utnyttelse av naturressurser og evnen til å konsumere eksisterende atomavfall i produksjonen av elektrisitet. De fleste av disse reaktorene skiller seg vesentlig fra dagens lette vannreaktorer, og forventes å være tilgjengelige for kommersiell konstruksjon etter 2030.

Hybrid atomfusjon-fisjon

Hybrid kjernekraft er et foreslått middel for å generere kraft ved bruk av en kombinasjon av kjernefusjon og fisjonprosesser. Konseptet dateres til 1950 -årene og ble kort forfektet av Hans Bethe i løpet av 1970 -årene, men forble stort sett uutforsket til en gjenoppliving av interessen i 2009, på grunn av forsinkelser i realiseringen av ren fusjon. Når et vedvarende kjernekraftverk bygges, har det potensial til å kunne trekke ut all fisjonenergien som er igjen i brukt fisjonbrensel, redusere volumet av atomavfall i størrelsesorden, og enda viktigere, eliminere alle aktinider som er tilstede i brukt drivstoff, stoffer som forårsaker sikkerhetsproblemer.

Kjernefysisk fusjon

Skjematisk over ITER tokamak under bygging i Frankrike.

Kjernefusjonsreaksjoner har potensial til å være tryggere og generere mindre radioaktivt avfall enn fisjon. Disse reaksjonene virker potensielt levedyktige, men teknisk sett ganske vanskelige og har ennå ikke blitt laget i en skala som kan brukes i et funksjonelt kraftverk. Fusjonskraft har vært under teoretisk og eksperimentell undersøkelse siden 1950 -tallet.

Flere eksperimentelle atomfusjonsreaktorer og -anlegg finnes. Det største og mest ambisiøse internasjonale atomfusjonsprosjektet som pågår er ITER , en stor tokamak under bygging i Frankrike. ITER er planlagt å bane vei for kommersiell fusjonskraft ved å demonstrere selvbærende kjernefusjonsreaksjoner med positiv energigevinst. Byggingen av ITER -anlegget begynte i 2007, men prosjektet har fått mange forsinkelser og budsjettoverskridelser. Anlegget forventes nå ikke å starte driften før 2027–11 år etter først antatt. Det er foreslått en oppfølging av kommersiell atomkraftverk, DEMO . Det er også forslag til et kraftverk basert på en annen fusjonstilnærming, som for et treghetskraftverk .

Fusjonsdrevet elektrisitetsproduksjon ble opprinnelig antatt å være lett oppnåelig, slik fisjonelektrisk kraft hadde vært. Imidlertid førte de ekstreme kravene til kontinuerlige reaksjoner og plasmainneslutning til at anslag ble forlenget med flere tiår. I 2010, mer enn 60 år etter de første forsøkene, ble det fremdeles antatt at kommersiell kraftproduksjon var usannsynlig før 2050.

Se også

Referanser

Videre lesning

• AEC Atom Information Booklets, Begge seriene, "Understanding the Atom" og "The World of the Atom" . Totalt 75 hefter utgitt av US Atomic Energy Commission (AEC) på 1960- og 1970 -tallet, forfattet av forskere og samlet, inneholder heftene kjernevitenskapens historie og dens anvendelser den gang.
• Armstrong, Robert C., Catherine Wolfram, Robert Gross, Nathan S. Lewis og MV Ramana et al. The Frontiers of Energy , Nature Energy , Vol 1, 11. januar 2016.
• Brown, Kate (2013). Plutopia: Nuclear Families, Atomic Cities, and the Great Soviet and American Plutonium Disasters , Oxford University Press.
• Clarfield, Gerald H. og William M. Wiecek (1984). Nuclear America: Militær og sivil atomkraft i USA 1940–1980 , Harper & Row.
• Cooke, Stephanie (2009). I Mortal Hands: A Cautionary History of the Nuclear Age , Black Inc.
• Cravens, Gwyneth (2007). Makt til å redde verden: Sannheten om atomkraft . New York: Knopf. ISBN 978-0-307-26656-9.
• Elliott, David (2007). Kjernefysisk eller ikke? Har kjernekraft plass i en bærekraftig fremtid? , Palgrave.
• Ferguson, Charles D., (2007). Nuclear Energy: Balancing Benefits and Risks Council on Foreign Relations .
• Garwin, Richard L. og Charpak, Georges (2001) Megawatts and Megatons A Turning Point in the Nuclear Age ?, Knopf.
• Herbst, Alan M. og George W. Hopley (2007). Atomenergi nå: Hvorfor tiden er inne for verdens mest misforståtte energikilde , Wiley.
• Mahaffey, James (2015). Atomulykker: en historie med kjernefysiske nedbrytninger og katastrofer: fra Ozark -fjellene til Fukushima . Pegasus bøker. ISBN 978-1-60598-680-7.
• Schneider, Mycle , Steve Thomas , Antony Froggatt , Doug Koplow (2016). World Nuclear Industry Status Report : World Nuclear Industry Status per 1. januar 2016 .
• Walker, J. Samuel (1992). Inneholder Atom: Nuclear Regulation in a Changing Environment, 1993–1971 , Berkeley: University of California Press.
• Weart, Spencer R. The Rise of Nuclear Fear . Cambridge, MA: Harvard University Press, 2012. ISBN  0-674-05233-1

Eksterne linker

• US Energy Information Administration
• Nuclear Fuel Cycle Cost Calculator