Vastus leiad õppematerjalist: Tuumaenergeetika uurimistöö

Tuumaenergeetika uurimistöö (2)

3 KEHV

Esitatud küsimused

Mis on tuumaenergia?
Kuidas tuumaenergia tekib?
Milleks Eestile tuumaelekter?
Mis on Eesti Energia motiivid investeerimaks tuumaenergeetikasse?
Miler Islandi avarii httpwwwtuumaenergiaeeindexphp?

JÕGEVA ÜHISGÜMNAASIUM
11.A klass
Siim Kaaver
Tuumaenergeetika
Uurimustöö
Juhendaja : õp. Heli Toit
Jõgeva 2010
SISUKOR
Sissejuhatus 3
1. Mis on tuumaenergia ? 4
2. Kuidas tuumaenergia tekib? 5
3. Tuumaenergia kasulikkus 6
4. Tuumkütus 7
5. Tuumareaktor 8
6. Levinuimad reaktoritüübid 9
7. Reaktorite põlvkonnad 12
7.1 Esimene põlvkond 12
7.2 Teine põlvkond 13
7.3 Kolmas põlvkond 14
7.4 Neljas põlvkond 15
8. Tuumaelektrijaamad maailmas 16
9. Tuumaenergia ohud 18
10. Tuumajäätmed 19
11. Tuumajaamade avariid 21
12. Milleks Eestile tuumaelekter? 22
Kokkuvõte 24
Kasutatud materjalid 25
Lisad 27
Lisa 1 27
Lisa 2 28
Lisa 3 29

SISSEJUHATUS
Tuumaenergiat on kasutatud elektri tootmisel juba 50 aastat. Selle aja jooksul on tuumaenergeetika läbinud pika arengutee . Praeguseks on ehitatud ligi pooltuhat erineva konstruktsiooniga tuumajaama. [1]
Elektrienergiat vajatakse üha enam. Tuumaenergia on üks suuremaid elektrienergia allikaid , 443 tuumajaamas üle maailma toodetakse 17% kogu elektrienergiast ja seda kasutab umbes miljard inimest. [2] Tuumaenergia kasutamine on elektri tootmiseks paratamatu mitmel põhjusel. Esiteks, ei saa lõputult jätkuda seni domineerinud fossiilsete kütuste põletamine nende ammendumise tõttu. Samuti kaasneb sellega lubamatult suurte nn kasvuhoonegaaside koguste paiskumine atmosfääri, mis põhjustab kliima soojenemist. Teiseks, alternatiivsed ehk nn taastuvad energialiigid hüdro-, tuule-, biokütuse- ja päikeseenergia on küll väärtuslikud abimehed energeetikas, kuid nad ei suuda tõusta kõrgemale kõrvalosatäitja rollist.
Põlevkivist saadakse umbes 90% elektrienergiast. Eestis kasvab elektrienergia tarbimine 2% - 3% aastas. Kui põlevkivi tootmine peaks lõppema, siis ei ole võimalikult palju elektrienergiat, et tarbijaid rahuldada. Seega püstitatakse tööhüpotees, et tuumaelektrijaama rajamine Eestisse oleks üks kõige reaalsemaid alternatiive põlevkivienergeetikale.
Uurimustöö eesmärgiks on teada saada, kas tänapäevased tuumaelektrijaamad on ohutud ja keskkonnasõbralikud ning kas tuumajaamade tegevus on turvaline. Püütakse välja selgitada, kas Eestisse rajatav tuumaelektrijaam on ohutu ning kas Suur-Pakri või Tallinn oleks tuumajaama rajamiseks sobiv asukoht. Tuuma- energeetika teema huvitab mind sellepärast, et on kasulik olla teadlik tuumaelektrijaamade ohtlikkusest ja ohutusest. Tuumaenergeetika on üks probleeme tekitav teema, mille üle arutleda.

Mis on tuumaenergia?
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. [3]
Tuumaenergia rakendusi on ära kasutatud sõjatööstuses, samas teisalt on praktiliselt võimatu kujutada tänapäevast elu ette ilma selle rakendusteta meditsiinis või energiatootmises.
Tuumaenergeetika erineb oluliselt teistest energia saamise viisidest . Tuumaenergiat loetakse säästvaks, sest energia tootmise protsessis ei eraldu CO2.

Kuidas tuumaenergia tekib?
Tuumaelektrijaamades kasutatakse ära tuumade lõhustumise tagajärjel vabanev energia. Reaktoris luuakse tuumaenergia tootmiseks kontrollitud ahelreaktsioon , kus energia vabaneb soojusena s t, et neutronid neelduvad kütusevarrastes, aeglustis ja reaktori muudes osades, andes neile ära oma energia, mis muundub soojuseks. Eralduvat soojust rakendatakse vee kuumutamiseks ja auru tekitamiseks. Auru abil pannakse tööle elektrienergia tootmiseks kasutatavad turbogeneraatorid. [4]
Kontrollitud ahelreaktsiooni käigus pommitatakse suure massiarvuga tuumi aeglustatud neutronitega, protsessi tulemusel liitub neutron tuumaga põhjustades viimase ergastatud oleku. Tuumajõudude tõttu lõhustub ergastunud tuum kaheks erineva massiga osaks (kildtuumaks), põhjustades nii kahe uue isotoobi tekke. Lisaks isotoopide tekkele eraldub lõhustumisel alati ka neutroneid ning gamma -kiirgust. Analoogiliselt lõhustub näiteks reaktorites kütusena kasutatav U-235 kaheks väiksema massiarvuga isotoobiks ning sellise protsessi käigus vabaneb suur kogus energiat gammakiirgusena. [4] Ahelreaktsioonile annab ülevaate joonis 1.

Joonis 1. Tuumade lõhustamine

Tuumaenergia kasulikkus
Tuumaelektrienergia on paremaid elektriallikaid, mida kasutavad energiamahukad tööstusharud ning mida kasutatakse heitkoguste CO2 piiramise siseriiklike nõuete täitmise eesmärgil. Fossiilkütuseid põletades oleks peamise kasvuhoonegaasi CO2 heitkogused olnud suuremad. Ühe miljoni kilovati elektri tootmine söest eraldab atmosfääri 230 tonni süsinikku, samast kogusest naftast eraldub 190 tonni ning gaasist 150 tonni süsinikku. Normaalsetes tingimustes töötav tuumaelektrijaam toodab samade kilovattide juures peaaegu süsinikuvabalt. Tuumaenergia on üheks kättesaadavaks võimaluseks, mis ei saasta õhku väävli, lämmastikoksiidide ja kasvuhoonegaasidega nagu süsinikdioksiid.

Tuumkütus
Kuna looduses leiduv uraan sisaldab peamiselt isotoopi U-238 ja väga vähesel määral reaktorites kasutatavat lõhustuvat U-235, siis tuleb kaevandatud uraani rikastada vastavaks reaktori nõuetele. U-235 on parem tuumkütus, sest kui vabanev neutron tabab U 235 tuuma, lõhustub ka see tuum ( haarab neutroni ja liidab selle enda koosseisu, mille tõttu muutub ebastabiilseks ja laguneb peaaegu kohe ) ja kiirgab välja 2-3 neutronit, mis omakorda tabavad järgmisi tuumi ja nii tekib ahelreaktsioon. Rikastamine on teiste sõnadega uraani isotoobi U-235 protsendi tõstmine kütuses. Reaktori tööks piisav rikastusprotsent jääb tavaliselt alla 10% , pigem 5% lähedale; näiteks relvatööstuses kasutamiseks on uraani vajalik rikastusprotsent oluliselt kõrgem, ulatudes 90%-ni. Uraanist tekkinud ainete hulgas on nii inimestele kui ka loomadele eriti ohtlikud plutoonium, mille kõik ühendid on mürgised, tseesium Cs-137, strontsium Sr-90 ja jood I-131, mis põhjustab vähki. [5]

Tuumareaktor
Tuumareaktorid põhinevad uraani U-235 lõhestumuse ahelreaktsiooni tulemusel tekkival soojusel. [7]
Tuumareaktor sisaldab lisaks tuumkütusele ka neutroneid aeglustavat ainet, juhtvardaid ning betoonist varjet. [7]
Lisaks suurele energiakogusele vabanevad uraanist suure kiirusega neutronid. Need neutronid aeglustuvad veidi neutroneid aeglustavas aines ning põrkuvad vastu järgmisi uraaniaatomeid. Käivitub ahelreaktsioon. Juhtvardad on vajalikud selleks, et seda ahelreaktsiooni kontrollida. Kui tuumaelektrijaama on tarvis peatada, lükatakse juhtvardad tuumareaktorisse ning uraanist eraldunud neutronid neelduvad juhtvarrastes. Nii on võimalik ahelreaktsioon peatada. Kui juhtvardad on aga tuumareaktorist väljas, siis neeldub neis vähem neutroneid ning algab ahelreaktsioon.
Tuumareaktsioonil vabanenud energia soojendab vee veeauruks. Veeaur liigutab suurt auruturbiini ning turbiini mehhaaniline energia muundatakse generaatoris elektrienergiaks.
Betoonist varje takistab tuumareaktsiooni käigus tekkinud radioaktiivsete ainete ja kiirguse välja levimist . Tuumaelektrijaama radioaktiivsed jäägid viiakse enamasti maa- või veealustasse hoidlatesse. Ehitusest annab ülevaate joonis 2. [7]
Joonis 2. Lihtsustatud tuumareaktori ehitus.

Levinuimad reaktoritüübid
Survevesireaktor on levinuim tuumareaktori liik. Survevesireaktorites koosnevad kütusevardakimbud maatriksitaoliselt paigutatud 14*14 kuni17*17 kütusevardast. Suurtes reaktorites soojusliku väljundvõimsusega 4...6 GW on selliseid kimpusid tavaliselt 150 kuni 250 ja need sisaldavad kokku 80...100 t uraani. Juhtvarraste jaoks, mis viiakse reaktorisse läbi reaktori kaane , on iga kimbu keskel vastav kanal . Reaktori võimsust saab reguleerida ka boorhappe lisamisega veele ning selle kontsentratsiooni muutmisega, kusjuures vee vooluhulk on tuumaelektrijaamade reaktorites enamasti konstantne . Vee rõhk reaktoris võib olla kuni 16 MPa ja reaktorist väljuva vee temperatuur ligikaudu 315 kraadi. Nende eeliseks on stabiilse talitluse lihtne tagamine ja reaktori jahutusvesi, mis on nõrgalt radioaktiivne, ringleb suletud kontuuris ja aurugeneraatorist väljuv aur on radioaktiivsusevaba. [8]
Keevvesireaktorite kütusevardakimbud koosnevad 74...100 kütusevardast. Võimsates reaktorites on neid kimpusid kuni 800 ja need sisaldavad kokku kuni 140 t uraani. Soojuskandjaks on puhas vesi, mis reaktoris aurustub ja juhitakse pärast ülekuumendamist auruturbiini. Seega jääb ära survevesireaktorite korral kasutatav aurugeneraator, mis lihtsustab energiaploki ehitust ja tõhustab tuumaenergia muundamist soojuseks. Ühtlasi on aga turbiini minev aur mingil määral radioaktiivne, mis nõuab turbiini ümbritsemist kiirguskaitsevarjega. Kuna radioaktiivsuse isotoobi poolestusaeg on väga väike (7s), on turbiin praktiliselt kohe pärast väljalülitamist radioaktiivsusvaba. Keevvesireaktori eeliseks on parem reguleeritavus. Puudusteks on reaktori väiksem võimsustihedus ja suuremad mõõtmed kui sama võimsusega survevesireaktoril. [8]
Raskevesiaeglustiga ja –soojuskandjaga survevesireaktori iga kütusevardakimp läbimõõduga 10 cm sisaldab, olenevalt reaktori tüübist, 28...43 varrast, on pikisuunas jaotatud 12 lõiguks pikkusega 0,5 m ja paikneb omaette tsirkooniumsulamist torus, mida läbib soojuskandja rõhu all 7,5...10 MPa. Torud paiknevad rõhtsalt ühises paagis, mis on täidetud madalrõhulise aeglustiga. Soojuskandja väljub reaktorist temperatuuriga 280...290 kraadi ja suunatakse, nagu teistegi survevesireaktorite puhul, aurugeneraatorisse. Raskevesiaeglustiga ja - soojuskandjaga survevesi-reaktori eelis on kõrge töökindlus, odavam tuumkütus, kütusevardakimpude lihtsa vahetamise võimalus reaktorit peatamata ja loodusliku uraani mitu korda parem ärakasutamine.
Grafiitaeglustiga kanaltüüpi keevvesireaktor RDMK-1000 kujutab endast silindrikujulist teraskestaga ümbritsetud grafiitplokkide kogumit kõrgusega 7 m ja läbimõõduga 11,8 m; grafiidi üldmass on 1850 t. Läbi grafiidi kulgeb 1693 kütusekanalit, milles igaühes paikneb järjestikku kaks 18-vardalist kütusevardakimpu pikkusega 3,5 m; kokku on reaktoris 192 t uraani, mille rikastusaste on 2%. Iga kanalit saab eraldi avada ja kütusevardakimpusid seega reaktorit peatamata vahetada, Kanalit läbib soojuskandja (vesi) rõhu all 6,5 Mpa, mis reaktoris aurustub; väljuva auru temperatuur on 280 kraadi. Reaktori soojusvahetussüsteem sarnaneb trummel- aurukatla omaga – selles on 4 aurutrumlit ja 8 ringluspumpa; vastavalt sellele on kanalid jaotatud rühmadesse ja alarühmadesse. Reaktori võimsust saab reguleerida 211 juhtvardaga. Grafiitaeglustiga kanaltüüpi keevvesireaktori eelisteks on uraani U-238 intensiivsem muundamine plutooniumiks, soojuskandja toimimine liigsete neutronite neelajana, kaitsesüsteemide sätete tahtliku muutumise ja isegi selle tahtliku väljalülitamise võimalus reaktori talituse ajal. [8] Puuduseks on vesireaktorite korral kasutatava tugeva kaitseümbrise puudumine. [8]
Grafiitaeglustiga, kuid süsinikdioksiidsoojuskandjaga reaktorid töötati välja tuumaenergeetika arengu algaastail Suurbritannias ja on seal praegugi kasutusel. Kütusevardatorud on nendes reaktorites magneesiumi sulamist, mistõttu neid nimetatakse magnox -reaktoriteks. Ka nendes reaktorites saab tõhusalt toota plutooniumi. Kuna radioaktiivse kiirituse risk on nende käigus osutunud liiga suureks, on nende talitlus kavas lõpetada hiljemalt aastal 2010. Grafiitaeglustiga, kuid süsinikdioksiidsoojuskandjaga reaktori eeliseks on plutooniumi tootmine. Veaks on radioaktiivse kiirituse suur risk. [8]
Paljundusreaktorid ehk briiderid erinevad kõigist eelkäsitletuist selle poolest, et nad põhinevad kiiretel neutronitel ja neis tekib plutooniumi näol uut tuumkütust enam kui seda reaktoris kulutatakse. Tekkivast tuumkütusest ja reaktoris kasutatud tuumkütusest saadava energia suhet nimetatakse paljundusteguriks, mille väärtus on enamasti piirides 1,2...1,4. Paljundusteguri ülempiiriks peetakse teadaolevate reaktoriliikide korral 1,8. Paljundusreaktori ehk briideri eeliseks on see, et ta põhineb kiiretel neutronitel ja et tas tekib plutooniumi näol uut tuumkütust enam kui seda reaktoris kulutatakse. [8] Tema puuduseks on see, et on raske kõrge töökindluse saavutamine. [8]

Reaktorite põlvkonnad

Esimene põlvkond

Siia klassi kuuluvad esimesed tuumareaktorid, milleks olid Shippingport, Dresden -1, Magnox.

Algselt sõjalaevastiku lennukikandjate jõumasinaks väljatöötatud reaktor Shippingport sai eeskujuks tänasele kõige arvukamale ja ohutumaks peetavale II ja III põlvkonna energiareaktori tüübile – surveveereaktorile PWR.
Magnox-i peeti ohutuks omal ajal tänu tema lihtsale konstruktsioonile, madala võimsuse tihedusele ning jahutusvedelikule. Aga tema väljalülitamisel jääb fassaadi suur hulk radioaktiivset ainet, mis on ohtlik. Magnoxi ehitusest annab ülevaate joonis 3.

Joonis 3. Magnoxi tuumareaktori ehitus.

Teine põlvkond

II põlvkonna reaktorid kasutavad tuumkütusena peamiselt looduslikku või 235U suhtes väherikastatud uraani ja osaliselt reaktori töötamisel 238U neutron-kiiritamisel tekkivat plutooniumi. [9] On kasutusel ühekordne tuumkütuse tsükkel ja kasutatud kütus läheb kohe ladustamisele. PWR reaktor on väga stabiilne tänu oma kalduvusele toota vähem energiat kui temperatuur tõuseb, tänu sellele on ta stabiilsuse seisukohalt kergemini reguleeritav. CANDU reaktorid on väljatöötatud nii, et kütuse elemente saab vahetada reaktorit seiskamata. [9] Kütuselemendina kasutatakse looduslikku uraani. Kuna reaktori reaktiivsuse reguleerimiseks ei kasutata boori, säilivad reaktori ehituses kasutatavad süsinikterased paremini. Ühe kanali purunemine ei mõjuta reaktori tööd – kanali saab sulgeda ja reaktor saab edasi töötada kuni hoolduseni. Candu puhul on turbiini minev küllastunud aur kuivem , mis vähendab turbiinis erosiooni ohtu. Selles reaktoris ei ole võimalik toota tuumapommi tegemiseks sobilikku plutooniumit.

surveveereaktor PWR ja WWER

keevveereaktor BWR
surveraskeveereaktor PHWR või CANDU
täiustatud gaasjahutusega reaktor AGR
kergevee grafiitaeglustiga reaktor RBMK

Kolmas põlvkond

ABWR, System 80+, AP600, EPR
EPR - AREVA poolt pakutav EPR on kaitstud väliselt maavärina, sõjaväe reaktiivlennuki kokkupõrke ja plahvatuse impulsslaine eest. [10] Sisemiste õnnetuste analüüsimisel on arvesse võetud torustiku lekkimist, reaktori kaitsekesta purunemist, mahutite purunemist, pumpade ja ventiilide purunemist, uputust, omatarbe kadumist, plahvatusi, tulekahju ja ka kiiresti lendavaid esemeid, mis võivad tuleneda mõne kiiresti pöörleva seadme purunemisest. Tuumareaktori ehitusest annab ülevaate joonis 5.
Ohutuse tagamisel on arvesse võetud ka eriti rasked õnnetused, milleks on reaktori tuuma sulamine . EPR-i ohutusstrateegia järgi proovitakse ära hoida selliseid raskeid õnnetusi, milleks on:

reaktori tuuma sulamine;
auruplahvatus – minimiseeritakse vee kogus sulatuuma laiali laotamise alas ;
sulatuuma ja betooni vahelised reaktsioonid.

Joonis 5. EPR tuumareaktori ehitus.

Neljas põlvkond

Enamik reaktoritest töötab suletud kütusetsüklis, mis saadakse, kui kasutatud tuumkütus töödeldakse ümber uueks kütuseks, see suunatakse uuesti tuumareaktorisse ja ainult väike kogus jäätmeid läheb lõppladustamisele, kindlustades sellega tuumkütuse parema ärakasutamise ja geoloogilisse lõpphoidlasse paigutamist vajavate pikaealiste kõrgaktiivsete jäätmete koguse olulise vähenemise. Neli tehnoloogiat töötab kiiretel neutronitel ja kaks on aeglaste neutronite reaktorid. Kaks reaktoritüüpi on heeliumjahutusega, üks vesijahutusega ja ülejäänud pliivismutisulam-, naatrium- ja fluoriidsooljahutusega.
Arendatavad reaktoritüübid on:

Gaasjahutusega kiire reaktor GFR
Pliijahutusega kiire reaktor LFR
Sulasoolareaktor MSR
Naatriumjahutusega kiire reaktor SFR
Ülekriitilise veega jahutatud reaktor SCWR
Ülikõrgtemperatuurne reaktor VHTR

Joonis 6. VHTR reaktori ehitus.

Tuumaelektrijaamad maailmas

Praeguse seisuga on kogu maailmas 443 kaubanduslikku tuumareaktorit, mis töötavad 31 riigis ning mille kogu tootmisvõimsus on üle 368 GWe. Kokku tarnivad nad 15% maailma elektrist. Lisaks töötab 56 riigis kokku 284 teaduslikel eesmärkidel teadusuuringuteks kasutatavat reaktorit. [11] Lisaks toodavad 220 tuumareaktorit energiat tuumaallveelaevadele ja muudele mereväelaevadele. Kogu maailmas on praegu ehitamisel 28 tuumareaktorit ning 35 ehitamine on juba kindlalt kavandatud, mis moodustab vastavalt 6% ja 10% olemasolevast tootmisvõimsusest. Tuumaelektrijaamade keskmine vanus läheneb 25 aastale. [11]
Tabel 1. Toodetav tuumaenergia protsent kogu toodetavast elektrist
Riik
Toodetav tuumaenergia protsent kogu toodetavast elektrist
Prantsusmaa
78%
Leedu
69%
Slovakkia
57%
Belgia
33%
Bulgaaria
33%
Ungari
33%
Lõuna-Korea
33%
Rootsi
33%
Šveitsi
33%
Sloveenia
33%
Ukraina
33%
Jaapan
25%
Saksamaa
25%
Soome
25%
USA
20%
Tabel 2. Suurima reaktorite arvuga riigid.
Riik
Reaktoreid
Ameerika
104
Prantsusmaa
59
Jaapan
55

Tuumaenergia ohud

Tuumakütuse jäägid on radioaktiivsed ning kõigile elusorganismidele väga ohtlikud. Nende lagunemiseks kulub sadu tuhandeid aastaid, seetõttu tuleb kütusejääkide ladustamisel arvestada nende ohutu hoidmiskohaga erakordselt pikaks ajaks. [12]

Tuumaelektrijaamad on ohtlikud riigikaitseliselt, kuivõrd on potentsiaalseks märklauaks riigi vastu suunatud rünnakute korral. See on tinginud väga kallite turvarajatiste ehitamise tuumajaamade kaitseks.
Õnnetuste puhul tuumaelektrijaamades võivad radioaktiivselt reostuda väga suured alad, nagu näiteks juhtus Tšernobõli tuumaelektrijaamas toimunud õnnetuse tagajärjel.
Traditsiooniliselt on tuumaelektrijaamade kasutamise kaasproduktina saadud materjali tuumarelvade valmistamiseks.
Tuumakütus ei kuulu taastuvate kütuste hulka. Seetõttu võib tuumaelektrijaamade kasutamine muuta ökosüsteemi energiabilanssi ning rikkuda ökoloogilist tasakaalu. [12]

Tuumajäätmed
Radioaktiivsete jäätmete käitlemisel kasutatakse tavajäätmete käitlemise praktikast tuntud (kaks esimest) kui ka neile ainuomaseid protseduure: [5]

kontsentreerimine ja isoleerimine
ahjendamine ja hajutamine
viivitamine ja radioaktiivne lagunemine.

Madalaktiivsed jäätmed LLW, mis moodustavad 90% radioaktiivsete jäätmete ruumalast, need on õrnalt saastunud tööriided, kindad , puhastusvahendid, tööriistad jm. Pärast toksiliste komponentide eraldamist vähendatakse nende jäätmete mahtu kokkupressimise, tuhastamise vm meetodil ning siis ladustatakse nad erihoidlasse. [6]
Keskaktiivsed jäätmed ILW (i.k. Intermediate -Level Waste ) moodustavad mahult umbes 7% ja nende aktiivsus 4% kõikidest radioaktiivsetest jäätmetest. Peamiselt kuuluvad sellesse gruppi mitmesugused vaigud , keemilised setted , reaktori vahetatavad komponendid ja materjalid, mille käitlemine nõuab mingisuguse kiirguskaitse kasutamist nende suurema radioaktiivsuse tõttu. Enamik selle kategooria jäätmetest sorteeritakse radioisotoopide poolestusaja järgi ja jäätmed ladustatakse paigutatuna betooni. Lühiealised ILW-jäätmepakendid ladustatakse maapinna-lähedasse hoidlasse, pikaealised – analoogiliselt kõrgaktiivsete jäätmetega sügavale maa alla ehitatud lõppladustuspaika. [6]
Kõrgaktiivsed jäätmed HLW (i.k. High-Level Waste), milleks on avatud kütusetsüklis kogu kasutatud tuumkütus või suletud tsüklis selle peamised ümbertöötlemisjäätmed, sisaldavad 95% kõikide jäätmete radioaktiivsusest, seejuures moodustab nende ruumala ainult 3%. See jäätmeliik nõuab tugeva ioniseeriva kiirguse ja soojuse tekitajana erikäitlemist ja erivahendeid. Paljudes maades töödeldakse kasutatud kütus ümber uueks tuumkütuseks. Kõrgaktiivsed radioaktiivsed jäätmed moodustavad sellisel juhul ainult 3,5% kogu kasutatud tuumkütuse massist: tuumalõhestusproduktid ja pika poolestusajaga väikeaktiniidid. Need materjalid, millele tulevikus mingit kasutusvõimalust ei suudeta hetkel ette näha, kuivatatakse, klaasistatakse boorsilikaatklaasis ja paigutatakse konteineritesse. [6]

Tuumajaamade avariid
1970 -1990 toimusid suurimad vähestest tuumaenergeetikaga seotud avariidest:
Nullilähedase keskkonnamõju, kuid suure majanduskahjuga avarii Three Mile Islandi tuumajaamas USA-s 1979. aastal. Avarii tekitas sündmuste ahel, mis algas aparatuuritõrkega jaama mitte-tuuma osas, ja võimendus ehituslike probleemide, aga peaasjalikult töötajate vigade tõttu. [13] Tulemuseks oli reaktori südamiku sulamine ja kindla kaitsekesta olemasolu tõttu ainult vähese gaasilise radioaktiivse aine pääs väliskeskkonda.
RBMK-reaktori avarii Tšernobõli tuumajaamas Ukrainas 1986.a., kus majanduskahju saatis keskkonna ulatuslik radioaktiivne saastumine. Avarii põhjuseks oli reaktori konstruktsioonivead, operaatorite puudulik väljaõpe ja juhtimisvead, võimendatuna RBMK-reaktoritele omaste iseärasustega väikestel võimsustel, viisid reaktorisüdamiku kontrolli alt välja ning võimsus kasvas sajakordseni inimvõimsusest. [14] Tulemuseks oli nn kriitilisusavarii südamiku osalise sulamise ning auru-plahvatustega, mis paiskasid minema massiivse reaktorikatte, avasid reaktorisüdamiku ja purustasid kütuseelemendid. Kuuma reaktori sisemusse tunginud õhus süttis aeglustigrafiit. Tulemuseks oli kõigi radioaktiivsete väärisgaaside, poole ioodi ja tseesiumi ning umbes 5 % muu väga radioaktiivse töötanud tuumkütuse vallandumine õhku ja nende kauglevi. [14]

Milleks Eestile tuumaelekter?
Kodumaiste taastuvate energiaallikate suurem kasutamine on arvatavasti üheks võimaluskeks, kuid Eesti taastuvenergeetika potentsiaal ei võimalda lähikümnenditel katta üle 20 protsendi meie elektrinõudlusest. Kõige ideaalsem lahendus oleks Eestile erinevate võimaluste kombinastioon.
Eestis kasvab elektrienergia tarbimine kekskmiselt 2-3 protsenti aastas. Sellise elektritarbimise kasvu juures vajaks Eesti aastaks 2016 lisaks ca 3,5 TWh elektrit. Kui eeldada, et Eesti elektrienergia tarbimine praeguses mahus kaetakse renoveeritud põlevkivielektrijaamade, taastuvenergeetika ja uute gaasielektrijaamade baasil, siis kasvava tarbimise katmiseks on meil vaja veel lisaks umbes 600 MW tootmisvõimsusi.
Mis on Eesti Energia motiivid investeerimaks tuumaenergeetikasse? Eelkõige hajuta-da elektrienergia tootmisega seotud riske. Praegu toodetakse Eestis üle 90 protsendi elektrienergiast põlevkivist. Et tulevikus on enim energeetika mõjutavaks faktoriks keskkonnanõuete karmistumine ja maksude suurenemine, tuleb paratamatult otsida võimalusi vähem saastavate tehnoloogiate hulgas. Eesti elektritarbijate huvides on elektribilansi mitmekesistamine, mis hajutaks elektrienergia tootmisega seotud riske.
Majanduslik otstarbekus . Tuumajaamade ehitamine on küll paeaegu kolm korda kallim (1900 eurot/kW ) kui põlevkivil töötavate elektrijaamade renoveerimine (650 eurot/kW ), kuid samas on kütusekulud rohkem kui kolm korda madalamad. Hinnanguliselt on uutes tuumaelektrijaamades ja põlevkivijaamades toodetud elektrienergia omahinnad võrreldavad, kuid keskkonnamaksudest tulenev määramatus võib muuta tuumaelektri konkurentsivõimelisemaks.
Tuumajaama ehitamiseks peab tuumajaam paiknema tektooniliselt ohutus piirkonnas ja suurtarbijatele võimalikult lähedal, vajalik on jahutusvee olemasolu ja soodsad ehitusgeoloogilised tingimused nagu teedeühenduse ja kõrgepingeliinide olemasolu. Tuumajaamale on pakutud mitmeid asukohti: Paldiski, Suur-Pakri, Ida-Virumaa, Kunda ja Keibu lahe äärne vana karjääriala.
Tuumaenergeetika mõju keskkonnale hinnatakse üheks väiksemaiks võrreldes kõigi teiste energiatootmise viisidega. Tuumaenergeetika ainsateks keskkonda kahjustava-teks heitmeteks on väike kogus radioaktiivseid jäätmeid, mida on võimalik ohutult ladustada. Kasvuhoonegaase tuumajaam ei tooda.
Eesti jaoks on kaugemas tulevikus tuumaelekter üks kõige reaalsemaid alternatiive põlevkivienergeetikale.
Eesti võiks saada tuumkütust välisriigi käest, kelle tuumajaama me kasutame. Radioaktiivsed jäätmed ladustatakse ka välisriigis, kelle tuumkütust me kasutame. Osades reaktorites tekkivad tuumajäätmed sisaldavad plutooniumi, mida kasutatakse tuumarelvades.
Kokkuvõte
Enamik praegustest töötavatest tuumareaktoritest on ohutuse suurendamiseks ja käidu ehk elektripaigaldise igapäevase käigus hoidmisega seotud tegevuse, nagu kasutamise, kontrollimise ja hooldamise lihtsustamiseks, täiustatud. Kaasaegsed arendused reaktoriehituses koos praeguste ohutusstandardite, käidupraktika, tugeva järelevalve- ja inspektsiooni -süsteemiga on võimelised tagama tuumaenergia ohutuse.
Tuumajaamad on keskkonnasõbralikud, sest nad ei saasta õhku väävli, lämmastik-oksiidide ja kasvuhoonegaasidega nagu süsinikdioksiid, mida põlevkivi põletamisel eraldub. Tuumajäätmed, millele tulevikus mingit kasutusvõimalust ei suudeta hetkel ette näha, kuivatatakse, klaasistatakse boorsilikaatklaasis ja paigutatakse konteineritesse. Seega oleks tuumaenergia üks kõige reaalsemaid alternatiive põlev-kivienergeetikale.
Suur-Pakri oleks tuumajaamale sobiv asukoht. Kuid Suur-Pakri asub maastikukaitse-alal ja NATURA – alal. Aga ka Soomes rajatud tuumajaam asub maastikukaitsealal, seega võiks olla üheks võimalikuks asukohaks Suur-Pakri saar.
Arvatakse, et tuumajaam peab olema võimalikult kaugel inimasustusest. Teatud ettevaatusabinõud kehtivad, kuid Saksmaal RWE-le kuuluv tuumajaam Biblis asub 2 km kaugusel 10 000 elanikuga Biblise linnast ja 10 km kaugusel 82 000 elanikuga Wormsi linnast. Soome Loviisa TEJ asub 5 km kaugusel Loviisa linnast. Belgia nelja reaktoriga tuumajaam Doel asub 7 km kaugusel miljonilinnast Antwerpenist. Tuumajaam ei pea asuma inimasustuseta piirkonnas, seega sobiks rajada tuumajaam ka Tallinna, kus on piisavalt infrastruktuuri.

KASUTATUD MATERJALID

[1] Tuumaenergia. Tuuma energia kasutamine maailmas. http://www.tuumaenergia.ee/index.php?id=60 (13.02.2010)

[2] Tuumaenergia. Tuuma energia kasutamine maailmas. http://www.tuumaenergia.ee/index.php?id=60 (13.02.2010)

Vikipeedia. Tuumaenergia. http://et.wikipedia.org/wiki/Tuumaenergia (13.02.2010)

Tuumaenergia. Kuidas tuumaenergia tekib? http://www.tuumaenergia.ee/index.php?id=60 (13.02.2010)

[5] Tuumaenergia. Tuumkütus. http://www.tuumaenergia.ee/index.php?id=99 (18.02.2010)

[6] Tuumaenergia. Jäätmed. http://www.tuumaenergia.ee/index.php?id=99 (18.02.2010)

[7] Vikipeedia. Tuumareaktor. http://et.wikipedia.org/wiki/Tuumareaktor (24.02.2010)

[8] Risthein, Endel 2007. Sissejuhatus energiatehnikasse. Tallinn:Tallinna Tehnikaülikooli ja elektriajamite ja jõuelektroonika instituut

[9] Tuumaenergia. II põlvkonna reaktorid. http://www.tuumaenergia.ee/index.php?id=77 (12.03.2010)

[10] Tuumaenergia. III põlvkonna reaktorid. http://www.tuumaenergia.ee/index.php?id=109 (12.03.2010)

[11] Vikipeedia. Tuumajaamade loend . http://et.wikipedia.org/wiki/Tuumaelektrijaamade loend (22.03.2010)

[12] Tuumaenergia. Tuumaenergia ohud. http://www.tuumaenergia.ee/index.php?id=107 (22.03.2010)

[13] Tuumaenergia. Three Miler Islandi avarii. http://www.tuumaenergia.ee/index.php?id=89 (04.04.2010)

[14] Tuumaenergia. Tšernobõli avarii, 1986. http://www.tuumaenergia.ee/index.php?id=90 (04.04.2010)

[15] Tuumajaam. Asukoht. http://www.tuumajaam.ee/index.php?id=10611 (10.04.2010)
LISAD

Lisa 1

Joonis 1. Tuumkütuse tsükkel
Joonis 2. Kasutatud tuumkütuse komplekt paigutatakse lõppladustamiseks teras- ja vaskkonteinerisse.

Lisa 2

Maailma elektritootmine 2004

Tabel 1. Maailma elektritootmine.
Süsi, nafta , gaas
10934
Hüdroenergia
2759
Tuumaenergia
2615
Geotermaalne, tuul, päike, puit, jäätmed
341
Kokku
16650 miljardit kWh
Joonis 3. Maailma elektritootmine.

Lisa 3
Joonis 4. Tuumareaktorite põlvkonnad

.RTF Laadi alla originaalfail 28 lk · .rtf · 123 allalaadimist

50 punkti Autor soovib selle materjali allalaadimise eest saada 50 punkti.

~ 28 lehte Lehekülgede arv dokumendis

2010-05-03 Kuupäev, millal dokument üles laeti

123 laadimist Kokku alla laetud

2 arvamust Teiste kasutajate poolt lisatud kommentaarid

SweexAccount Õppematerjali autor

Mis on tuumaenergia?, Kuidas tuumaenergia tekib?, Tuumaenergia kasulikkus, Tuumkütus, Tuumareaktor, Levinuimad reaktoritüübid, Reaktorite põlvkonnad ,Esimene põlvkond, Teine põlvkond, Kolmas põlvkond,Neljas põlvkond ,Tuumaelektrijaamad maailmas, Tuumaenergia ohud, Tuumajäätmed, Tuumajaamade avariid, Milleks Eestile tuumaelekter?

tuumaenergia tuumaenergia kasulikkus tuumkütus tuumareaktor reaktoritüübid reaktorite põlvkonnad esimene põlvkond teine põlvkond kolmas põlvkond neljas põlvkond tuumaelektrijaamad tuumaenergia ohud tuumajäätmed tuumajaamade avariid tuumaelekter

Kasutatud allikad

Sarnased õppematerjalid

pdf

Tuumaenergia

kasvuks prognoositakse 1,6%. Seda kõike silmaspidades, suureneb järjest vajadus leida alternatiive fossiilkütustel töötavatele elektrijaamadele. Üheks populaarsemaks alternatiiviks on viimaste aastatega tõusnud tuumaenergia tootmine ja kasutamine. Ka Eestis on energeetikaprobleemid tõusnud lähiaastatega üha aktuaalseimaks. Keskkonnasõbraliku elektritootmise organiseerimine vajab otsustavat lahendust lähiaastail, ning on vajalik vastu võtta konkreetne otsus võimaliku tuumaenergeetika rakendamise kohta Eesti Vabariigis. Euroopa Liidu üha karmistuva kliima- ja energiapoliitika tingimustes tuleb Eestil tõsiselt mõelda selle üle, mille arvel katame oma elektrivajadusi tulevikus. Eestis toodetakse praegu üle 90% elektrienergiast põlevkivist ning ka kõige nüüdisaegsemate tehnoloogiate kasutamisel eraldub põlevkivist elektrit tootes suures koguses CO2 ehk kasvuhoonegaasi. Oma energiatootmise keskkonnasõbralikumaks muutmiseks tuleb Eesti Energial

Ökoloogia ja keskkonnakaitse

docx

Tuumaenergiauus (1)

kasvuks prognoositakse 1,6%. Seda kõike silmaspidades, suureneb järjest vajadus leida alternatiive fossiilkütustel töötavatele elektrijaamadele. Üheks populaarsemaks alternatiiviks on viimaste aastatega tõusnud tuumaenergia tootmine ja kasutamine. Ka Eestis on energeetikaprobleemid tõusnud lähiaastatega üha aktuaalseimaks. Keskkonnasõbraliku elektritootmise organiseerimine vajab otsustavat lahendust lähiaastail, ning on vajalik vastu võtta konkreetne otsus võimaliku tuumaenergeetika rakendamise kohta Eesti Vabariigis. Euroopa Liidu 3 üha karmistuva kliima- ja energiapoliitika tingimustes tuleb Eestil tõsiselt mõelda selle üle, mille arvel katame oma elektrivajadusi tulevikus. Eestis toodetakse praegu üle 90% elektrienergiast põlevkivist ning ka kõige nüüdisaegsemate tehnoloogiate kasutamisel eraldub põlevkivist elektrit tootes suures koguses CO2 ehk kasvuhoonegaasi

Kategoriseerimata

doc

Tuumareaktorid - kordamisküsimused

1. Tuumaenergeetika osa elektroenergeetikas. Tuumaenergeetika areng. Tuumareaktorite liigitus. Tänapäeval on 30 riigis elektritootmisel käigus 443 tuumareaktorit koguvõimsusega 372 GWe. Tuumalõhustumise energia abil toodetakse 16 % kogu maailma elektrist (~7% moodustab maailmas tarbitavast energiast). Tänu ioniseeriva kiirguse ja 1930-ndate aastate lõpul tuumamuundumiste, tuumalõhestumiste uurimisele arenes välja tuumaenergeetika. Teadaolevalt käivitati 1940-ndate alguses esimene tuumareaktor. Lisaks soodustas mingil määral tuumarelvastuse ja sõjalaevade tuumajõuseadmete väljatöötamine energiatootmiseks sobivate tuumareaktorite ja tuumkütusetsükli arengut. USA ja NL lõid tööstuskompleksid suurte 235U koguste rikastamiseks ja plutooniumi 239Pu tootmiseks, aga seega ka eeldused reaktorikütuste valmistamiseks. Katsetati erinevaid

Tuumareaktorid

doc

Tuumaenergia kasutamine

VI Tuumariigid VII Varitsev oht lk 6 VIII Tuumaenergia kasutamine Eesti lähisriikides lk 7 IX Korduma kippuvad küsimused lk 8 X Kokkuvõte lk 10 Kasutatud materjalid lk 11 2 I. Tutvustuseks 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. Tuumaelektrijaamades on võimalik toota elektrienergiat suures koguses, ökonoomselt ja õhusaastevabalt. Uuringud näitavad, et tuumaenergiast saadud elekter on söest toodetust isegi odavam. Tänapäeval annavad tuumaelektrijaamad 17% kogu elektrienergiast, peaaegu sama palju kui hüdroelektrijaamad. Tuumaelektrijaamas kasutatakse kütusena uraani, mille varusid arvatakse

Füüsika

docx

Tuumaenergia referaat

neutronkiiritamisel tekkivat plutooniumi. Sellega kasutatakse kogu uraanis sisalduvast lõhustumisenergiast ära ainult 1-2 %. Tuumaenergeetikas on tänapäeval kasutusel nn ühekordne (once-through) tuumkütuse tsükkel ja kasutatud kütus läheb kohe (lõpp)ladustamisele. Uraani madal hind ei soodusta kasutatud tuumkütuse ümbertöötamist ja nii töödeldakse taaskasutamiseks ainult mõni protsent. Kuna aga lõppladustamist ei praktiseerita, siis saab edasises tuumaenergeetika arengus ka senist kasutatud kütust kiiretes reakrorites veel ära kasutada. Paljud riigid loevadki kasutatud tuumkütust õigustatult oluliseks energiaressursiks. Majanduslikud põhjused on limiteerivad ka kiirete reaktorite vähesel levikul. Ehkki samast uraanikogusest saaks viimastes kätte 50-60 korda rohkem energiat palju väiksema jäätmekogusega, pole praegu soodne umbes kaks korda kallimaid kiireid reaktoreid ehitada

Geograafia

doc

Tuumajaamad

SISUKORD SISUKORD............................................................................................... 2 TUUMAREAKTOR.................................................................................3 AATOMIELEKTRIJAAMAD................................................................6 TUUMAJÄÄTMED................................................................................. 8 KOKKUVÕTE......................................................................................... 9 KASUTATUD KIRJANDUS.................................................................10 TUUMAREAKTOR Tuumareaktorid on seadmed, milles toimuva uraani- või plutooniumituumade juhitava lõhustumis-ahelreaktsiooni käigus vabaneb tohutu hulk soojusenergiat (miljoneid kordi rohkem kui sama koguse parima kütuse põletamiseks). Esmakordselt pani uraanituumade lõhustumise ahelreaktsiooni käima Enrico Fermi juhtimisel töötav teadlaste kollektiiv USA-s 1942.a. detsembris. Nõukogude Liidus lasi silm

Füüsika

docx

Tuumaelektrijaam

komplekteerida kõrgradioaktiivsete jäätmete ladustamise rajatisi. Taolised sügavad maaalused rajatised on kõrgeima keskkonna, geoloogilise ja inimturvalisuse standardiga. Ollakse teadlikud vastutusest, kollektiivselt investeeritakse turvalisusesse rohkem kui mõnes teises võrreldavas ettevõttes. Tuumajäätmete ohutukstegemise probleem on vastavate eriteadlaste huvitsentrumis. Vene teadlane Viktor Arhipov väidab, et tuleviku tuumaenergeetika süsteemides on võimalik elektritootmise käigus samas põletada kõrgradioaktiivseid jäätmeid. Edukalt arenevas rahvusvahelises koostöös on väljatöötamisel moodsad lähituleviku tuumareaktorid, millest tähtsamaiks võib pidada tuumalõhustusreaktorite IV põlvkonna ja termotuumasünteesi reaktori prototüübi projekte. Esimene teeb võimalikuks praegusega võrreldes 5060 korda suurema energia saamise samast uraanikogusest üliohututes standardkonstruktsiooniga säästlikes

Füüsika

doc

Tuumaenergia tulevik

Kogu tuumaelektrijaamast saadav kiirgus sõltub jaama tüübist, erinevate eeskirjade täitmisest ja jaama kasutusest. Täpseid eritatava kiirguse doose mõõdetakse tuumajaamade ümbruses pidevalt. Samuti teostatakse pidevat kiirgusseiret tuumajaama sees. Seega võib üsna kindlalt öelda, et liigse radioaktiivse kiirguse vabastamine ei ole probleem, mis võiks takistada tuumaelektrijaamade levikut. 4 Tuumaenergia tulevik Juba praegu toimub tuumaenergeetika taassünd. Energiavajadus aina suureneb ning seetöttu fossiilkütuste varus kahanevad kiiresti. Globaalne soojenemine on saanud tähtsaks teemaks teaduses ning üleüldiselt. Aina mõeldakse alternatiive ning ühe rohkem ollakse kindel, et kõige ohutum on tuumaenergia. Hethel on 2020-ks aastaks plaanis ehitada 160 tuumareaktorit ning nendele on pakutud juba 320 plaani. Hiina ja Venemaa plaanivad ehitada kuus jaama vee peale, millest esimene valmib aastal 2018.

Elektroenergeetika

Rohkem sarnaseid