Chalmersstudenter fick praktisk träning i kärnreaktorfysik

På Chalmers ges två kurser som ger studenter kunskap om kärnkraftsreaktorer: Nuclear reactor technology och Nuclear reactor safety. De är så kallade Tracks-kurser, vilket innebär att de är en del av Chalmers ordinarie utbildningsutbud men tillhör inte något specifikt program eller en enskild institution. Kurserna är tvärdisciplinära och valbara för alla Chalmersstudenter i årskurs 2–5 och är även öppna att söka för yrkesverksamma och Chalmers alumner. Trackskurserna genomförs i nära samarbete med det omgivande samhället, industrin och den senaste forskningen.

Med mer än 400 kärnkraftsreaktorer som för närvarande är igång världen runt, och med mer än 50 som är under konstruktion, spelar kärnkraftsreaktorer betydande roll i samhället under en överskådlig tid framöver. Kursen Nuclear reactor technology ger studenterna kunskap om hur tekniken utvecklats, hur den fungerar, dess för- och nackdelar samt begränsningar.

Som en del av kursen har kursdeltagarna nyligen gjort olika laborationer i anläggningen JSI, Jožef Stefan Institute TRIGA research reactor, i Slovenien. JSI är en reaktor för utbildnings- och forskningsändamål, vilket innebär att studenter här ges möjlighet att lära sig hur man startar och stoppar en kärnreaktor, hur reaktorn beter sig när man ändrar vissa driftparametrar, hur man mäter olika säkerhetsparametrar och hur man garanterar en säker drift.

Kursen gavs både på plats och på distans

Tio studenter deltog i laborationerna på plats och 32 studenter på distans från Chalmers campus eller från andra delar av världen (fyra yrkesverksamma följer kursen helt på distans – en från USA). På plats på Chalmers fanns även kursledaren Christophe Demazière, professor vid institutionen för fysik.

– Trots de många praktiska kursmomenten kan det kännas ganska artificiellt att förstå hur en kärnreaktor fungerar i praktiken. Därför ville jag att studenterna skulle uppleva på riktigt hur det är att köra en kärnreaktor. Förra året kollade jag runt efter olika alternativ att erbjuda studenterna avseende laborationer på en utbildningsreaktor. Efter långt sökande kunde jag specificera olika krav från Chalmers genom en dialog med ENEEP (European Nuclear Experimental Educational Platform) som jag hade varit i kontakt med tidigare, säger Christophe Demazière.

Eftersom kursen är en hybridkurs, då vissa yrkesverksamma deltar i kursen helt på distans, var det naturlig att laborationerna också skulle erbjudas som hybrider. Dessutom fick kursen många sökande från Chalmers. En hybrid lösning var inte bara naturligt, det var också nödvändigt för att bemöta så många studenter i kursen som möjligt.

– JSI, som ingår i ENEEP, kunde erbjuda en sådan lösning. Eftersom hybridlaborationerna kördes på en utbildningsreaktor, och detta aldrig gjorts förut, var det en utmaning. JSI och dess lärare var fantastiska: de kunde leverera en hybrid lösning av högsta kvalitet, både tekniskt och pedagogiskt, säger Christophe Demazière.

Laborationer gav konkreta kunskaper om kärnreaktorn

Christophe Demazière berättar vidare att laborationerna gjorde att studenterna kunde applicera alla de teoretiska pusselbitarna av kursen i en serie av övningar där man observerade och analyserade beteendet av kärnreaktorn. Studenterna var medverkande i hur man skulle ändra positionen av styrstavar i reaktorn. Studenterna på plats kunde också störa reaktorn genom att injektera luftbubblor i vattnet (som skulle representera ett fall när vattnet i reaktorn kokar). Som avslutning körde JSI ett ”pulse”-experiment. I detta experiment ökade reaktoreffekten snabbt på grund av operatörsinverkan. De naturliga och fysikaliska återkopplingsmekanismerna motverkade ökningen av reaktoreffekten och reaktorn kom tillbaka av sig själv på en rimlig effekt.

– Detta är det bästa sättet att illustrera att en kärnreaktor är i sig själv säker! Jag är oerhört tacksam för att jag fick möjligheten att genom Tracks skräddarsy en kurs med en riktig ”storyline”, där studenterna utvecklas och blir mer och mer självständiga att förstå en så komplex teknologi som en kärnreaktor. Laborationerna på JSI var avgörande för detta. Trots att ett stort antal studenter deltog på distans kunde de uppleva nästan samma sak som studenterna på plats, tack vare många kameror som filmade hela anläggningen, kontrollrummet samt många mätinstrument från många olika vinklar, säger Christophe Demazière.

Hur olika delar av fysik samverkar i praktiken

En av studenterna som deltog i besöket på plats är Lovisa Åkesson, som studerar sista året på masterprogrammet Physics.

–  Studiebesöket gav en inblick i hur den teoretiska kunskapen vi fått under kursen faktiskt kan tillämpas i kärnreaktorer. Jag uppskattade även tiden vi fick med forskarna på JSI, vi hade många intressanta samtalsämnen under laborationer och raster. En särskild lärdom jag tar med mig från besöket är hur olika delar inom fysik samverkar i praktiken, då jag fick användning av kunskap från kurser både på kandidat- och masternivå, från subatomär fysik och termodynamik till kontinuumfysik, säger Lovisa Åkesson.

– Då jag snart når slutet av min utbildning ville jag ta vara på tillfället att läsa en kurs med ett annat upplägg än de mer traditionella kurserna. Jag tyckte att det lät intressant och lärorikt att få en inblick i samspelet mellan industri och akademi, och även att få chansen att kombinera teoretiskt och praktiskt arbete.

Ella Larsson, som läser masterprogrammet i fysik, deltog i laborationerna på distans från Chalmers.

–  Det var väldigt intressant att se en riktig kärnkraftsreaktor från insidan. Jag tar även med mig vikten av testreaktorer, som man kan hantera mer häftigt än kommersiella reaktorer, för att på så sätt få lärdom som även kan användas på större reaktorer. Jag valde att läsa denna Tracks-kurs eftersom jag länge haft ett intresse för kärnkraft, speciellt ny reaktorteknik. Kursen erbjuder kunskap som omfattar flera områden inom fysik och teknik. 

Mer om kursen och studiebesöket:

Syftet med besöket var att applicera de grundläggande principerna i reaktorfysik som studenterna hade lärt sig i kursen Nuclear reactor technology. Kursen, som började i september och som har löpt över en period av fyra månader, har gett studenterna en djupare förståelse för hur en kärnreaktor fungerar, vilka fysikaliska processer som behöver iakttas, samt hur man beskriver dessa på bästa sätt. Kursen har även fått studenterna att kritiskt reflektera över kärnkraft, dess för- och nackdelar och hur kärnteknik kan användas för att nå de av FN uppsatta klimatmålen.

Kursen använder vidare ett innovativt pedagogiskt upplägg som gör att studenterna tillbringar mesta delen av studietiden i att själva testa sina kunskaper och färdigheter genom många praktiska gruppövningar. Utöver dessa aktiviteter bjuder kursen på många roliga laborationer och workshopar. Till exempel har studenterna gått runt på Änggårdsbergen för att mäta bakgrundsstrålning från marken och för att förstå att strålning inte alltid är farligt. Afry arrangerade en workshop om säkerhetstänkande i kärnkraftsbranschen. Vattenfall hade nyligen en workshop för att titta på integrering av kärnkraft i framtida energisystem för att producera el, fjärrvärme, processvärme, vätgas, och så vidare. Laborationerna på JSI var en av huvudpunkterna i kursen.

Läs mer om Tracks-kurserna