Tuumaenergia referaat (1)

Tuumaenergia olemus
Tuumafüüsika kui teadusharu sündis koos radioaktiivsuse juhusliku avastamisega prantsuse teadlase Henri Becquereli poolt aastal 1896. Järgnevate aastakümnete jooksul on oma panuse selle teadusharu arengusse andnud mitmed nimekad teadlased. Seda veidi üle sajandi vanust avastust on rakendatud väga erinevates valdkondades - 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. Samas võib tuumajaamaga kaasneda oht radioaktiivse saaste kandumiseks keskkonda.. Lisaks eraldub , nii nagu teistestki elektrijaamadest, suurtes kogustes (mitteradioaktiivset) veeauru ja alati on energia saamisega seotud kaudsed emissioonid.
Kuidas tuumaenergia tekib?
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.
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. 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.
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[], 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.

Tuumaseadmete ohutus

Ohutuse tagamise suhtes on tuumaenergia arengu kestel väga palju tehtud ja saavutatud. Euroopa Liidu kui maailma suurima tuumaelektri tootja seadmetes ei ole kogu ajaloo jooksul toimunud ühtki tõsisemat avariid . Enamik praegustest töötavatest tuumareaktoritest on ohutuse suurendamiseks ja käidu lihtsustamiseks täiustatud. Eriti kehtib see uue põlvkonna kergevee reaktorite kohta, mille ehitusse on projekteeritud lihtsustatud hooldussüsteemid ja passiivsed, see on operaatorist sõltumatult toimivad , ohutussüsteemid.
Tuumaenergeetikas võivad ohutuse rikkumise tagajärjed ulatuda kaugele väljapoole tuumajaama ennast. Selgeks näiteks oli puuduliku konstruktsiooniga reaktori ja ohutusreeglite jõhkra rikkumise tulemusena arenenud Tšernobõli avarii 1986. a. Seepärast ei saa tuumaohutusega seotud tegevust ainult tuumajaama operaatori kontrolli alla jätta. Igal juhul on õigustatud tõhus asjakohasele seadusandlikule ja täidesaatvale baasile tuginev riigipoolne ja rahvusvaheline järelevalve. Nii irooniline kui see ka ei näi, soodustas just eelnimetatud avarii tuumaohutuse tohutut parandamist kogu maailmas. Võib täie kindlusega väita, et kaasaegsed arendused reaktoriehituses koos praeguste ohutusstandardite, käidupraktika, tugeva järelevalve- ja inspektsioonisüsteemiga on võimelised tagama tuumaenergia ohutuse. Samas suurenevad riskid vältimatult, kui ükski neist süsteemidest ei täida oma ülesandeid korralikult.
II põlvkonna reaktorid
Enamik praegu energeetikas kasutatavaid tuumareaktoreid loetakse II põlvkonda kuuluvaks. Ajalooliselt on väljaarendatud mitmeid erinevaid reaktoritüüpe, millest arvukuse järjekorras on end praktikas suuremal või vähemal määral õigustanud järgmised:

• surveveereaktor PWR ja WWER,
  

• keevveereaktor BWR,
  

• surveraskeveereaktor PHWR või CANDU,
  

• täiustatud gaasjahutusega reaktor AGR,
  

• kergevee grafiitaeglustiga reaktor RBMK,
  

• kiire reaktor FBR.
  

Väljaarvatud väikesearvuline viimane tüüp FBR, on kõik ülejäänud aeglastel neutronitel töötavad reaktorid, mis kasutavad tuumkütusena peamiselt looduslikku või 235U suhtes väherikastatud uraani ja osaliselt reaktori töötamisel 238U 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. Olukord on küll viimastel aastatel muutumas seoses IV põlvkonna reaktorite ja vastava sümbiootilise tuumkütuse tsükli.arendamisega. Majanduslikud tegurid konkurentsis muude kütustega määravad samuti suuresti asjaolu, et siiani on eelistatud suure elektrilise võimsusega > 1000 MWe tuumareaktoreid. Saadakse ju nii parem suhe €, $, EEK / kWh kohta!
Energeetiline tuumareaktor toodab tuumkütuse tuumade kontrollitaval lõhustumisel vabanevat soojusenergiat, mida kasutatakse auruturbiiniga ühendatud generaatoris elektri saamiseks. Tüüpiline soojusefektiivsus enamikul praegustel tuumajaamadel on 33-36 %. Vaatamata reaktoritüüpide erinevusele, on tuumajaama üldskeem ja rida komponente nende ehituses ühised.