Den "mänskliga faktorn"
Det går inte diskutera kärnkraft utan att någon förr eller senare nämner den "mänskliga faktorn". Efter att den ökända faktorn nämns så hör man aldrig någon slags beskrivning av vad den mänskliga faktorn verkligen kan ställa till med, det är underförstått att den mänskliga faktorn i kombination med kärnkraft, kärnavfall, eller något radioaktivt överhuvudaget, kan orsaka en katastrof av ofantliga proportioner. Den mänskliga faktorn dök bland annat upp i dessa två bloggdiskusionner jag är delaktig i, "Kärnkraft nej tack -2" och Veckans (livsstil till varje pris..).
Den mänskliga faktorn har förvisso orsakat olyckor och katastrofer, det förnekar nog inte jag eller någon annan. Tjernobyl, TMI(Harrisburg) och Bhopal är tre exempel. Även Exxon Valdez och explosionen vid Texas city refinery can förmodligen ha orsakats av mänskliga klantigheter.
Så varför är jag då så snabb att vifta bort mänskliga faktorn när det gäller nya kärnkraftverk och kärnavfallsförvaring? Av en enkel anledning, den mänskliga faktorn kan inte åstkomma magi eller bryta mot naturlagar. Ett trivialt exempel jag skrev i en av diskussionerna ovan är att oavsett hur klantig man är så kan man inte råka sätta eld på vatten, naturens lagar är helt enkelt sådana att vatten inte kan brinna. Den poäng jag vill föra fram med det exemplet är att det är möjligt att designa saker så att naturlagar sköter jobbet åt en, då är den mänskliga faktorn effektivt tagen ur bilden!
Vi kan titta på slutförvaring igen eftersom det är enklaste exemplet. Enligt den svenska metoden, KBS-3, så ska man kapsla in de använda bränslestavarna från våra reaktorer i kopparbehållare. Kopparbehållarna placeras sen 500 meter ner i berggrunden omgiven av en speciellt utvald lera. Det är lätt att då tro att KBS-3's säkerhet helt bygger på att kapslarna och leran förblir intakt under de hundra tusen år som avfallet ska förvaras innan det är ofarligt. Men det är egentligen en felaktig uppfattning, om något så är leran och kapslarna mer eller mindre grädde på moset.
I sista hand så beror säkerheten i en slutförvaring på naturliga faktorer, berggrunden tillsammans med aktiniderna(grundämnena i den grupp som uran, plutonium, americium, curium etc tillhör) kemiska egenskaper är det som ultimat garanterar säkerheten och de är faktorer som inte kan påverkas av den mänskliga faktorn. Man kan aldrig bli så klantig att man råkar ändra elektronorbitalerna hos aktiniderna så de helt plötsligt blir mer lösliga i vatten eller mindre benägna att fastna mot alla ytor de kommer i kontakt med. Naturen demonstrerade dessa egenskaper på ett förträffligt sätt för två miljarder år sen med de naturliga reaktorerna i Oklo som jag skrivit om tidigare här, läs gärna även det Bengt Axmacher skrivit om det på sin blogg back to balance. Vi behöver alltså inte oroa oss för våra efterkommanden om 50 000 år, även om det fruktansvärt osannolika sker att några kapslar går sönder så kommer ändå avfallet stanna på plats, helt enkelt eftersom dess egenskaper är sådana att det inte rör sig mycket.
Ett annat exempel som ligger mig varmt om hjärtat är givetvis pebble bed reaktorer. Bränslet i pebble bed reaktorer är de kulor(pebbles) man ser på bilden ovan. De är gjorda av grafit och inbäddad i grafiten är tusentals små små bränslepartiklar kallade triso partiklar. Trisopartiklarna består av flera olika lager, ytterst är ett lager pyrolytisk kol, innanför det finns ett lager kiselkarbin, sen kommer återigen ett lager pyrolytisk kol, innanför det finns ett lager av poröst lager kol och kärnan av partikeln kan bestå av uranoxid, toriumoxid, plutoniumoxid eller carbider av de tre grundämnena. Det porösa lagret med kol finns till för att fånga alla fissionsgaser, det inre och yttre lagret pyrolytiskt kol finns till för hållfasthet och kiselkarbidlagret stärker partikeln extra mycket och ser till att ingenting kan läcka ut. Det fina med dessa partiklar är att de är enormt värmetåliga.
Grafen ovan(klicka för större bild) tagen från T.X. Liang et al. / Nuclear Engineering and Design 236 (2006) 1922-1927visar hur stor del av trisopartiklarna som havererar beroende på temperatur och hur länge de exponeras för temperaturen. De kan alltså klara upp till 9 timmar vid 1900 grader innan ens 0.25% av partiklarna havererar. Vi ser också att de kan fixa 1600 grader under väldigt lång tid utan att något händer. Så länge partiklarna är intakta kan givetvis inget radioaktivt material komma ut i resten av reaktorn. Då handlar alltså säkerheten hos reaktor helt enkelt om att designa reaktorn så att temperaturen i reaktorn aldrig överstiger 1600 grader oavsett vad som sker med reaktorn.
Det är här all grafit som finns i kulorna som innehåller trisopartiklarna kommer in i bilden, den grafiten tillsammans med resten av grafiten i reaktorn är enorma värmesänkor. Grafit har väldigt hög värmekapacitet, dvs man måste pumpa in väldigt mycket energi i grafit för att höja temperaturen hos grafiten. Om vi tänker oss att det värsta tänkbara händer reaktorn, kylsystemen slås ut totalt och kontrollstavarna fungerar inte, då kommer dopplereffekten(som jag skrev om här) direkt stänga av kärnreaktionen, sönderfallvärmen som sedan återstår suger grafiten upp utan problem. Grafiten i sin tur strålar ut energi som tas upp av reaktorkärlet och sen disponeras ut i omgivningen. Oavsett vad som sker och oavsett hur lång tid reaktorn fortsätter i det läget så överstiger aldrig temperaturen 1600 grader. Det är något man även demonstrerat både i pebble bed test reaktorer i Tyskland och Kina. De drog ut alla stavar och slog av all kylning, ingenting händer. Hade man försökt göra samma sak i en lättvattenreaktor hade man fått en otrevlig härdsmälta på halsen, men det rör inte pebble bed reaktorn i ryggen. Det går inte klanta sig så att temperaturen blir högre än 1600 grader, grundläggande fysiska processer förhindrar det! Det är lika omöjligt som att vara så klantig att man tänder eld på vatten.
Nu kommer någon säkert tänka, hmmm grafit är kol och kol brinner duktigt. Vad händer om luft kommer in i reaktorn? Felet med det argumentet är antagandet att allt kol brinner, diamant tex är inte direkt något som brinner lätt och det är rent kol. Samma gäller för grafit, nedan är ett videklipp som demonstrerar vad som sker när en bit reaktorgrafit möter herr svetslåga, absolut ingenting!
Det är väldigt väldigt svårt att antända grafit, faktiskt så svårt att grafitpulver används som brandsläckare för saker som brinner vid väldigt höga temperaturer. Så även om tex reaktorkärlet skulle haverera(något som aldrig skett ens i en lättvattenreaktor någonsin) så att luft kan komma in i rektor så sker inget, allt radioaktivt material är inneslutet i TRISO partiklarna, grafiten bara ligger och glöder oberört och man har gott om tid att åtgärda situationen utan panik. Om ingenting sker under en längre tid kommer grafiten sakta men säkert oxidera och tillslut exponeras TRISO partiklarna, men man har så lång tid på sig att åtgärda situationen att det inte spelar någon roll.
Såja det får räcka för idag, det här blev ett längre blogginlägg än jag tänkt mig!
Varför blev det en grafitbrand i Tjernobyl?
En möjlighet är den reaktionen som sker mellan het vattenånga och grafit som bildar vätgas.
C+2H20 ->CO2+2H2
Det finns även en del forskare som betvivlar att grafit spelade någon större roll i tjernobylolyckan, men har inte hittat någon seriös studie på det.
all.html" rel="nofollow">http://gt-mhr.ga.com/graphitesall.html
"The oxidation resistance and heat capacity of graphite serves to mitigate, not exacerbate, the radiological consequences of a hypothetical severe accident that allowed air into the reactor vessel. Similar conclusions were reached after detailed assessments of the Windscale and Chernobyl events; graphite played little or no role in the progression or consequences of the accidents. The Òred glowÓ observed during the Chernobyl accident was the expected color of luminescence for graphite at 700°C and not a large-scale graphite fire, as some have incorrectly assumed."
I windscale reaktorn så lyckades grafit antändas men där var det pga wigner effekten.
energy" rel="nofollow">http://en.wikipedia.org/wiki/Wignerenergy
Grafitens farligaste roll i tjernobyl var väl att den fick effekten i reaktorn att öka exponentiellt när den skenade. En av felaktigheterna med den i grunden instabila RBMK-typen...
Japp det stämmer, eller snarare det var kombinationen grafit som moderator och lättvatten som kylmedel som var boven i dramat.
Varför konstruerade man RBMK på det viset. Det verkar ju väldigt underligt att konstruera en i grunden instabil reaktor. Någon fördel med konstruktionen måste finnas?
Ryssarnas säkerhetsattityd var annorlunda än västs. I ryssland så oroade man sig inte över eventuella instabiliteter eftersom man trodde att de kunde kontrolleras med aktiva säkerhetssystem. Främsta fördelen med RBMK var att den kunde drivas på naturligt uran och det var en direkt vidareutveckling av militära reaktorer. Förmodar att ryssarna tyckte det var ett enkelt steg.
Men det var också så att RBMK reaktorerna enbart var instabil under vissa specifika förhållande, det var emot alla deras säkerhetsregler att köra reaktorn under de förhållandena. Men det sket dessvärre den ansvariga för dagen i och tvingade reaktoroperatörerna till det, de var till och med så vitt jag vet tvugna att slå av vissa säkerhetssystem helt eftersom de annars automatiskt hade slagit av reaktorn.
Finns en grym discovery-dok om tjernobylolyckan.
Han som körde reaktorn fick starta om reaktorn en gång för att KUNNA genomföra testet i de nivåerna.
Saken skall sägas, till hans försvar, är att den NORMALT skulle klara av testet, men han visste inte om att den även var felbyggd. Borstavarna var på samma styrstavar som grafiten som modererade. Så du drog ut/in för att stoppa och starta helt enkelt. Oturligt nog placerade han sedan grafitstavar i en het fläck. Det bildades så som jag förstod det inte bara en helvetes massa värme utan även vätgas pga detta tack vare ångtrycket. Detta ledde till en kombinerad ång- och vätgasexplosion fylld med högaktivt kärnmaterial som spred skiten upp i molnen.
RBMK konstruerades för att ge mycket energi, vilket den var riktigt bra på. Människoliv var skitsamma...
Litet off-topic:
Johan, kunde du gräva litet i den där tyska skandalen här förra veckan? Jag är för lat, och de snabba notiser jag läst i Fi och Se dagstidningar är totalt utan intressant information om exakt VAD för slags avfall som glömdes bort i den där saltgruvan.
Mycket olycklig rapportering - ger alla dårar möjlighet att skrika om Hemskt Farligt KÄRNKRAFTSavfall, utan någon som helst nyansering. Och som vi vet kan "kärnkraftsavfall" i princip kan innefatta sånt som lätt kontaminerade labb-rockar och annat trivialt...
Liten förklaring & fakta, eller ens en länk-lista till dylikt? Plz?
Hallå,
Ska se ifall jag har tid, rätt stressigt denna veckan :( Men jag tror det iallafall delvis handlar om använt kärnbränsle.
Aspsusa, jag läste i DN (pappersupplagan) att det i första handlade om medelaktivt avfall från i sjukhus och forskning. Det nämndes bara kort, inbäddat i texten, men det verkar helt ha städats bort ur nyhetsnotiserna. Hittade stycket:
"Mellan åren 1967 och 1978 placerades 126000 tunnor med låg- och medelaktivt avfall från framför allt tyska sjukhus i kammare flera hundra meter under jord."
Så nej, visst verkar det inte helt och hållet vara uttjänat bränsle från kärnreaktorer som det handlar om. Det verkar vara en del av mixen, men som sagt i första hand sjukhusens avfall... Kul att media är ärliga och inte sopade bort den nyheten från webben.
För att återgå till de intressanta reaktortyper som skulle vara seriösa alternativ. I vilka länder jobbar man med det?
Inte I Sverige I alla fall och inte Tyskland? Frankrike???
Asien och Ryssland ligger före alla andra. Indien och Ryssland bygger båda breeder reaktorer, tråkigt nog så kör båda på natriumkylda linjen, men ryssland har en hel del erfarenhet med blykylda reaktorer så jag hoppas det snart blåser liv i det.
Kina och sydafrika satsar på pebble bed reaktorer. Japan kollar på både snabbreaktorer och högtemperaturreaktoer och har forskningsreaktorer av båda typerna. Sydkorea har kommit rätt långt i att återanvända använt lättvattenbränsle i tungvattenreaktorer, det är ett smidigt steg för att få ut mer energi ur bränslet utan att behövea göra någon riktigt upparbetning.
Fransmännen ska bygga en ny snabbreaktor snart, men även där blir det förmodligen en natriumkyld. Ser inte riktigt poängen i det med tanken på att ryssarna redan gör allt bättre än fransmännen när det gäller den reaktortypen. Men kärntekniker är väll en konservativ bunt och natriumkylning är iallafall välbekant för fransmännen.
Skulle jag lägga odds på det hela så misstänker jag att Indien kommer ha den mest avancerade kärntekniken om 20-30 år. De har den mest genomtänkta planen av alla länder. Eftersom torium är grundpelare i deras plan så kommer de nog förr eller senare också inse att det är bäst att satsa på molten salt reaktorer istället för natriumkylda snabbreaktorer.
USA är en wildcard, om en framsynt president hade återställt statusen och drivet hos de nationella labben till något liknande hur det var på 50-60 talet så hade de kunnat åstakomma vad som helst på väldigt kort tid. De har all kompetens i världen, men det skiftande politiska klimatet omöjligör längre satsningar, efter varje val så är det som att rulla tärning över vilka program som kommer läggas ner, oavsett hur lovande de är tekniskt.
Då jag hör "natriumkyld" kan jag frammana liknande känsla en miljöpartist känner då den hör ordet "kärnkraft"
Hehe, jag är inte riktigt negativa inställd till natriumkylning. Jag tycker mest det är en onödig komplikation och en total PR katastrof. Det är så enkelt att använda en sån grej för att skrämma vanliga människor. Annars så verkar tex IFR vara en jäkligt säker reaktor. Men ännu bättre om den hade varit blykyld :)
Finns ju alltid alternativet att enbart använda saltsmältor som kylning också, men i en snabbreaktor funkar inte flouridesalter eftersom flourid är något modererande. Kloridsalter hade gått bra, fast man har aldrig gjort nå seriösa experiment med det så vitt jag vet.
Lyssna här!"Tankar för dagen" P1 fredag. Det handlar bl.a. om kopparkapslar och jordens undergång.
Min kommentar: suck
http://www.sr.se/webbradio/webbradio.asp?type=latestbroadcast&Id=1165&BroadcastDate=&IsBlock=1