Hvorfor kan man ikke bare slukke for et atomkraftværk?

Frygten for en regulær atomulykke lurede i Japan efter et grufuld jordskælv og tsunami.

Problemerne på flere japanske atomkraftværker bekymrer flere af Videnskab.dk’s læsere, som f.eks. Jacob Skouboe, der spørger:

»Hvorfor er det vigtigt, at et atomkraftværk bliver nedkølet, og hvad er det der sker ved en nedsmeltning?«

Radioaktivitet kan ikke stoppes

Videnskab.dk vrider svaret ud af lektor i reaktorfysik Erik Nonbøll på Risø DTU samt lektor i acceleratorfysik Niels Hertel fra Institut for Fysik og Astronomi på Aarhus Universitet.

»Da jordskælvet indtraf, lukkede man reaktoren ned ved automatisk at stoppe de radioaktive kædereaktioner. Alligevel foregår der radioaktive processer i uranbrændslet, der udvikler varme, som skal ledes væk, da man ellers risikerer, at brændselsstavene smelter. Den eneste måde at forhindre nedsmeltning på er ved at køle anlægget ned,« fortæller Erik Nonbøll fra Risø DTU.

Et kernekraftværk kan ikke lukkes ned fra den ene dag til den anden på samme måde som et kulkraftværk. Det er en længerevarende proces, der sagtens kan strække sig over flere dage, pointerer Niels Hertel fra Aarhus Universitet.

I et kulkraftværk varmer man kul op, indtil det går i forbindelse med ilt ved en forbrændingsproces, der frigiver varme. Den proces kan man uden videre standse ved at stoppe tilførslen af kul til forbrændingskammeret.

I en kernereaktor bruger man derimod radioaktivt stof som brændsel, typisk i form af uran, der fra naturens hånd spalter op i mindre kerner i en henfaldsproces. Spaltningen frigiver store mængder energi i form af neutroner og varme.

Ramler de frigivne neutroner ind i en ny klump uran med en bestemt fart, kickstarter de endnu en henfaldsproces, så man får en kædereaktion.

Kontrolstænger styrer kædereaktion

Kædereaktionen er ligeglad med, om det er koldt eller varmt, men den kan holdes under kontrol ved hjælp af nogle kontrolstænger af et særligt materiale, der efter behov sænkes ned mellem uranstængerne.

Det snedige ved stængerne er, at de absorberer nogle af de neutroner, som spaltningen frigiver, så man kan bremse kædereaktionen. Dette skete med det samme, da der blev registreret jordskælv - helt efter planen.

Men selv om man stopper kædereaktionen, så vil der blive ved at ske spontane henfald i uranstængerne, som varmer anlægget op. Derfor er det helt afgørende, at kølesystemerne virker efter nedlukning.

De spontane henfald er altså ustyrlige, mens en kædereaktion af henfald kan holdes under skarp kontrol.

»Fungerer køleanlægget ikke, vil temperaturen stige voldsomt, indtil brændselsstavene begynder at smelte. Den smeltede uran danner en stor pøl på bunden af reaktoren. Og når så store mængder uran er samlet på så lidt plads, kan der opstå en kædereaktion, der ryger ud af kontrol,« siger Niels Hertel.

Kernekraftværkerne i Japan er på alle mulige måder sikret mod jordskælv og er udstyret med avancerede nødsystemer, som automatisk slår til ved tekniske uheld eller katastrofer. Katastrofen i Japan var dog for stor en mundfuld for systemet, der druknede i tsunamiens vandmasser.

Videnskab.dk sender en t-shirt til Jacob Skouboe som tak for et godt og aktuelt spørgsmål.

Du kan selv stille et spørgsmål ved at sende en mail til redaktionen@videnskab.dk.

NB: Artiklen er redigeret 26. oktober 2015. Frem for at man kan standse et kulkraftværk ved at afkøle kullene er oplysningen nu rettet til, at man standser et kulkraftværk ved at stoppe tilførslen af kul. (LB)