Kjernebrensel er et materiale som kan brukes som brensel i en kjernefysisk fisjon eller fusjon i den hensikt å produsere kjernefysisk energi. Kjernebrensel kan enten referere til selve materialet eller til fysiske objekter, for eksempel brenselstaver, som inneholder brenselsmateriale.
reaktorbrensel, kjernefysisk brensel
I en kjernefysisk fisjon er kjernebrenselet basert på et fissilt materiale som finnes i isotoper av uran og plutonium. Karakteristisk for et fissilt materiale er at det kan undergå og opprettholde en vedvarende fisjonsprosess. Den eneste fissile isotopen som finnes tilgjengelig i naturen er uran-235 (235U), men i en kjernereaktor kan det dannes uran-233 (233U) og plutonium-239 (239Pu) som også er fissile og som blir brukt som kjernebrensel. Enkelte radioaktive isotoper, som ikke er fissile, kan brukes som brensel for å produsere mindre mengder med varmeenergi ved hjelp av den radioaktive nedbrytningen som pågår i disse elementene. Eksempel på dette er plutonium-238 (238Pu) som brukes i radioisotopiske termoelektriske generatorer.
Brenselselementene i en fisjonsreaktor består som regel av små briketter av urandioksid, innkapslet i staver. Metalloksidet UO2 foretrekkes framfor å bruke et rent metall fordi smeltepunktet til oksidet er mye høyere og fordi metallet da ikke kan brenne siden det allerede er oksidert. Andre kjemiske forbindelser brukes også, og brenselet blir tilrettelagt i ulike former som for eksempel i MOX-brensel og TRISO-brensel.
Kjernebrensel har den høyeste energitetthet av de energikilder som er i bruk. Tall for frigjort varme per masseenhet (spesifikk energi) i en kjernereaktor er gitt i tabell nedenfor:
| Frigjort varme [MJ/kg] | |
|---|---|
| Naturlig uran (termisk reaktor) | 500 000 |
| Anriket uran (3,5 prosent) | 3 900 000 |
| Uran i hurtigreaktor | 28 000 000 |
| Tungolje | 40,6 |
Tallene er tilnærmede verdier som kan variere noe mellom de ulike reaktorer.
For å få atomkjerner til å fusjonere kreves det store mengder energi. I en en kontrollert fusjonsprosess er man derfor avhengig av å bruke de letteste grunnstoffene som isotoper av hydrogen. I de fusjonsreaktorene som er under utvikling legges det opp til å bruke kjernebrensel som inkluderer deuterium (2H) og tritium (3H), men også i noen grad helium-3 (3He).
Kun 0,015 prosent av hydrogenet består av isotopen deuterium, men siden det finnes store mengder hydrogen i naturen, anses denne ressursen for i praksis å være ubegrenset. Isotopen tritium er ikke stabil, og har en halveringstid på rundt 12 år. Tritium finnes kun i små mengder i naturen, men kan fremstilles kunstig i en kjernereaktor.
Hydrogen brukt i en fusjonsprosess har en svært høy spesifikk energi. Det er anslått at energien som frigis vil være 579 TJ/kg (579 000 000 megajoule/kilogram. Ved ordinær forbrenning av hydrogen frigis 119,9 megajoule per kilogram (nedre brennverdi).
Kommentarer (1)
skrev Erik Dyrhaug
Kommentarer til artikkelen blir synlig for alle. Ikke skriv inn sensitive opplysninger, for eksempel helseopplysninger. Fagansvarlig eller redaktør svarer når de kan. Det kan ta tid før du får svar.
Du må være logget inn for å kommentere.