Tuumaenergeetika (7)

Tartu Kivilinna Gümnaasium
Tuumaenergia
TARTU 2008

Sisukord

Tuumaenergia 1
Sisukord 2
Tuumaenergia – mis see on? 4
Tuumaenergia tootmine. 10
Statistika 13
Kokkuvõteks 15
Kasutatud Kirjandus 16
Sissejuhatuseks
Iga päev puutume kokku energeetikaga: lampi põlema pannes või autoga sõites vajame energiat, kütust.
Energeetika Eestis baseerub põlevkivi soojuselektrijaamadel ja sisseveetaval gaasil ning vedelküttel. Sel viisil elektri tootmine on keskkonnale suhteliselt halb. Kuigi Eesti toodab peaaegu kogu vajatava elektri ise, on tulevik tume, sest põlevkivi varud hakkavad tasapisi ammenduma. Seega tuleks kaaluda teisi võimalusi elektri tootmiseks.
Ühtteist on ka juba välja pakutud , kuid otsusele ei ole veel jõutud.
Käesolevas ettekandes käsitlemegi üht energia liiki: tuumaenergeetika. Kaalume tuumaenergia plusse ning miinuseid, teeme tutvust tuumaelektrijaamadega ning arutame, kas selline energiatootmisviis sobiks Eestisse.

Tuumaenergia – mis see on?

Tuumaenergia ehk aatomienergia on füüsika seisukohast aatomituuma moodustavate elementaarosakeste süsteemi seoseenergia, mis võib tuumareaktsioonides vabaneda . Energeetika seisukohast on see elektrienergia , mida saadakse tänu tuumareaktsioonidele tuumaelektrijaamades.
Tuumaenergia peamine kasutusala on elektrienergia tootmine. Aga samas kasutatakse seda ka muudel keemilistel-füüsilistel protsessidel, nagu näiteks tuumapommid jms.
Tuumaenergia ajalugu on võrdlemisi lühike. Alguse sai see sellest, kui 1789. aastal avastas Martin Heinrich Klaproth aine, mille ta nimetas uraaniks. Tegelikult oli saadud aine uraanioksiid. Klaproth suri enne, kui saadi eksitusest teada.
E. Parun Rutheford (Nobel 1908) tegi esimese tuumareaktsiooni aastal 1919.
Uraanituumast energia saamise alguseks loetakse Otto Hahni ja Frizz Strassmanni avastus aastal 1939, mis näitas, et uraani isotoobi 235 tuum lõhustub aeglaste neutronite mõjul, kiirates välja energiat ja veel 2-3 neutronit, mis on omakorda võimelised veel teisi uraanituumi lõhustama, tekitades ahelreaktsiooni.
Siit algaski tuumaenergia kasutamine, mida hakati ka kiiresti realiseerima.
Nüüdseks on tuumaenergiat kasutatud elektri tootmisel juba 50 aastat. Selle aja jooksul on tuumaenergeetika läbinud pika arengutee . Praeguseks on ehitatud ligi pooltuhat erineva konstruktsiooniga tuumajaama, kusjuures enamik töötavatest kuulub teise põlvkonda, uued ehitatavad aga juba ohutumasse ja ökonoomsemasse kolmandasse põlvkonda. Paljude riikide koostööna on asutud välja töötama veelgi täiuslikemaid IV generatsiooni jaamu.
1960. aastal moodustas tuumaenergia kogu maailma elektrienergiatoodangust vaid ühe protsendi. 1986. aastaks oli see tõusnud 16 protsendile. Sellest ajast on tootmisvõimsus küll suurenenud, kuid mitte kiiremini kui kogu elektrienergia toodangu puhul,. Täna toodetakse 17  protsenti kogu maailma energiatoodangust tuumajaamade abil.
Tuumaenergia...
...Plussid:

• Tuumaelektri hind on suhteliselt odav, kuid gaas kütusena on kallis, eriti Lääne-Euroopas.
  
• Majanduslikust seisukohast on tuumaenergia praegusel ajal umbes võrdne kivisöega. Õli ja gaasi hind tulevikus tõenäoliselt tõuseb, samas uraan jääb odavaks.
  
• Areneva tuumaohutuskultuuri mõju võib näha täiustatud tootmistehnoloogias tuumajaamades üle maailma, mille tulemusena on saavutatud madalaimad kiirgusdoosid jaamapersonalile. Tõsiste avariide risk on ekstreemselt madal.
  
• Uued reaktoritüübid, millest mõned on tänapäeval juba kättesaadavad, omavad uusimaid turvaomadusi, mis on loodud vastavalt kogemustele . Antud reaktoreid peetakse parimaiks oma töökindluse ja turvalisuse alal kui enamus praeguseid dominantseid reaktoritüüpe.
  
• Energiasõltumatus on väga tähtis faktor. Mitte kõik maad ei oma rikkalikke energiaallikaid ja järelikult on suure tähtsusega sõltumatus ja enesekindlus , mida tuumaenergia pakub rahvusvaheliste kriiside ajal.
  
• Väga oluline faktor tuumaenergia tulevikul on loomulikult keskkond. Võib juhtuda, et isegi roheline liikumine muudab oma suhtumist tuumaenergiasse, kui nad näevad, et see on viimane reaalne energiasaamise võimalus.
  
• Tänaseks on spetsialistidele piisavalt selge, et tuumaenergia on ainus tõeline elektriallikas inimkonna jaoks, mis ei põhjusta kasvuhooneefekti, happevihmu, hävitanud metsi jms.
  
• Tuumaenergia on erakordselt puhas. Suhtumine on harilikult suunatud kõrgtoksilistele ja radioaktiivsust säilitavatele kütustele ja tuumajäätmetele. Kuid neid on niivõrd piiratud koguses ja see hõlbustab nende efektiivset ladustamist.
  
• Vaatamata sellele, et väga palju räägitakse viimasel ajal taastuvatest ja nö alternatiivseist energiaallikaist, on traditsioonilisemate lahenduste, muuhulgas ka tuumaenergia, elujõud endiselt suur ning tulevik kindel.
  
• Normaalselt toimivates tuumaprotsessides ei teki loodusele kahjulikke kõrvalmõjusid.
  
• Tuumaenergia on tõestatud tehnoloogia , mis annab suure panuse maailma elektrivarustuses.
  
• Tuumaenergia säilitab oma konkurentsi paljudes maades, välja arvatud piirkondades, kus avaneb otsene juurdepääs odavale kivisöele. Kuigi praegu on fossiilsed kütused suhteliselt odavad (mõned eksperdid arvavad , et see jääb nii ka tulevikus), kasvab surve keskkonnakaitseks (tuleb kahandada CO2 emissiooni), mis teeb fossiilsed kütused kalliks, ning tuumaenergia valik saab majanduslikult atraktiivsemaks.
  
• Tuumaelektrijaamades elektritootmine on kõigist elektritootmisviisidest kõige ökosõbralikum ja niimoodi saab toota ka kindlas ajaühikus teiste tootmisviisidega võrreldes kõige rohkem elektrienergiat.
  

...ja miinused

• Tuumaenergia kasutamine vajab erilisi keskkonnatingimusi. Tuumajaama õnnetustes ja tuumajääkide hoiustamisel võivad tekkida suured keskkonna katastroofid. Selle ärahoidmiseks kasutatakse tuumajaamades mitmekordseid turvalisuse süsteeme. Õnnetuse tekkimiseks on vajalik paljude süsteemide üheaegne mittetöötamine ja ohutusnõuete eiramine personali poolt.
  
• Tuumaelektrijaamadel on väga kõrge ehitusmaksumus .
  
• Tõsine probleem on tuumajäätmete kahjutustamine. Kuigi teiste kütustega võrreldes on jäätmekogused väikesed, pole keegi huvitatud nende matmisest oma lähiümbrusesse. Sügavale kaljusse või merepõhja kapseldatuina peidavad nad endas ohtu kümneid tuhandeid aastaid enne kui lõplikult lagunevad.
  
• Tuumaelektrijaamade rajamine on jõukohane vaid rikastele kõrgelt arenenud riikidele, sest kõrgtehnoloogial põhinev tootmine nõuab väga suuri kapitalimahutusi.
  
• Tuumaenergia tootmine on ohtlik, sest tekivad radioaktiivsed jäätmed. Radioaktiivsus on ainete omadust iseeneslikult (väliste energiaallikate abita) kiirata elektromagnet kiirgust või suure energiaga osakesi. Tuumajaamad peavad olema ehitatud väga turvalisteks, sest muidu kui seal kulgevad protsessid kontrolli alt väljuvad, võib jaam õhku lennata ning siis tekkiv radioaktiivne reostus on loodusele, inimestele väga kahjulik.
  

Tuumaenergia tootmine.

Energia tekib U-235 või Pu-239 molekuli tuuma lõhkumisel kui selle pihta tulistatakse vaba neutron . Molekuli tuum muutub ebastabiilseks ja laguneb. Tekib 2 uut ainet ja vabaned 3 neutroni. 1 neutron neeldub U-238 molekuli. 1 neutron ei põrku mitte millegagi ja läheb kaotsi. 1 neutron põrkub uue U-235 või Pu-239 molekuliga ja tekib ahel reaktsioon .
Reaktsiooni tagajärjel tekib palju energiat kuid mitte niipalju nagu tuumade ühinemisel. Uued ained mis tekivad on aga radioaktiivsed ja ohtlikud elusorganismidele. Uued ained mis tekivad ei ole tavaliselt võrdsete massidega . Rohkem tekib reaktsioone kus 1 aine on massiga 90-100 u ja teine 130-140 u. sellisel juhul tekib ka rohkem energiat kuna.
Energiat saab toota ka teiste ainete tuumade lõhkumisel aga kõige eelistatumad on U-235 ja Pu-239. Näiteks U-238 tuuma lõhkumisel ei teki piisavalt vabu neutrone et tekitada ahelreaktsiooni.
Radioaktiivsed õnnetused
Inimeseni võivad radioaktiivseid aineid jõuda mitut moodi, kuid alguspunkt on tavaliselt sama. Radioaktiivse aine vabanemisel loodusesse hakkab see levima õhu kaudu. Sealt satub see loomade ja taimede kehadesse kas otseselt või pinnase kaudu taimedel või saastatud taimede söömisel loomadel. Kui inimene sööb loomaliha või taimi, mis on olnud kokkupuutes radioaktiivse ainega saab temagi radioatsiooni mürgituse.
Tuumakatastroofi tingimused

Peab olema tervise kahjustus, varaline kahjustus või pinnase kahjustus

Et õnnetus registreeritakse tsiviilõnnetusena, peab tegemist olema operatsiooniga mis ei ole sõjaliseks kasutuseks. Sõjalise õnnetusega tegemist kõigil teistel juhtudel

Tegemist peab olema radioaktiivsete ainetega ,millel võib tekkida ahel reaktsioon, selle reaktsiooniga või tuumajaamaga.

Kahjustused peavad otseselt olema seotud radioaktiivse materjaliga .
Kuulsamad tuumakatastroofid
Kõike kuulsamad tuumakatastroofid olid: Tšernoboli katastroof, SL-1 katastroof, Three Mile saare katastroof, Windscale tulekahju ja Mayak katastroof.
Õnnetuse kategooriad

Kriitiline õnnetus- kogemata tekkinud ahelreaktsiooni mille tulemusel tekib õnnetus.

Decay Heat - reaktorite jahutamisel tekib viga ja reaktorid kuumenevad üle tekitades kahju.

Transport- radioaktiivse aine transportimisel tekkinud kahju.

Varustuse õnnetus

Inimviga

Kadunud kütus- radioaktiivse kütuse kadumine

Statistika

Maailmas on 438 tuumareaktorit(2000) ja need annavad u. 16% maailmas toodetavast energiast 83% sellest on omakorda toodetud lääneriikides. 2000. aasta lõpuks tootsid kõik tuumajaamad kokku 2447.56 terawatt tundi elektrit. Arvestatakse et tuumajaamade toodetav energia kasvab aastas 0.9% ja aastaks 2010 on kogu toodetav energia 2334 terawatt tundi.

Kokkuvõteks

Tuumaenergia on tekitanud palju erinevaid seisukohti: negatiivsest küljest tuuakse alati ette Tšernõboli katastroofi ning kasutatakse seda teemat ka poliitilistes võitlustes. Siiski omaks tuumaenergia tulevikus võimast potentsiaali. Juba praegu loodavad tuumajaamad on praktiliselt ohutud nagu näiteks Prantsuse-Saksa koostöös valminud praktiliselt täielikult riskivaba tuumaelektrijaam EPR (läheb käiku aastal 2005), mille eluiga on 60 aastat.
Niisiis, tuumaenergia on üks energeetikaviis, millel on potentsiaali, eriti veel tehnoloogia arenedes.

Kasutatud Kirjandus

http://bio.edu.ee/envir/tuumajaam/lisa_majandus.ht m
http://www.hot.ee/erajavee/tulev.ht m
http://www.miksike.ee/documents/main/referaadid/tuum.pdf
http://uus.miksike.ee/
http://www.irpa.net/index2.php?option=com_content&do_pdf=1&id=112
Maailma Ühiskonna geograafika
„Tehnikamaailm”