Vad är ursprunget till energin i kärnkraft?

Vad är ursprunget till energin i kärnkraft?

​Frågan ställdes 2021-01-14.

Det finns många energikällor i naturen som vi kan utnyttja, kärnkraft är bara en i mängden. Det som behövs från en energikälla är någon form av potential eller energiflöde, som vi kan komma åt och tappa av från. Olika exempel på energikällor är uranbränslet i kärnreaktorer, värme från berggrunden, kol eller biomassa som kan eldas, eller solstrålning.

Alla energikällor kan härledas till någon (eller några) fundamentala krafter i naturen. Det finns bara fyra fundamentala krafter i naturen som vi känner till. Dessa är

• Elektromagnetism
• Gravitation
• Svaga kärnkraften
• Starka kärnkraften

Det som ursprunget till den energi som frigörs i en reaktorhärd kommer från den så kallade ”starka kärnkraften”. Det finns en potential mellan neutroner och protoner, och den minskar när en tung urankärna klyvs till två lättare element. Men man kan notera att även elektromagnetism är inblandat, eftersom kärnans positivt laddade protoner repellerar varandra. Det är dessa två fundamentala krafter som är mest relevanta som orsak till att kärnor håller ihop eller klyvs, och till att energi frigörs.

Men kanske du menar primärenergikällan? Med det menar man den råvara i naturen som används. Det är ju också ett ursprung till energin.

Primärenergikällan i kärnkraft anses vara uranet. Mestadels uranisotopen med masstalet 235 (kallat uran-235), men även den med masstalet 238 bidrar med en del energi, eftersom även vissa av dem klyvs i en kärnraktor. Det är helt enkelt lättare att klyva uran-235, så den används mest.

I de flesta av dagens reaktorer används uran som på artificiell väg har fått några procent uran-235. Det är högre än i uran som vi hittar i naturen, som bara har 0,7 procent uran-235, och resten är uran-238. Den processen kallas uran-anrikning.

I så kallade snabbreaktorer (som det finns några av i världen) så kan man till fullo utnyttja även uran-238 som primärenergikälla. Då behövs ingen anrikning.

Det går dessutom att använda torium, ett annat grundämne som finns i naturen. Men det har inte fått storskalig användning, iallafall inte än så länge.

Man kan även notera att inom fusionsforskning, så vill man ha tungt väte och litium som primärenergikälla. Men det här har inte heller nått ett stadie där det är användbart, än så länge. Även en isotop av helium skulle kunna gå att använda (He-3), men den finns det ganska lite av på jorden.

Om man vill kan man söka ursprungskällan längre tillbaka än den så kallade primärenergikällan. Det är ju oftast så att primärenergikällan har bildats genom någon process från någon annan, ännu mer ursprunglig energikälla. Då kan man notera att uranet bildades i en exploderande stjärna, för ca 5-6 miljarder år sedan. Uranet lagrade kärnenergin som då kom från en gravitationell kollaps av en jättestjärna, eller från kolliderande stjärnor. Sedan har energin legat lagrad i uranet, men en viss andel har sönderfallit genom uranets radioaktivitet, så inte all energi är kvar.

De flesta andra energislag vi använder har också sitt ursprung i atomkärnorna. Biobränslen och fossila bränslet är lagrad solenergi, som i sin tur är kärnenergi från fusion i solens centrum, medan geotermisk värme är från radioaktivitet i jordens inre. Endast tidvatten-vågkraft är ett undantag, då det kommer från månens gravitationsinverkan, och därför inte har sitt ursprung i atomkärnor. Väderberoende energislag som vind- och vattenkraft är ju också drivet av solenergi, som i sin tur drivs av fusion.

Frågan besvarades av Peter Andersson, forskare vid avdelningen tillämpad kärnfysik, institutionen för fysik och astronomi.