Tuumaenergia kasutamine, füüsika (0)

Referaat
Virgo Ernesaks
EÜ12

Tuumaenergia kasutamine



Jaanuar 2015
Sissejuhatus
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.
Tuumaenergia on tõestatud tehnoloogia , mis annab suure panuse maailma elektrivarustuses. Tänaseks on spetsialistidele piisavalt selge, et tuumaenergia on ainus tõeline elektriallikas inimkonna jaoks, mis ei põhjusta kasvuhooneefekti, happevihmu jm. Fossiilsed kütused annavad praegu üle poole maailma elektritoodangust; hüdroenergia ja tuumaenergia osatähtsus on tunduvalt väiksem. Tuumaenergia üksi ei kindlusta turvalisust ja pidevat elektrivarustatust üle maailma ega saa ka ainsaks faktoriks kahandamaks kasvuhoonegaaside emissiooni, kuid ta mängib tähelepanuväärset rolli antud alal. Tuumajaamad peavad oma ellujäämiseks ka tulevikus tõestama oma turvalisust ja seda, et jäätmete ladustamine ei kahjustaks mingilgi moel keskkonda. Tuumaelektrijaamadel on väga kõrge ehitusmaksumus , kuid selle kompenseerib väga madal kütuse hind. Gaasipõletusjaamu võib ehitada odavalt, kuid gaas kütusena on kallis, eriti Lääne-Euroopas. Tuumaenergia säilitab oma konkurentsi paljudes maades, välja arvatud piirkondades, kus avaneb otsene juurdepääs odavale kivisöele.


Kasutamine maailmas
Tuumaenergeetika võeti kõige enam kasutusele Prantsusmaal. Tänaseks - 80% elektritoodangust. Tuumaelektrijaamade rajamine on jõukohane rikastele kõrgelt arenenud riikidele, sest kõrgtehnoloogial põhinev tootmine nõuab väga suuri kapitalimahutusi. Kolm suurriiki – USA, Prantsusmaa ja Jaapan toodavad ⅔ maailma tuumaenergiast. Üle 90% tootmisvõimsustest paiknevad arenenud tööstusriikides. Enam kui pooled täna ehitusjärgus olevast 27 jaamast asuvad kiire majanduskasvuga aasia riikides, samuti Kesk- ja Ida- Euroopas.
Tuumaelektrijaamad on ohtlikud ja riigid kel on teisi energiaallikaid, ei ole neist eriti huvitatud. Energiavaesed riigid, nagu Jaapan, Lõuna-Korea ja Prantsusmaa kasutavad tuumaenergiat palju. Siiski on keskkonnakaitsjate tugeval survel mitmeid tuumajaamu suletud.
Vajadus tuumaenergia järele
21. sajandi alguses võib täheldada selgeid märke tuumaenergeetika taassünnist, mida tõukavad tagant elanikkonna arvukuse kasv, vajadus energia järele, fossiilkütuste varude kahanemine, nende kasvavad hinnad ja tarnijamaade poliitiline ebastabiilsus , mure globaalse soojenemise pärast.
Eeldused taassünniks on kaalukad ja põhjendatud, sest tuumaenergia on CO2-vaba keskkonda mittesaastav ohutu kontsentreeritud baasenergiaallikas ja juba praegu üks peamisi energiaressursse (annab näiteks 31 % Euroopa Liidu elektrist).
Tuumakütust on ka looduses küllaldaselt ja puudub konkurents selle kasutamiseks muul otstarbel . Tähtsusetud pole ka asjaolud, et kütusevarud asuvad poliitiliselt stabiilsetes riikides ning et tuumaelektri hind on teiste energialiikide suhtes konkurentsivõimeline. Juba on algatatud ambitsioonikad tuumaelektrijaamade arendamise programmid USA-s, Prantsusmaal, Hiinas, Indias, Jaapanis , Venemaal jm.
Tänapäevased reaktorid
Reaktorid jaotatakse nelja põlvkonda kuuluvateks. Enamus kasutusel olevatest jaamadest kuulub kas teisse või kolmandasse põlvkonda. Põlvkondasid eristavad peamiselt nõuded turvalisusele, efektiivsusele ning säästvale käidule.
Tänapäevaste tuumareaktorite arendajate peamiseks sihiks on vähendada kõikvõimalikke tuumajaamaga kaasneda võivaid riske ning optimeerida nende tööd. Nii on näiteks Tšernobõlis kasutatud (Leedu Ignalina tuumajaamas kasutati analoogseid) RBMK-tüüpi teise põlvkonna reaktoritest astutud suur samm edasi kaasaegsete kolmanda põlvkonna reaktoriteni. Neljanda põlvkonna reaktorite kommertskasutusse võtmist ei ole järgmise 15 aasta jooksul ette näha.
Tuumaenergia kasutamine maailmas
Maailmas toodetakse rohkem kui 16% kogu elektrienergiast tuumkütuse baasil. Kokku on maailmas kasutusel 439 kommertstuumaelektrijaama 30-s riigis. Lisaks sellele on kasutusel 284 õppereaktorit 56 riigis ning umbes 220 reaktorit on paigutatud laevadele või allveelaevadele.
Tuumaenergia katab suurima protsendi kogu riigi elektrivajadusest järgmistes riikides: Prantsusmaa (~78%), Slovakkia ja Belgia (~55%), Rootsi (~50%), USA (~20%).
Kuigi osades Euroopa riikides, nagu Saksamaa ning Austria[1] , kaldub avalik arvamus tuumaelektrijaamade kasutamise vastu, viitavad arengud üldisele tuumaenergia kasutamise tõusule. Nii on näiteks Hiina ja India seadnud eesmärgiks oluliselt suurendada tuumaenergiast saadava elektrienergia tootlust, sama kehtib Venemaa, Brasiilia, Argentiina kohta. Ühtlasi kaaluvad esimese tuumajaama rajamist ka väga suur uraanimaagi kaevandaja Austraalia ning Põhja-Aafrika riigid. Fossiilsete kütuste hinna ning piiratuse tõttu avaldub taoline trend tõenäoliselt teisteski riikides.
Tuumariigid
Riigiti erineb nii tuumareaktorite arv kui nende toodetud tuumaelektri osa laiades piirides. Kõige rohkem reaktoreid töötab Ameerika Ühendriikides – 104, järgnevad Prantsusmaa 59 ja Jaapan 55 reaktoriga. Samas toodab tuumaenergia suurima osana kogu oma elektrist - 78 % - Prantsusmaa; järgnevad Leedu ja Slovakkia vastavalt 69 % ja 57 % (kuni viimase ajani juhtis seda edetabelit Leedu, kuid kaotas esikoha ühe reaktori sulgemise järel). Üle kolmandiku moodustab tuumaelekter veel Belgias, Bulgaarias, Ungaris, Lõuna- Koreas , Rootsis, Šveitsis, Sloveenias ja Ukrainas, üle veerandi Jaapanis, Saksamaal ja Soomes ning umbes viiendiku USA-s.
Tuumaenergia kasutamisega seotud keskkonnaprobleemid
1) Tuumareaktoritega seotud kiirguseoht
Tuumareaktoris on suur kogus äärmiselt radioaktiivseid nukliide. Avarii korral võivad nad paiskuda ümbruskonda ja õhu ning toidu kaudu inimeste ja loomade organismi.
2) Tuumajäätmete lõppladustamine
Radioaktiivsed jäätmed, nende ohutu ladustamine on olnud probleemiks kogu tuuma-energeetika eksisteerimise aja jooksul. Mõned radionukliidid on ohtlikud tuhandeid aastaid.
3) Aegunud tuumajaamade töö lõpetamise raskused reaktori sulgemine . Peale 30 aastat ja enam tööd tuumaelektrijaama sulgemisel tuleb paljusid tema osi vaadelda kui radioaktiivseid jäätmeid. Kõige puhtam ja kõige kallim meetod on lammutamine ja jäätmete ohutu ladustamine. Poolik lahendus on eemaldada ja ladustada suurem osa kõrge radioaktiivsusega osi. Tuumajaam konserveeritakse 20…50 aastaks. Kolmas lahendus on konserveerida jaam
tuhandeteks aastateks.
4) Tuumareaktoris tekib plutooniumi, mis on kaasaegse tuumarelva oluline
koostisosa. Tekkiva plutooniumi kogus sõltub reaktori tüübist. Tuumareaktorite levikuga kasvab oht tuumarelva levikuks.
Tuumaelektrijaamade ehitamiseks tuleb algselt teha väga suuri kapitalimahutusi. Samas on juba eksisteerivate tuumajaamade käigushoidmine ja kütusekulu väikesed. Hiljutised vaatlused USA-s, Rootsis, Suurbritannias ja Soomes näitasid, et tuumaenergia suudab võistelda teiste energialiikidega vabaturu konkurentsis.
Tuumaelektrijaamad on ohtlikud ja riigid kel on teisi energiaallikaid, ei ole neist eriti huvitatud. Energiavaesed riigid, nagu Jaapan, Lõuna-Korea ja Prantsusmaa kasutavad tuumaenergiat palju. Siiski on keskkonnakaitsjate tugeval survel mitmeid tuumajaamu suletud.
Tuumaelektrijaamades ei teki fosfori-, lämmastiku- ega süsihappegaasisaastet. Suurim probleem on avariioht ja radioaktiivsed jäätmed. Õnnetus Three Mile Islandi tuumaelektrijaamas USA-s 1979. aastal sundis läänemaailma tegema tõsiseid korrektuure tuumajaamade ohutuse tagamisel. Endise idaploki maades jõuti selleni alles pärast Tšernobõli katastroofi Ukrainas 1986. aastal.
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.
Tuumaenergia kasutamine Eesti lähiriikides

• Soome
  

Soomes on praeguse seisuga neli tuumareaktorit, mille võimsus on kokku 2700 MW. 2007. a. toodeti tuumaenergiat kasutades 22499 GWh elektrit, mis moodustas 29 % Soome elektritoodangust.
Tuumaenergia puudused on:

• Investorite leidmine. On vaja kedagi, kes paneks nii suure raha nii pikaks ajaks elektrivõimsuste alla, omamata garantiid nende tagasiteenimiseks.
  
• Rajamine on väga kallis. Nt. Soome tuumajaam (1600 MW) maksab 3 mld eurot.
  
• Radioaktiivsete jäätmete lõppladustamine, lahendusi töötatakse välja.
  
• Inimfaktorist tulenev avariirisk
  

• Tuumajaamades juhtuvate õnnetuste korral võivad radioaktiivsed gaasid ja tahke saaste pääseda keskkonda suurtes kogustes (Tsernobõl).
  
• Tuumajäätmete ohutu ladestamine on kõigis TJ omavates maades lahendamata (SRÜ maades ja USA-s jäätmeid hooletult hoitud).
  
• Tuumamaterjali sattumine valedesse kätesse.
  

Avariid
1. Tšernobõli tuumajaamas 26. aprillil 1986 toimunud avarii oli tuumaenergeetika ajaloo rängim. Kiievist 100 km põhja pool asuvas tuumajaamas oli töös neli 1000 MWe elektrilise võimsusega Nõukogude Liidus väljatöötatud ja ajavahemikul 1977-83 käivitatud RBMK tüüpi tuumareaktorit. RBMK on akronüüm venekeelsest nimest „reaktor bol’šoi moštšosti kanal ’nõi“ – suure võimsusega kanalreaktor.
2. Avarii juhtus Three Mile Islandi tuumajaama 2. reaktoris TMI-2 28. märtsil 1979. a. Ehkki see ei põhjustanud ühegi töötaja ega elaniku vigastusi või surma, on ta jäänud USA tuumaenergeetika rängimaks avariiks. Avarii tekitas sündmuste ahel, mis algas aparatuuritõrkega jaama mitte-tuuma osas, ja võimendus ehituslike probleemide, aga peaasjalikult töötajate vigade tõttu. Tulemuseks oli reaktori südamiku sulamine ja kindla kaitsekesta olemasolu tõttu ainult vähese gaasilise radioaktiivse aine pääs väliskeskkonda. Keskmised doosid, mida see avarii inimestele tekitas, jäid 0,01 mSv tasemele . Võrdluseks, loodusliku fooni tekitatud doos on keskmiselt 2-5 mSv aastas.
Korduma kippuvad küsimused
Kas uraanikaevandused saastavad vältimatult keskkonda ning kaevandusjääkide hoidlatest lekib saastet keskkonda?

Uraanikaevandused püüavad keskkonna saastamist minimiseerida, kaevandamise tehnoloogiad on paremini välja arendatud Austraalias ja Kanadas, kus peamised uraanikaevandused omavad ISO14001 sertifikaate. Näiteks Soome kasutab Austraalia ja Kanada kaevandustest kaevandatud uraani baasil valmistatud tuumkütust.
Kas uraan võib olla ohtlik kaevurite tervisele?

Uraani kaevandamist reguleeritakse rangelt enamikus riikides ja kehtestatud standardid tagavad, et kahjulik mõju tervisele jääks normidega lubatu piiresse.
Kas on olemas ohutu kiirituse tase?

Kuna kiirituse piirmäära ei ole võimalik teaduslikult põhjendada, siis järgitakse kiirguskaitses konservatiivsuse printsiipi . Kiirituse madalad tasemed ei ole kahjulikud. Maailmas on mitmeid kohti, kus looduslik kiirgusfoon on võrreldav, ulatudes kuni 50 mSv aastas.
Kas tuumajäätmed (näiteks kasutatud tuumkütus) kujutavad endast lahendamata probleemi?

Kõikides tuumaenergiat kasutavates maades on kehtestatud protseduurid selliste jäätmete hoidmiseks, käitlemiseks ja transportimiseks. Nende tegevustega kaasnevad kulutused on arvestatud elektritootmise hinnas. Rajatakse lõppladustamise kohad, näiteks Soomes Olkiluotos 500 m sügavusele graniitsete kivimite sisse, kus vaskkonteineritesse paigutatud tuumkütuse vardad ümbitsetakse lisaks veel metabentoniitse saviga . Tagatakse, et ka 10000 aasta pärast, kui tõenäoliselt tuleb uus jääaeg , liustikud tuumajäätmete ladestuskohta ei mõjuta.
Kas tuumatööstus on vastutav kohutavate jäätmete eest, mida meie järeltulijad õudusunenäona peavad taluma ?

Tuumaenergeetika on ainus energiat tootev tööstusharu, mis on võtnud kohustuse kanda täit vastutust oma jäätmete käitlemise eest ning katab sellega seotud kulud.
Kas uraani ja muude radioaktiivsete ainete transport on ohtlik?
Kõiki seda liiki aineid transporditakse erikonteinerites, mis on projekteeritud ja ehitatud tagama ohutust kõikvõimalikes olukordades.
Kokkuvõtteks
See kas Tuumaenergia on jätkusuutlik, näitab ehk tulevik. See kas ta on ohtlikum või väheohtlikum loodusele ja inimestele on jällegi kahe otsaga asi. Ühelt poolt on ta ohtlik oma kiiritava mõju tõttu ja avariide pärast, hea jällegi kuna kasutab vähem toorainet ja on odavam.
Mina arvan, et tuleks kasutada vaba energiat, aga kuna see on liiga odav, kuna tooraine puudub, oleks see liiga kohutav kuna vaesus kaoks ja liidrid kukuksid, kelle käes on energiamajandus. Meediakorporatsioonid süvendavad inimestes arvamust, et käes on energiakriis ja tänu loodusvarade kahanemisele oleme me lähenemas järjest süvenevale probleemile. Huvitav on selle juures asjaolu, et sama grupp aktsionäre, kellele kuulub energiatööstus, omab ka meediakorporatsioone. Paistab, et siinkohal on tegu järjekordse hirmu ja konflikti tekitamise taktikaga. Isegi kui vaba energia kontseptsiooni (teisisõnu nullpunkti energiat) on raske uskuda, on teada mitmeid teisigi puhta energia allikaid, mis praeguse energiatööstuse iganenud süsteemi õõnestavad. Neid nähtusi on uuritud ja tõestatud sadades laborites üle maailma, ometi ei näe need päevavalgust. Kui uued energia tootmise tehnoloogiad leviksid üle maailma, oleks tagajärjeks tohutu muudatus . See mõjutaks meid kõiki ja see oleks kasutatav igal pool. Need tehnoloogiad on vaieldamatult kõige olulisemaks avastuseks maailma ajaloos,“ on öelnud  Dr Brian O’Leary, endine NASA astronaut ja füüsikaprofessor.
Me elame maailmas kus meie silme ette on tõmmatud just selline pilt nagu me näeme.
Kasutatud kirjandus
www.wikpedia.com
www.tuumaenergia.ee
www.miksike.ee
www.google.ee/images
www. yahoo .com/images
http://www.insc.anl.gov
https://www.google.ee/
http://www.insc.anl.gov/pwrmaps/map/world_map.php
http://www.google.ee/search?hl=et&q=tuumaenergia+kasutamine&btnG=Google+otsing&lr =