1. No category

Sun & Wind
Bio & Hydro
Nuclear
Fossile fuel
15.01.2015
1
Svein Nøvik
svein.novik@hrp.no
Senior Research Scientist / Reactor and fuel physicist
Criticality Officer
Kjernekraft i dag og potensialet
for kommende generasjoner
•
•
•
•
•
•
Halden reaktoren
Fisjon
Teknologien i dagens kjernekraft
Kjernekraft i dagens energiforsyning
Resurser, miljø og sikkerhet (risiko)
Kjernekraft i framtiden / Thorium.
Kjernekraft i dag og potensialet
for kommende generasjoner
•
•
•
•
•
•
Halden reaktoren
Fisjon
Teknologien i dagens kjernekraft
Kjernekraft i dagens energiforsyning
Resurser, miljø og sikkerhet (risiko)
Kjernekraft i framtiden / Thorium.
Haldenreaktoren - HBWR
Outlet Coolant Thermocouples
Fuel centre line Thermocouple (TF)
Double He-3 Coil
Fu
Neutron
Detector (V-type)
el
ro
Diameter
Gauge
d
Differential Transformer (LVDT)
(here used as Cladding Extensometer)
Shroud (Ø 73/71mm)
Inlet Coolant Thermocouples
Inlet Turbine Flowmeter
Calibration Valve
Institutt for energiteknikk
OECD HALDEN REACTOR PROJECT
15.01.2015
6
Kjernekraft i dag og potensialet
for kommende generasjoner
•
•
•
•
•
•
Halden reaktoren
Fisjon
Teknologien i dagens kjernekraft
Kjernekraft i dagens energiforsyning
Resurser, miljø og sikkerhet (risiko)
Kjernekraft i framtiden / Thorium.
Radioaktivitet
•
•
Ustabile atomkjerner sender ut ioniserende stråling
(slår ut elektroner der de treffer)
Tre typer:
• Alfa-stråling (α – to protoner og to nøytroner)
• Beta-stråling (β – elektroner)
• Gamma-stråling (γ - elektromagnetisk stråling)
Årlig strålingsdose i Norge er ca 4,2 mSv (millisievert)
Energi fra fisjon
E  mc2
Albert Einstein (1879 - 1955)
Energi kan ikke oppstå eller forsvinne, men den kan bli overført fra en form til en annen.
Fisjon ble først oppdaget i 1938 av :
Lise Meitner, Otto Hahn og Fritz Strassmann
Chart of Nuclides
Number of protons
About 3000 isotopes
Fissile isotopes
(to be used
in thermal reactors)
U-233
U-235
Pu-239
Number of neutrons
Svein Nøvik
Chicago Pile – Desember 1942
Verdens første reaktor drevet med kjedereaksjoner av fisjoner:
Reaktoren går ”kritisk”
Enrico Fermi
(1901 - 1954)
S afety
C ontrol
R od
A xe
M an
Fremstilling av uran til
energiproduksjon
Gruvedrift
UO2
Torbernite
Autunite
Bekblende
UF6
Uranmetall
U308
Anrikning med sentrifuger
eller gassdiffusjon
Kjernekraft i dag og potensialet
for kommende generasjoner
•
•
•
•
•
•
Halden reaktoren
Fisjon
Teknologien i dagens kjernekraft
Kjernekraft i dagens energiforsyning
Resurser, miljø og sikkerhet (risiko)
Kjernekraft i framtiden / Thorium.
Reaktorbrensel
•
Naturlig uran
Isotop anrikning
•
Uran i reaktorbrensel
0,7% U-235
99,3% U-238
4% U-235
96% U-238
Kjernekraftverk
Mye brukte reaktortyper
•
KOKVANNSREAKTOR
Boiling Water Reactor (BWR)
86 stk
•
TRYKKVANNSREAKTOR
Pressurized Water Reactor (PWR)
266 stk
•
CANDU
(Canadian Deuterium Uranium)
PHWR (Pressurized Heavy Water Reactor)
45 stk
Reactor types
IFEs research reactors vs. commercial power reactor (PWR)
Comparison of technical data
JEEP II
HBWR
PWR
2 MW
20 MW
3000 MW
50 - 56 C
240 C
290/330 C
Pressure:
1 bar
34 bar
155 bar
Moderator/Coolant:
D2O
D2O
H2O
19
~ 110 ( max ~ 300)
160 (bundles)
Enrichment (U-235)
3.5 w%
max 20 w%
3-4 w%
Height of core
90 cm
80 cm
360 cm
UO2-amount:
253 kg
500 kg
75 000 kg
Neutron flux:
3•1013 n·cm−2·s-1
5•1013 n·cm−2·s-1
~ 1014 n·cm−2·s-1
Thermal Power:
Coolant Temperature:
Fuel Elements:
15.01.2015
18
Video
Et kraftverk kan produsere 3000 MWt ~1000 MWe
(Halden-reaktoren produserer 20 MW)
Video
Kjernekraft i dag og potensialet
for kommende generasjoner
•
•
•
•
•
•
Halden reaktoren
Fisjon
Teknologien i dagens kjernekraft
Kjernekraft i dagens energiforsyning
Resurser, miljø og sikkerhet (risiko)
Kjernekraft i framtiden / Thorium.
Energy in The World
Electricity
Generation by Fuel
1843 Mtoe
Total Primary Energy Supply
(Olje,gas and coal ~ 81 % )
Total Final Consumption
(Olje,gas and coal ~ 78 % )
**Other includes geothermal, solar, wind, heat, etc.
***Other includes geothermal, solar, wind, biofuels and waste, and heat.
Energy in The World
Total Final Consumption
(Olje,gas and coal ~ 78 % )
NUCLEAR
ELECTRICITY
GENERATION
REACTORS
OPERABLE
REACTORS UNDER
CONSTRUCTION
REACTORS PLANNED
Reaktorer
REACTORS
PROPOSED
URANIU
M
REQUIRE
D
2011
May 2013
May 2013
May 2013
May 2013
2013
MWe / planlagtMWe
i drift MWe
/ under
bygging
gross
No.
gross
No.
gross
TWh
%e
No.
MWe net
No.
2518
13
435
374 524
66
El.Norway
El.World
125
TWh
21 431
TWh
Svein Nøvik
23
68 309
160
176 740
319
361 100
tonnes U
66 512
15.01.2015
24
Kjernekraft i dag og potensialet
for kommende generasjoner
•
•
•
•
•
•
Halden reaktoren
Fisjon
Teknologien i dagens kjernekraft
Kjernekraft i dagens energiforsyning
Resurser, miljø og sikkerhet (risiko)
Kjernekraft i framtiden / Thorium.
Uran
Felles rapport fra OECD/NEA og IAEA:
• Verdens uranforekomster vil dekke
brenselsbehovet til kjernekraft med
dagens teknologi og forbruk i
minst 200 år.
Kjente uranforekomster med kostnader under ca 650 kr/kg
• Ny teknologi kan gi brensel for
mange tusen år.
Formeringsreaktorer (breeder)
som utnytter
U-238 og Th-232
Sikkerhetsfaktorer
OECD Halden Reactor Project
Internt
•
Eksternt
•
•
•
•
•
Tekniske
Normaldrift
Vedlikehold
Feilsituasjoner
Jordskjelv. Skred. Tsunami.
Vulkanutbrudd. Meteorologiske
fenomen. Flom. Meteorer ...
•
Mennske
• Prosesstyring
•
•
Natur
Operatørfeil
Prosedyrefeil / mangler
• Kompetanse
• Kommunikasjon og
psykososiale forhold
Menneske
Terrorhandlinger. Krig...
(Misbruk av fissilt materiale)
•
Samfunn
• Nasjonalt
•
•
•
•
•
Politisk: Maktstruktur,
stabilitet, økonomi
Ansvarsplassering
Kompetanse
Ressurstilgang
Energiavhengighet
• Internasjonalt
Samarbeid, myndighet, kontroll
15.01.2015
27
Plassering av kjernekraftverk
15.01.2015
28
Restvarme etter shutdown
Tid etter shut-down
Resterende effekt
%
MW
Full Power
100
2300
1 sek
6,5
150
1 time
1,5
35
1 døgn
0,5
12
1 måned
0,2
5
8 måneder
0,1
2,3
15.01.2015
29
Radiotoxicity
Det internasjonalt aksepterte konseptet for sikring av brukt reaktorbrensel
- geologisk dypdeponering etter barriereprinsippet
- valgte løsninger i Finland og i Sverige
Deponi for brukt
reaktorbrensel
Kapslingsrør
Brukt
reaktorbrensel
500 m
Brenselbrikett Kobberkapsel med
av urandioksid
innsats av
støpejern
Krystallinsk
grunnfjell
Deponeringstunneler
Nedre del av dypdeponiet
Kull
Kraftverk på 1500 MWe :
•
•
•
Forbruker ca 8 tonn kull pr minutt
Avgir ca 25 tonn CO2 pr minutt
Verden har kullreserver for mer enn 200 år
1500 MWe tilsvarer ca 1600 store (3,6 MW) vindmøller
En rekke fra
Oslo til Trondheim
med avstand 330 m
(I bildet er det ca 400 møller)
KULL
7,5 tonn
OLJE
34 fat á 200 liter
(5,5 tonn)
VED
16 favner
(13 tonn)
URAN
60 gram
Antall dødsfall som følge av
helseskader pr TWh for elkraft produksjon i EU
EUs ExternE-project / Paul Scherrer Institute, PSI,
15.01.2015
36
Antall akutte dødsfall i
store ulykker per TWh
for de viktigste elkaftkilder.
Verdiene gjelder for hele
verden i perioden 1969
til 1996.
EUs ExternE-project / Paul Scherrer Institute, PSI,
Kjernekraft i dag og potensialet
for kommende generasjoner
•
•
•
•
•
•
Halden reaktoren
Fisjon
Teknologien i dagens kjernekraft
Kjernekraft i dagens energiforsyning
Resurser, miljø og sikkerhet (risiko)
Kjernekraft i framtiden / Thorium.
Bruk av kjernekraft i framtiden
El-kraft produksjon i 2050
Teknologisk utvikling innen kjernekraft
1000 year
15.01.2015
42
100 000 year
The closed nuclear fuel cycle
15.01.2015
43
Thorium is fertile material - not fissile as
Thorium must be converted to fissile material :
Reactor
Th-232 + n
→ Th-233 → Pa-233 →
22 min
(159 000 y)
27 d
In uranium fuel the analog process will occur:
Reactor
U-238 + n
→ U-239 → Np-239 →
24 mi
Svein Nøvik - 2011
15.01.2015
44
2,4 d
(24 000 y)
Reactor fuel
Natural
U-238
99,30 %
Natural
URANIUM
THORIUM
U-238+n→U-239
↓23.4 m
Np-239 + β
↓2.4 d
Pu-239 + β
Gen IV reaktorer and
reprocessing of fuel
U-235
Th-232+n→Th-233
↓22.4 m
Pa-233 + β
↓27 d
U-233 + β
0,70 %
•U-238 not burnable
•Must be converted to Pu239
Existing
reactors
Svein Nøvik - 2010
15.01.2015
45
Th-232
100 %
•Th-232 not burnable
•Must be converted to U-233
Breeder (Norsk: Formerings-reaktor)
Natural
U-238
99,30 %
Natural
URANIUM
THORIUM
U-238+n→U-239
↓23.4 m
Np-239 + β
↓2.4 d
Pu-239 + β
Gen IV reaktorer and
reprocessing of fuel
U-235
Th-232+n→Th-233
↓22.4 m
Pa-233 + β
↓27 d
U-233 + β
0,70 %
Existing
reactors
Existing
reactors
Svein Nøvik - 2010
15.01.2015
46
Th-232
100 %
Thorium
Ny teknologi kan gi reaktorbrensel i uoverskuelig tid.
15.01.2015
47
Hvordan utnytte thorium.
En mulighet er saltsmeltereaktor.
7.4 MWth
Molten-Salt Reactor Experiment (1965-1969)
15.01.2015
49
Hvordan utnytte thorium.
En mulighet er saltsmeltereaktor.
7.4 MWth
Molten-Salt Reactor Experiment (1965-1969)
15.01.2015
50
Kunnskap og informasjon om kjernekraft
Informasjon
•
•
•
•
Informasjonsformidlere har ofte for lite kunnskap.
Informasjonsformidlere har ofte forutinntatte holdninger.
Kronisk motstand fra miljøorganisasjoner.
Informasjon blir ofte gitt med en hensikt om å skape et
negativt inntrykk («skremselspropaganda» i media).
Utfordringer med å formidle kunnskap
•
•
•
•
•
15.01.2015
Krever mye kunnskap for å ha god forståelse.
Kjernekraft blir assosiert med atomvåpen og krig.
Vanskelig å formidle sannsynlighet og konsekvens ved uhell.
Radioaktivitet er ukjent og en usynlig fare.
Tidsperspektiv på lagring av brukt brensel.
51
SLUTT