Tuumaenergia (0)

Tuumaenergia
Koostas:
Juhendas :
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 jätkuvat umbes viiekümneks aastaks. Rikkalikumad uraanileiukohad on Kanadas, USA-s ja LAV-s.
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.
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. See leiab kinnitust ehitatavate ja kavandatavate reaktorite suures arvus – Maailma Tuumaassotsiatsiooni WNA 2007.a. andmetel 222 reaktorit .
Tuumaelektrijaamades kasutatakse ära tuumade lõhustumise tagajärjel vabanev energia. Reaktoris luuakse tuumaenergia tootmiseks kontrollitud ahelreaktsioon , kus energia vabaneb soojusena. Viimast rakendatakse vee kuumutamiseks ja auru tekitamiseks, auru abil pannakse tööle elektrienergia tootmiseks kasutatavad turbogeneraatorid.
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.
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. 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.
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.
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.
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.
Maailma tuumajaamade kaart 2008 (International Nuclear Safety Center)
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.