Drift av ett kärnkraftverk

Ett kärnkraftverk är ett värmekraftverk där vattenånga driver en turbin och en elektrisk generator som är ansluten till den.

I ett kärnkraftverk genereras den värmeenergi som behövs för att ånga vatten genom fission eller klyvning av atomkärnor, medan värmen i konventionella ångkraftverk genereras genom förbränning av ett bränsle, t.ex. olja eller kol. I ett kärnkraftverk produceras värmen i en kärnreaktor, där en kontrollerad kedjereaktion av fissionsprodukter genereras. Kedjereaktionen äger rum i reaktorhärden, som är innesluten i ett reaktortryckkärl.

Fission

Fission uppstår när en neutron träffar en urankärna, som delas upp i två lättare kärnor. Då frigörs några nya neutroner och en stor mängd energi. De neutroner som bildas vid klyvningen av kärnan kan i sin tur orsaka nya klyvningar, så att en kedjereaktion uppstår. Den kinetiska energin hos kärnorna och neutronerna som uppstår vid fissionen omvandlas till värmeenergi när de kolliderar med andra atomer.

De ämnen som bildas i fission (fissionsprodukter) är radioaktiva, dvs. de sönderfaller till andra grundämnen. När de sönderfaller avger kärnorna strålning. Radioaktiva ämnen bildas också när neutroner som frigörs vid fission kolliderar med atomkärnor i reaktorns konstruktionsmaterial eller i kylvattnet. I detta fall säger man att kärnan aktiveras.

Under normala förhållanden stannar klyvningsprodukterna kvar i bränslestavarna som är förseglade i ett gastätt hölje. Små mängder klyvningsprodukter kan frigöras i kylvattnet, antingen genom läckage från bränslestavarnas kapsling eller genom sprickbildning i urankärnorna, som är mikroskopiska föroreningar på bränslets yttre yta. Mängden radioaktivt material i reaktorns kylkretslopp är mindre än en hundratusendel av aktiviteten hos de klyvningsprodukter som finns i bränslet i reaktorn.

De risker för miljön som är förknippade med kärnkraftsolyckor härrör nästan uteslutande från de radioaktiva klyvningsprodukter som ackumuleras i reaktorn. Om en reaktor skadas på ett sådant sätt att fissionsprodukter släpps ut i miljön, kan den strålning som reaktorn avger när den sönderfaller orsaka
skada människor och vilda djur. Därför måste utsläpp av radioaktiva ämnen i miljön förhindras genom att man så långt som möjligt identifierar och eliminerar alla oavsiktliga möjligheter som kan leda till reaktorskador.

Reaktorns eftervärmen

Strålningen från radioaktiva klyvningsprodukter gör att det bildas så kallad "eftervärme" i bränslet. När reaktorn stängs av upphör värmen från fissionsreaktionerna mycket snabbt, men strålningen från sönderfallet av fissionsprodukterna fortsätter att värma bränslet under en lång tid.

Restvärmens effekt minskar med tiden i takt med att mängden radioaktiva klyvningsprodukter från sönderfallet minskar. Avledningen av restvärmen från reaktorhärden måste organiseras på ett tillförlitligt sätt. Förlust av kylning skulle snabbt leda till en härdsmälta i bränslet, vilket skulle kunna frigöra stora mängder radioaktiva klyvningsprodukter i inneslutningen och, i värsta fall, i miljön.