Tuumajaamad (0)

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 silmapaistva teadlase Igor Kurtšatovi juhtimisel töötanud füüsikute kollektiiv esimese tuumareaktori käiku 25. detsembril 1946. a.
Inglise keeles tähistatakse tuumareaktorit sõnaga pile, mis tähendab virna. Esimene tuumareaktor oligi oma olemuselt virn, sest ta koosnes mitmesajast suurte grafiittelliste kihist, mis kokku moodustasid midagi tohutu grafiitkera taolist. Kera suhteliselt väikeses keskosas, reaktori nn aktiivtsoonis, läbis telliseid kaks silindrilist avaust, millesse asetati metallilist uraani või selle oksiide sisaldavad alumiiniumpadrunid. Kokku viidi aktiivtsooni umbes 50 tonni uraani, mille mass ületas kriitilise massi ja milles seetõttu võis kulgeda isearenev lõhustumis-ahelreaktsioon. Aktiivtsoonis uraanipadrunite vahel olev grafiit etendas neutroniaeglusti osa, välised kompaktsed grafiidikihid aga moodustasid peegeldi, mis suunas neutronid tagasi aktiivtsooni, kui nad sealt uraani-235 tuumasid lõhustamata või uraani-238 tuumades neeldumata välja lendasid. Et ahelreaktsioon ei algaks enneaegselt, paigutati reaktorit ülalt alla läbivatesse spetsiaalsetesse kanalitesse kaadmiumvardad, mida oli kerge üles tõsta ja alla lasta. Kaadmium neelas ahnelt neutroneid ega võimaldanud neil laviinitaoliselt paljuneda. Varraste järkjärgulise reaktorist väljatõmbamise teel oli võimalik väga kindlalt ja täpselt reguleerida ahelreaktsiooni algusmomenti ja kiirust ning automaatselt hoida seda mistahes soovitaval tasemel. Peale selle olid reaktoris kanalid mõõteriistade ning neutronitega pommitamiseks aktiivtsooni viidavate ainete jaoks. Reaktori töö käigus tekkis väga ohtlik, suure läbimisvõimega neutron - ja gammakiirgus, seepärast tuli reaktor ümbritseda kahe-kolme meetri paksuse betoonkestaga, nn bioloogilise kaitsega .
Tuumareaktoreid kasutatakse elektrienergia tootmiseks, teaduslikel uurimistöödel rakendavate võimsate neutronivoogude tekitamiseks, mitmesuguse kiirgusintensiivsuse ja poolestusajaga radioaktiivsete tehisisotoopide valmistamiseks, ainete kiiritamiseks nende füüsikaliste ja keemiliste omaduste muutmise eesmärgil, jõuseadmetena laevadel, tuumkütuse (plutooniumi-239 ja uraani-233) saamiseks mittelõhustuvast uraanist-238 ja tooriumist-232.
Liigid
1) Uraan -grafiitreaktor – esimene reaktoritüüp, milles tuumkütust ümbritseb neutroniaeglustiks olev grafiit. Neid rakendatakse laialdaselt niihästi plutooniumi kui ka elektrienergia tootmiseks määratud tööstuslikes seadmetes .
2) Vesi-vesireaktor – tuumareaktor, milles neutroniaeglustiks ja soojuskandjaks on tavaline destilleeritud vesi. See võimaldab ühesuguse võimsuse korral saada veidi rohkem plutooniumi kui teised reaktorid .
3) Kiirete neutronitega reaktorid – tuumareaktorid, milles tuumkütuse (tugevasti rikastatud uraani-235 ja plutooniumi-239) lõhustumist põhjustavad kiired neutronid, mille energia on 1MeV või üle selle. Need reaktorid ei sisalda aeglustit. Neil on tavaliselt väikesed mõõtmed, kuid nende laadimiseks kulub palju kütust.
4) Vahepealsete neutronitega reaktorid – tuumareaktor, milles uraanituumade lõhustumist põhjustavad nn vahepealsed neutronid, mille energia on 0,1keV kuni 0,1MeV.
5) Aeglaste (soojuslike) neutronitega reaktor – tuumareaktor, milles tuumkütuse lõhustumist põhjustavad peamiselt aeglased neutronid. Nendes kasutatakse aeglusteid (vett, grafiiti , rasket vett), mis vähendavad neutronite energia ligikaudu 0,03eV-ni.
6) Rikastatud uraaniga reaktor – tuumareaktor, milles kasutatavat tuumkütust on rikastatud uraaniga-235. Rikastatud kütuse kasutamise korral suureneb neutronite paljunemistegur niivõrd, et vähe neutroneid neelavate spetsiaalsete materjalide asemel on reaktori ehitamisel võimalik kasutada veidi rohkem neutroneid neelavaid materjale, näiteks roostevaba terast, aeglustina aga on rakendatav harilik vesi. Lisaks sellele vähendab suurem uraani-235 sisaldus tuumkütuse kriitilist massi ja seetõttu ka reaktori mõõtmeid.
7) Nullvõimsusega reaktor – tuumareaktor, mille võimsus on nii väike, et ei ole tarvis sundjahutust ega spetsiaalseid abinõusidteenindava personali kaitsmiseks kiirguse eest. Neid kasutatakse ainult uurimistöödeks ja õppeotstarbeks.
8) Gaasjahutuse reaktor – tuumareaktor, milles vee või vedela metalli asemel on soojuskandjaks vähe neutroneid neelav gaas . Gaasjahutus annab reaktori väljundil väga kõrge temperatuuri, mis on vajalik seadme kasuteguri suurendamiseks , kuid nõuab tunduvat energiakulu suurte gaasihulkade läbipumpamiseks reaktorist.
9) Raskevesireaktor – tuumareaktor, milles aeglustiks on raske vesi. Kasutatakse uurimistööks, sest nad võimaldavad aktiivtsoonis saada väga suurel hulgal neutroneid.
10) Basseinreaktor – tuumareaktor, milles soojuselemendid on kassettidena paigutatud suure basseini põhja. Basseinis olev vesi täidab üheaegselt niihästi jahuti kui ka neutroniaeglusti ülesandeid. Kasutatakse peamiselt uurimistöödeks ja radioaktiivsete isotoopide valmistamiseks.
11) Vedelkütusreaktor – tuumareaktor, milles tuumkütust kasutatakse vedelikuna (uraani- või plutooniumsoola lahusena või lõhustuva aine peene suspensioonina). Vedelik, milles tuumkütus on lahustatud või suspendeeritud, etendab ühtlasi neutroniaeglusti ning aktiivtsoonist soojust äraviiva soojuskandja osa. Selle reaktori eelis on see, et lõhustumisproduktide ja kasutamata jäänud tuumkütuse kõrvaldamine ning värske kütuse sisseviimine võib toimuda pidevalt, ilma reaktori seiskamiseta ümberlaadimise otstarbel. Ühtlasi see eelis komplitseerib ka reaktori konstruktsiooni ja rakendab ta tööd, sest kütuse pidevaks regenereerimiseks on vajalik spetsiaalne sõlm, milles kogu aeg peab viibima osa reaktoris ringlevast lõhustuvast materjalist.

AATOMIELEKTRIJAAMAD

Tuumaelektrijaam ehk tuumajaam ehk tuumajõujaam ehk aatomielektrijaam on elektrijaam, kus elektrienergiat saadakse aatomituuma lõhustumisest. Tuumaenergia on tõestatud tehnoloogia , mis annab suure panuse maailma elektrivarustuses. Elekter on praegusel ajal kõige käepärasem ja mitmekülgsem energia vorm ning teadlased ennustavad elektri osatähtsuse suurt kasvu ka tulevikus. Esimest korda toodeti tuumareaktori abil elektrienergiat 20. detsembril 1951 USAs Idahos. Esimene aatomi- ehk tuumaelektrijaam ehitati 1954.a. NSV Liidus Moskva lähistel Kaluga oblastis Obninskis, maailma esimene tuumakütusel toodetud elekter voolas juhtmestikku 27.juunil 1954.a. Kui Nõukogude tuumaelektrijaam esimest voolu andis ning sellega tuumaenergia rahumeelse rakendamise võimalusi näitas, astuti suure kiiruga esimesed sammud, et ka Ameerikas tuumaelektrijaam ehitada. Juba kolme päeva pärast teatas USA valitsus, et Pennsylvania osariigis püstitatakse katse-tuumaeletrijaam. Aasta hiljem -1955 – töötas kogu maailmas 18 tuumaelektrijaama , veel rohkem oli ehitusjärgus. Selleks ajaks oli Nõukogude Liidus hakanud tööle mitmeid väiksemaid ja suuremaid , mitmesuguse ehituse ja eri liiki reaktoritega tuumaelektrijaamu. Ehkki nad andsid elektrit, nimetati neid katse-elektrijaamadeks. Selleks ajaks oli juba selgunud, et kõige tasuvamad on suured tuumaelektrijaamad , mille võimsus on 400000 kuni 600000 kilovatti.
Tuumaenergia saamiseks tuleb aatomi tuumas kutsuda esile teatavad reaktsioonid. Selleks kasutatakse radioaktiivsete keemiliste elementide, näiteks uraani ja plutooniumi aatomeid. Tuumaenergiat annavad kahesugused tuumareaktsioonid : tuumade lõhustumine ja tuumade süntees. Tuumade lõhustumist kasutatakse aatomielektrijaamades, kus uraani aatomi tuuma pommitakse neutronitega. Tuuma lõhustumisel lendab temast välja mitu vaba neutronit, mis tabavad teiste aatomite tuumi. Sel viisil kutsutakse esile tuumade lõhustumise ahelreaktsioon, mille käigus vabaneb suur hulk energiat. Tuumasünteesis vabaneb energia siis, kui kerged tuumad liituvad rasketeks tuumadeks.
Tuumaenergiat kasutatakse enamasti elektrienergia saamiseks, kuid seda rakendatakse ka meditsiinis, näiteks haiguste diagnoosimisel ja kasvajate puhul, ning uurimistöös. Tuumaenergial põhinevad ka tuumarelvad.
1970. aastal oli Ameerika Ühendriikides 21 tegutsevat ja 53 ehitatavat aatomielektrijaama, 2000. aastaks on oli aatomielektrijaamade koguvõimsus juba 200 miljonit kilovatti. Nõukogude Liidus oli 1970. aastal 9 tegutsevat ja kaheksa ehitatavat reaktorit. 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.

TUUMAJÄÄTMED

Tuumaelektrijaamade kasutamise ohud
Tuumakütuse jäägid on radioaktiivsed, kõigile elusorganismidele väga ohtlikud. Nende lagunemiseks kulub sadu tuhandeid aastaid, seetõttu tuleb kütusejääkide ladustamisel arvestada nende ohutu hoidmiskohaga erakordselt pikaks ajaks. Tuumajõujaamades tekivad väga ohtlikud radioaktiivsed jäätmed, mis püsivad sellisel kujul üsna kaua. Et neist ei ole võimalik vabaneda , tuleb neid säilitada pliikonteinereis. Aastaid on tuumajäätmete ladustamiseks kasutatud meresügavikke. Ent tänapäeval püütakse sellele probleemile leida muid lahendusi, sest kardetakse , et merevee korrodeeriv toime võib konteinerites raudbetoonist varjestusele avaldada hävitavat mõju.
Tuumaelektrijaamad on ohtlikud riigikaitseliselt, kuivõrd on potentsiaalseks märklauaks riigi vastu suunatud rünnakute korral. See on tinginud väga kalliste 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.
Tuumaelektrijaamade kasutamise eelised
Tuumaelektrijaamad ei eralda kasvuhoonegaase ega pruugi saastada õhku.
Normaalse töö korral tekib vähe tahkeid jäätmeid ja kütust kulub samuti vähe.
Maailmas on suured tuumakütuse potentsiaalsed varud, kuid praegusaegse tehnoloogiaga kasutatavate varude hulk on piiratud ja ammendub erinevatel hinnangutel 70–200 aastaga.

KOKKUVÕTE

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. 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.
2009. aasta seisuga oli maailma tuumaelektrijaamades 437 tegutsevat rektorit, mis kokku tootsid 17% maailma elektrienergiast. Kõige rohkem oli reaktoreid USA-s (104), järgnevad Prantsusmaa (59), Jaapan (53) ja Venemaa (31).
Eestile lähimad tuumaelektrijaamad: Sosnovõi Bori tuumaelektrijaam Leningradi oblastis, mis on lähim Kirde-Eestile, Loviisa tuumaelektrijaam Soomes, mis on lähim Tallinnale ja Ignalina tuumaelektrijaam Leedus (on suletud 31.detsembril 2009.a.).

KASUTATUD KIRJANDUS

Allas, A., Einasto, H., Kasesalu, A. jt 2008. TEA Laste- ja noorteentsüklopeedia. Tallinn TEA Kirjastus.

Backe, H. 1984. Retk füüsikasse. Tallinn. Valgus.

Baxter, N. 2001. Tuhat küsimust ja vastust. Tallinn. Sinisukk.

Gladkov, K.1977. Aatomi ABC. Tallinn. Valgus.

Kabardin, Q. 1990. Koolifüüsika käsiraamat. Tallinn. Valgus.

Kedrov, F. 1975. Irene ja Frederic Joliot-Curie. Tallinn. Valgus.

Kindersley, D. 2000. Illustreeritud lasteentsüklopeedia. Tallinn. Avita.

Klemm , P. 1976. Elektrimootorist kosmoseraketini. Tallinn. Valgus.

Lukki, T. 2000. Füüsika miniteatmik. Tallinn. AS Kirjastus Ilo.

Repossi, G. 1984. Elu ja surma küsimus. Ökoloogia illustreeritud ajalugu. Tallinn. Valgus.
10