Tuumaelektrijaam (0)

Tuumaelektrijaam
Sissejuahtus
Tuumaelektrijaam on elektrijaam, kus elektrienergiat saadakse aatomituuma lõhustumisest. Esimest korda toodeti tuumareaktori abil elektrienergiat  20. detsembril 1951 USAs Idahos. Esimene tuumaelektrijaam oli Obninski tuumaelektrijaam mis alustas tööd 27. juunil 1954 NSV Liidus Kaluga oblastis Obninskis. Esimene, mis oli tööstusliku võimsusega oli Calder Halli tuumaelektrijaam Sellafieldis.
2011. aasta mai seisuga oli maailma tuumaelektrijaamades 440 tegutsevat reaktorit , mis kokku tootsid 17% maailma elektrienergiast. Kõige rohkem on reaktoreid USAs arvuga 104, järgmisena Prantsusmaa arvuga 58, Jaapan arvuga 50ja Venemaa arvuga 32 reaktorit.
Tänapäeval kasutatavate tuumaelektrijaamade võimsus ulatub 40 megavatist üle 1 gigavatti.
Tuumaelektrijaamade eelisteks on see, et tekib vähe tahkeid jääkaineid, kulub vähe kütust ja ei pruugi saastada õhku. Jaamadega kaasnevad ka ohud. Suurtemateks ohtudeks on jääkained, mis on radioaktiivsed ja mis lagunevad pikkade aastate vältel. Sõja olukorras on tuumaelektrijaamad suureks sihtmärgiks just selle hävimise tagajärjel tekkiva katastroofi tõttu. Süürias ehitatud Al Kibari tuumareaktor , hävitati 2007. aastal Iisraelist Süüriale korraldatud õhurünnaku käigus. Jaamas tekkiva vea tõttu, mis vallandab radioaktiivsed ained loodusesse ja reostab suuri alasid väga pikaks ajaks. Jaamade olemasolu ja radioaktiivsete ainete käsitlemine on kaasa toonud ka tuumarelvade loomise, mis on sõjaliselt iga riigi õudusunenägu selle hävitusvõime tõttu. Tuumakütus ei kuulu taastuvate kütuste hulka, seega rikub see ökosüsteemi ja viib selle tasakaalust välja.
Radioaktiivsus
Radioaktiivsus ehk tuumalagunemine on ebastabiilse  aatomituuma iseeneslik lagunemine . Aatomituuma püsivus sõltub prootonite ja neutronite omavahelisest suhtest , kusjuures väikestes stabiilsetes aatomites on neid võrdselt ning suurtes on neutroneid natukene rohkem. Aatomituuma püsivust hinnatakse ka tuuma seoseenergia suurusega. Lagunemisega kaasneb radioaktiivne kiirgus. Samuti nimetatakse radioaktiivsuseks ebastabiilsete elementaarosakeste, näiteks neutronite lagunemist.
Tuuma lagunemine võib toimuda kas alfa- või beetalagunemise teel. Kui suur aatomituum laguneb suuremateks ehk enam-vähem võrdseteks tükkideks, siis nimetatakse seda ka tuumalõhustumiseks. Tuumalõhustumine on radioaktiivne lagunemine. Muul juhul on tegemist tuumareaktsiooniga.
Tuuma lagunemise tulemusena võib tuum jääda ergastatud olekusse, millest väljumiseks kiirgab tuum gammakvandi. Seega kaasneb tuumalagunemisele lisaks alfa- ja beetakiirgusele ka  gammakiirgus .
Radioaktiivsed elemendid
Kõik vismutist suurema prootonite arvuga elemendid on radioaktiivsed. Radioaktiivse lagunemise käigus muutub sageli üks radioaktiivne element teiseks, mistõttu esinevad "radioaktiivse lagunemise read". Neid tuntakse kolme radioaktiivse lagunemise rida:

Tooriumi rida

Uraani rida

Aktiiniumi rida
Radioaktiivse kiirgusega elemendid ja mõju inimesele
Radioaktiivse kiirguse kogudoos, mis inimene aastas saab, on keskmiselt 2,8 mSv ning sellest 85% on looduslikest allikatest. Looduslikust radioaktiivsest kiirgusest suurimat osa omavad radoon (~1,2 mSv/a) ning taustkiirgus , mille vähendamiseks eriti võimalusi pole. See taustkiirgus ehk foon annab aastas umbes 1 mSv ning sisaldab gammakiirgust, kosmilist kiirgust ja inimese enda radioaktiivsete nukliidide kiirgust.
Tehislikest kiirgusallikast saab inimene meditsiinis kasutatavast kiirgusest põhilise osa, mis moodustab 14% kogudoosist. Kasutatakse röntgenikiirgust, kuid ka gammakiirgust ja elektrone ehk beetakiirgust. Tehiskiirguse allikateks on lisaks  tuumakatastroofid , tarbekaubad näiteks helendavad numbrilauad kelladel ja suitsuandurid, radioaktiivsed heitmed  tuumakatsetustest, tuumaenergeetikast, militaarehitistest, tööstusest, meditsiiniasutustestja teadusasutustest.
Osa kiirgusest saadakse tänu elukutsele ning üldjuhul on tegemist loodusliku kiirgusega. Kutsekiiritus esineb eelkõige lennunduses, kaevandustes ja ehitustel. Lennunduses on tavapärasest suurem kosmiline kiirgus, kuna kõrgemas atmosfäärikihis on kosmilise kiirguse intensiivsus suurem ning seega ka kiiritusdoos suurem. Kaevandustes on sageli suurem radoonisisaldus õhus ning väike osa inimestest puutub kokku ka maakidega, millel on keskmisest suurem radioaktiivsus.
Inimene ei tunneta radioaktiivset kiirgust ning seetõttu on see üks ohtlikumaid kiirgusi. Rahvusvaheliselt on kehtestatud töötajatele lubatud kiirgusdoosile ülempiir. Maksimaalne kiirgusdoos 50 mSv aastas ja 100 mSv viie aasta jooksul. Tagajärjed sõltuvad inimesele mõjunud kiirguse kogusest. Kiirgusest põhjustatud haigused võivad viia inimese tema surmani mõne nädalaga. Väikest kogust kiirgust saanud inimene ei pruugi haigestuda ega tekkida kõrvalnähtusi, kuid need võivad välja lüüa tema lastel. Kõige levinum tagajärg kiirguse saamisel on vähk. Noori hoitakse kiirguse eest kõige enam, sest neil on elu ees, mis annab aega vähil areneda. Kiirgus mõjutab ka suguelundkonda, mis põhjustab sündinud lapsel mutantsiooni, haiguseid ja ka varajast surma. Võib ka tekkida steriilsus , ehk ei ole enam võimeline lapsi saama.
Tšornobõli katastroof
Tšornobõli katastroof  oli avarii, mis leidis aset Tšornobõli tuumaelektrijaamas  26. aprillil  1986. Avarii oli rahvusvahelise tuumaintsidentide skaala järgi 7. taseme õnnetus.
26. aprillil 1986 kell 1:23:40 öösel kasvas 4. reaktori võimsus reaktori peatamisel hüppeliselt. Võimsuse kasvades tekkis soojakolle. Plahvatuslikult kasvanud aururõhk purustas osaliselt reaktori. Mõne sekundi pärast järgnes teine, tugevam plahvatus. Plahvatused rebisid reaktorilt kaane ja purustasid osaliselt energiaploki hoone. Energiaplokk ei olnud ümbritsetud tugeva betoonkattega nagu lääne tuumajaamad , mis oleks takistanud reaktori plahvatamisel radioaktiivse aine laialipaiskumist. Reaktori purunemisega kaasnes suure koguse radioaktiivse aine paiskumine õhku. Purunenud reaktoris katkes jahutussüsteemi töö, mistõttu süttis reaktori grafiit . Grafiidi põlemine kandis purunenud reaktorist kümne päeva kestel välja suures koguses radioaktiivset ainet.
Reaktorist välja paiskunud radioaktiivne pilv saastas suured alad Ukrainas, Venemaal ning eriti Valgevenes . Laiali paisatud radioaktiivse aine hulk ületas nelisada korda Hiroshima pommitamisel tekkinut. Atmosfääri paisati umbes pool reaktoris olnud radioaktiivsest joodist väga pika poolestusajaga tseesium -137 ja strontsium -90 ja mitmeid teisi lühema poolestusajaga isotoope . Saastatud piirkondadest evakueeriti üle 300 000 inimese. Saaste riivas kergelt ka mõningaid Eesti piirkondi.
Katastroofi tõttu kasutamiskõlbmatuks muutunud territooriumid on jagatud kahte rühma:

ala, kus isotoobiga Cs-137 saastatus on 15 Ci/km2 või rohkem

ala, kus saastatus on 5–15 Ci/km2
Esimesse gruppi kuulub nn 30-kilomeetrine evakuatsioonitsoon kogupindalaga 10 500 km2. Teise grupi maa-ala kogupindala on umbes 21 000 km2. Elamis - ja kasutuskõlbmatu maa kogupindala 31 500 km2on võrreldav kolmveerandi Eesti maismaa pindalaga. Selle pindalahinnangu juures on arvestatud ka Sr-90-ga saastatuse piirnormi 3 Ci/ km2. See, kui kaua saastatud maa ei ole kasutatav põllumaana, oleneb atmosfääri- ja kliimatingimustest, maaparandustööde efektiivsusest ja kvaliteedist. Igal juhul kestab see periood aastakümneid.
Kolm aastat pärast katastroofi hinnati tagajärgede likvideerimisel tehtud kulutusi ja tekitatud kahju vähemalt 35 miljardile rublale. Lisandusid kaudsed kulud: kaotatud maalt saamata jääv tulu, kapitaalmahutuste kaod, elektri tootmise katkemisest tingitud kaod, kulutused töötavate tuumajaamade ohutuse suurendamiseks .
Katastroofi tagajärgede likvideerimises osales rohkem kui 600 000 inimest.
Ka Eestisse taheti rajada tuumaelektrijaam. Vaadates pindala, mis kahjustatud sai katastroofi tõttu, oleks Eestisse jaama rajamine vägagi riskantne ja ohtlik.
Tuumareaktor
Tuumareaktor ehk aatomireaktor on seade, milles leiab pidevalt mikroskoopilises, tehnilises mastaabis aset tuumareaktsioon.
Üle maailma on levinud tuumareaktorid , mis toodavad uraani või plutooniumi aatomi tuuma lõhustumisest kõigepealt soojust ja seejärel enamasti elektrienergiat. Teised rakendusalad on näiteks vabade neutronite tootmine ning teatud radioaktiivsete nukliidide tootmiseks, näiteks meditsiinilisel otstarbel.
Püütakse välja töötada ka termotuumareaktorit, mis toodab energiat termotuumasünteesist. Enamik praegu kasutatavatest tuumareaktoreid nimetatakse teise põlvkonda kuuluvateks ja kasutavad peamiselt kütusena väherikastatud looduslikku uraani, töötavad aeglastel neutronitel.
Teise põlvkonna reaktori liigid:

Surveveereaktor (PWR)

Keevvee reaktor (BWR)

Surveraskeveereaktor (PHWR)

Täiustatud gaasijahutusega reaktor (AGR)

Kergevee grafiitaeglustiga reaktor (RBMK)
Järgmise põlvkonna reaktori liigid:

Gaasjahutusega kiire reaktor

Pliijahutusega kiire reaktor

Sulasoolareaktor

Naatriumjahutusega kiire reaktor

Ülekriitilise veega jahutatud reaktor

Ülikõrgtemperatuurne reaktor
Termotuumareaktorid
Lõhustumine pole ainus võte tuumaenergia vabastamiseks. Energia saab vabaneda ka kergete tuumade ühinemisel, samuti keskmisteks. Kõige soodsam on tuumasünteesiks kasutada kõige kergemat tuuma, milleks on vesinik , et muuta see  heeliumiks . Kahjuks pole harilikus vesinikus heeliumi tuuma moodustamiseks vajaminevat neutronit. Samas on loodusliku vesiniku hulgas 0,015% niinimetatud rasket vesinikku ehk deuteeriumi, mille tuum koosneb ühest prootonist ja ühest neutronist. Kahe deuteeriumi tuuma ühinemisel on võimalik saada heeliumi tuum. Siiski pole inimkond veel jõudnud sünteesireaktsioonide rakendamiseni energeetikas. Ainult termotuumareaktor suudab anda inimkonnale praktiliselt ammendumatu energiaallika, sest deuteeriumi varud maailmaookeanis on ülisuured.
Tuumareaktorite arv esikolmik
RIIK
TUUMAREAKTORITE ARV(seisuga 2011.a.)
VÕIMSUS
Kogu maailmas
442
374973
USA
104
100683
Prantsusmaa
58
63260
Jaapan
54
45957
Kokkuvõte
Tuumaelektrijaamadel on omad head, kuid ka halvad küljed. Teaduslikult on see suur edasiminek, mis nõuab oskuslikku ümberkäimist radioaktiivsete ainetega. Seda mitte tehes on tagajärjedõudsad.
Kasutatud Allikad
https://et.wikipedia.org/wiki/Tuumaelektrijaa m
https://et.wikipedia.org/wiki/T%C5%A1ornob%C3%B5li_katastroof
https://et.wikipedia.org/wiki/Radioaktiivsus
http://www.rak.edu.ee/opiobjektid/energia/tuumaelektrijaam.html
http://ekspress.delfi.ee/