Sådan går det galt på et atomkraftværk
Atomkraftværker kan bygges på flere måder, og nogle er sikrere end andre. Her får du grundlæggende viden om, hvordan atomkraftværker fungerer - og hvordan det er gået galt gennem tiderne.
atomkraftværker katastrofe farlig udslip reaktor

Atomkraftværket i Gundremmingen i Tyskland. (Foto: Felix König)

Atomkraftværket i Gundremmingen i Tyskland. (Foto: Felix König)

Bemærk, denne artikel er udgivet i marts 2011 kort efter Fukushima-ulykken.

Atomkraft er ikke risikofrit. Efter Tjernobyl-ulykken i 1986 var der en øget modstand mod atomkraft. Ulykkerne ved de to japanske anlæg i Fukushima vil formentlig forstærke denne modstand.

»Illusionen om, at atomkraft er sikkert, er bristet efter katastrofen i Japan,« siger den fransk-norske EU-parlamentariker Eva Joly til det norske telegrambureau NTB.

»Jeg håber, at det vil være en påmindelse for folk her 25 år efter Tjernobyl,« fortsætter politikeren, som sidder i parlamentet for partiet De Grønne.

Men Tjernobyl-reaktoren havde en anderledes og farligere konstruktion end de japanske. Selv et 'worst case scenario' i Fukushima vil ikke give samme radioaktive forurening som efter Tjernobyl, mener den norske seniorrådgiver i atomkraftspørgsmål Øivind Berg.

Atomkraftværk virker som en dampmaskine

Teknologien i et atomkraftværk kan virke skræmmende og uforståelig.

Men et atomkraftværk er grundlæggende ganske enkelt. Det er slags dampmaskine, blot er der ingen fyrbøder, som læsser kul. Det glødende kul er i stedet erstattet med varmen fra atombrændsel.

Egentlig er begrebet atombrændsel misvisende. Der er ikke noget, der brænder. I atombrændslet sker der kernereaktioner. I kernereaktionerne bliver tunge grundstoffer som uran spaltet til lettere grundstoffer. Da frigøres energi i form af varme.

Atombrændslet opvarmer vand eller en anden væske eller gas, hvorefter damptrykket driver turbinerne, som laver elektrisk strøm.

Et atomkraftværk er altså ligesom et kulkraftværk eller et andet varmekraftværk. Men varmekilden giver meget mere energi end kul. Og den er farligere.

Uran eller andet atombrændsel udsender radioaktiv stråling. Denne stråling er som en usynlig haglbyge, med bittesmå dele af atomkerner.

Haglbygen går ind i cellerne i kroppen og skader dem, og i værste fald kan strålingen føre til kræft eller andre alvorlige sygdomme eller børn født med misdannelser.

Derfor er det vigtigt, at de radioaktive stoffer aldrig slipper ud af atomkraftværket. Men ulykker kan jo ske.

Nedkøling kræver lang tid

Varmen fra kernereaktionerne skal føres væk af kølevæsken eller gassen hele tiden. Hvis afkølingen er for dårlig, stiger temperaturen. Resultatet kan blive eksplosioner og i værste fald en nedsmeltning af atombrændslet.

I tilfælde af ulykker er atomkraftværket bygget til at stoppe kernereaktionerne automatisk. Men selv hvis reaktionerne standser, bliver al atombrændslet ikke koldt på et kort øjeblik.

Det fortsætter med at gløde i lang tid, fordi det fortsætter med at spalte sig selv helt naturligt. Derfor skal det køles over længere tid.

Brændslet er formet som stave, som står tæt. Stavene er omgivet af metalhylstre eller kapsler.

Ved normal drift dannes radioaktive gasser, som blandt andet indeholder cesium og jod.

Uden afkøling bliver atombrændslet varmere og varmere, og for at lette overtrykket bliver gasserne ventileret ud af den inderste beholder. Det er det, der har ført til de første radioaktive udslip fra Fukushima-reaktorerne.

Eksplosion ud fra hydrogen og oxygen

Når kølevæsken fordamper, og dermed ikke længere dækker atombrændslet, reagerer metalhylstrene omkring brændselsstavene med dampen og danner hydrogen.

Hydrogenet og oxygen fra luften danner sammen såkaldt knaldgas, som kan eksplodere. Det er sådan nogle eksplosioner, vi har set på TV-billederne fra Fukushima-anlæggene.

Hvis temperaturen fortsætter med at stige, vil smeltet atombrændsel samt metal fra hylsteret løbe ned i bunden af beholderen omkring reaktoren.

Hvis reaktortanken svigter, kan brændslet løbe videre ned og opvarme kølevandet. Damptrykket vil da stige, så beholderen, som også kaldes containment, kan eksplodere.

Der er altså to typer eksplosioner, som en atomkraftulykke kan føre til. Det ene skyldes overtryk, som når en dampkedel eksploderer. Den anden er en kemisk eksplosion af hydrogen og oxygen.

Så kan det smeltede løbe videre ned i jorden og forurene området lokalt. Det kaldes en fuldstændig nedsmeltning.

LÆS OGSÅ: Sådan skader stråler fra radioaktive stoffer

Three Mile Island var en delvis nedsmeltning

De allerfleste ulykker på atomkraftværker har været mindre uheld. De har kun ført til små, ufarlige udslip af radioaktive stoffer. Ingen ulykker har indtil nu ført til en fuldstændig nedsmeltning af atombrændslet. En delvis nedsmeltning skete på Three Mile Island-anlægget i Pennsylvania i USA i 1979.

Kølesystemet svigtede, og kernereaktionerne blev standset hurtigt. Men en lang række misforståelser og småfejl kulminerede ved at brændselsstavene smeltede og størknede i bunden af reaktortanken.

Radioaktiv kølevæske løb herefter ud af anlægget, men alligevel kom meget få eller måske ingen mennesker til skade.

Tjernobyl: Reaktorerne løb løbsk

Den mest alvorlige ulykke skete ved Tjernobyl-anlægget i Ukraine i 1986. Det specielle ved denne ulykke var, at kernereaktionerne ikke blev standset med det samme.

Anlæggets særlige konstruktion førte i stedet til, at kernereaktorerne kom ud af kontrol. Reaktoren løb altså løbsk i en kort periode og blev voldsomt overophedet.

Varmen var meget stærkere end den restvarme, som lige nu er problemet i Fukushima-reaktorerne.

Dermed førte det enorme damptryk til en eksplosion. En ny eksplosion kom fra den pludselige og voldsomme kædereaktion. Den var omtrent som en bittelille atombombe.

Så gik der ild i grafitstavene, og røgen fra disse brænde spredte radioaktivt materiale over store afstande, blandt andet helt til Danmark.

53 mennesker omkom som en direkte følge af selve ulykken. Det er usikkert, hvor mange der døde af kræft og andre eftervirkninger. Tallene varierer mellem 4.000 og 200.000. Dertil kommer alle dem, som fik sygdomme og kroniske lidelser, eller børn, som var dødfødte eller født med misdannelser.

LÆS OGSÅ: Tjernobyl: Vi kender stadig ikke rigtig de helbredsmæssige risici ved en atomulykke

Tre faktorer skaber ulykker

Enhver ulykke opstår efter en kæde af uheldige sammentræf. Groft forenklet kan man sige, at atomkraftulykker hænger sammen med tre faktorer:

1) Brændslet

Det radioaktive brændsel kan være mere eller mindre sundhedsskadeligt. Det farligste brændsel er det, der er mest radioaktivt. Uran spaltes til flere andre radioaktive stoffer, som skal gemmes som atomaffald.

Blandt andre og mindre farlige brændsler finder vi først og fremmest thorium, som formentlig bliver brændslet for fremtidige atomkraftværker. Slutproduktet efter spaltning af thorium er mindre radioaktivt end fra et traditionelt uran-kraftværk.

2) Kernereaktionerne

Kernereaktionerne kan være mere eller mindre stabile. Nogle atomkraftværker er lavet sådan, at hvis kølevæsken bliver for varm, vil kernereaktionerne også gå dårligere, hvorfor der udvikles mindre varme og reaktoren stabiliserer sig.

I andre reaktorer fortsætter kernereaktionerne med uformindsket styrke. Dermed opstår der en ond cirkel med mere og mere damp og mere og mere varme. Reaktoren er ustabil.

Stabiliteten måles med en såkaldt void koefficient. Hvis den er positiv, er reaktoren ustabil, når der dannes damp.

Tjernobyl-reaktoren havde en positiv void koefficient og var ustabil. Stort set alle andre konstruktioner har en void koefficient, der er negativ.

Visse konstruktioner er indrettet sådan, at reaktoren standser af sig selv, uanset hvad der er gået galt. Der kræves ingen aktiv mekanisme for at standse kernereaktionerne.

Dette kaldes passiv sikkerhed og er en del af fremtidens reaktorkonstruktioner.

3) Beholderen

Beholderen, eller 'containment', omkring reaktortanken kan holde radioaktivt materiale inde, hvis ulykken skulle ske. Jo flere og mere solide beholdere, desto større sikkerhed. Tjernobyl-reaktoren havde ikke en sådan containment til at omslutte reaktortanken.

Ud over disse led er det selvfølgelig vigtigt, at det radioaktive affald fra kernereaktionerne bliver gemt eller ødelagt på en sikker måde. Men det har ikke som sådan noget med driften at gøre.

LÆS OGSÅ: Hvorfor kan man ikke bare slukke for et atomkraftværk?

Forskellige kraftværker har forskellige konstruktioner

Den amerikanske præsident Jimmy Carter besøgte atomkraftværket i Three Mile Island. (Foto: United States Federal Government)

Selv om atomkraftværker grundlæggende er ens, er detaljerne i konstruktionen forskellige. For den, der er interesseret i sikkerheden under driften, kan de groft deles i tre:

1) RBMK

RBMK-reaktorer er det tekniske navn på reaktorer af Tjernobyl-typen. Forkortelsen står for 'reaktor bolsjoi mosjtsjnosti kanalnij', som kan oversættes til høj-energi kanal-reaktor.

Som navnet antyder, giver disse reaktorer meget valuta for pengene i form af elektrisk energi. Men der er en skjult pris, som verden måtte betale i 1986: grundlæggende ustabilitet i form af en positiv void koefficient.

Positiv void koefficient er i øvrigt forbudt på vestlige atomkraftværker.

Der er stadig 11 RBMK-reaktorer i drift i Rusland, fire ved St. Petersborg, tre ved Smolensk og fire ved Kursk.

Efter ulykken foretog man nogle forbedringer, men RBMK-reaktorerne anses stadig for en sikkerhedsrisiko.

2) Generation II

Generation II-reaktorer er en overordnet betegnelse for alle de konstruktioner, som er i brug i moderne industrilande som USA, Japan og Europa.

Konstruktionerne er ofte fra 1960erne og 1970erne og er en videreudvikling fra de allerførste generation I-reaktorer.

Disse ældre, men velprøvede konstruktioner er mere stabile end RBMK-reaktorerne, især fordi void koefficienten er negativ eller nul. Reaktoren er også lukket inde i en solid beholder eller containment.

Reaktortanken er den inderste beholder. Den har tykke metalvægge og skal kunne holde nedsmeltet atombrændsel inde. Fukushima I og II-anlæggene har generation II-reaktorer.

Generation III

Videreudviklede varianter med forbedret sikkerhed og effektivitet kaldes generation III og generation III+.

Den sidste type fremstilles blandt andet i Kina og Finland. De skal kunne tåle at blive ramt af et flystyrt som ved terrorangrebene 11. september 2001.

De har også sikkerhedssystemer mod hydrogeneksplosioner og metoder til at opsamle atombrændslet efter en nedsmeltning, så det ikke løber ud til omgivelserne.

Generation IV

Generation IV-reaktorer er den også ret løse betegnelse for seks forskellige fremtidige konstruktioner. De skal i praksis være indrettet sådan, at enhver fejl fører til, at alle reaktioner standser, og reaktoren ender i en sikker og stabil tilstand. Det vil sige passiv sikkerhed.

Der findes også en konstruktion, som kaldes en energiforstærker eller Rubbia-reaktor. Den er opkaldt efter CERN's tidligere direktør, fysiker og nobelprisvinder Carlo Rubbia.

Denne reaktor er aldrig blevet bygget, men ville være yderst sikker og stabil. Den skal også kunne bruges til at nedbryde atomaffald ved at spalte det til andre stoffer med lav eller ingen radioaktivitet.

Worst case-scenarie i Japan

Krisen ved Fukushima-anlæggene er langt fra overstået. Hvad er så det absolut værste, der kan ske?

»At al køling forsvinder, og at vi derfor får en total nedsmeltning, hvor atombrændslet løber ud til omgivelserne,« svarer Øivind Berg, der er seniorrådgiver ved Institutt for energiteknikk, og som blandt andet beskæftiger sig med atomkraft.

»Det meste af den radioaktive forurening fra brændslet vil være lokal. Men radioaktive gasser vil kunne blive spredt ud over store afstande,« siger han.

»I Tjernobyl var det en helt anden situation. Der eksploderede reaktoren, grafitten brændte, og radioaktive materialer blev fragtet højt op og spredt over et stort område. I Fukushima var det hydrogeneksplosioner, som spredte jod- og cesiumgasser gennem luften.«

LÆS OGSÅ: Hvor galt står det til ved Fukushima-kraftværket?

Sveriges kraftværker er sikrere

Berg fortæller også, at der er forskelle i måden, hvorpå atomkraftværker i for eksempel Sverige og Fukushima-anlæggene i Japan er bygget.

»I Sverige er det forskellige udformninger af sikkerhedssystemerne. Blandt andet er der installeret ekstra filtersystemer, så radioaktivt cesium og jod bliver samlet op i stedet for at bliver spredt med luften, hvis det skulle blive nødvendigt at lukke gasser ud i tilfælde af overtryk,« forklarer Øivind Berg.

»Svenske atomkraftværker er også bygget til at modstå kraftige jordskælv som dem i Japan,« siger han.

LÆS OGSÅ: Kan atomkraft redde verden?

LÆS OGSÅ: Forsker om atomkraft: Danmark skal spille med blandt de store drenge

© forskning.no. Oversat af Magnus Brandt Tingstrøm

Videnskab.dk Podcast

Lyt til vores seneste podcast herunder eller via en podcast-app på din smartphone.


Se den nyeste video fra Tjek

Tjek er en YouTube-kanal om videnskab, klima og sundhed henvendt til unge.

Indholdet på kanalen bliver produceret af Videnskab.dk's Center for Faglig Formidling med samme journalistiske arbejdsgange, som bliver anvendt på Videnskab.dk.