Tuumareaktorid (1)

Tuumareaktorid
Üldiselt:
Tuumareaktor ehk aatomireaktor on seade, milles leiab pidevalt mikroskoopilises, tehnilises mastaabis aset tuumareaktsioon.Üle maailma on levinud tuumareaktorid, mis toodavad uraani või plutooniumi aatomi tuuma lõhustumisest kõigepealt soojust ning seejärel enamasti elektrienergiat ( tuumaelektrijaamad ). Teised rakendused on näiteks vabade neutronite tootmine (näiteks materjalide uurimiseks) ning teatud radioaktiivsete nukliidide tootmiseks, näiteks meditsiinilisel otstarbel .Püütakse välja töötada ka termotuumareaktorit, mis toodab energiat termotuumasünteesist.
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.
Uraan kui kõige alus:

• Tuumaelektrijaamas kasutatakse kütusena uraani, mille varusid arvatakse jätkuvat umbes viiekümneks aastaks.
  
• Rikkalikumad uraanileiukohad on Kanadas, USA-s ja LAV-s. (Kasutatakse peamiselt Uraan-238 isotoopi ja Pu-239 isotoopi. Uraan-238 peab rikastama niipalju et U-235 isotoobi protsent oleks vähemalt 3. )
  
• U-235 looduses esineb väga vähe väikestes kontsentratsioonides. Tuumaelektrijaamas piisab U-235 kontsentratsioonist 3% siis tuumapommi jaoks on vaja juba umbes 90% kontsentratsiooni.
  

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 %
  
• Üle 1/3 moodustab tuumaelekter veel Belgias, Bulgaarias, Ungaris, Lõuna- Koreas , Rootsis, Šveitsis, Sloveenias ja Ukrainas, üle ¼ Jaapanis , Saksamaal ja Soomes ning u 1/5 USA-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.
  

Tuumaenergia suurimad riskiprobleemid

• Tuumaseadmete ohutus
  
• Tuumajulgeolek
  
• Radioaktiivsete jäätmete
  

ja kasutatud tuumkütuse
käitlemine, sh
vahe- ja lõppladustamine

• Võimalik tuumarelvade levik
  

Tuumaenergia vastane liikumine
3 peamist allikat:

• Al 19.saj on ilmunud kirjandusteosed ambitsioonikatest ja ülienesekindlatest teadlastest, kes püüavad kasutusele võtta kontrollimatuid jõudusid
  

• 20.saj ja eriti selle I poolel kasutati radioaktiivseid aineid kontrollimatult ja valesti
  

• Tuumaenergia seondub inimteadvuses koheselt tuumarelvadega
  

• See teadmus kulmineerus USA poolse aatompommide kasutamisega Jaapani vastu 1945. a + tuumakatsetused koos seniajani kestva keskkonnareostusega
  
• Protestid Berliinis (1983, 600000 in) ja Bilbaos (1976, 200000 in)
  
• Veebilehed , allkirjad , blokeerimine , sh aheldamine + nt Texases võimalik ise valida, millist elektrienergiat tarbida soovitakse ning liituda vastavate võrkudega
  
• Mitmed riigid on võtnud tuumavastase hoiaku
  

• Tuumavastaste organisatsioonide arvates on tuumaenergia kasutamise tegelik maksumus liiga kõrge arvestades suuri kapitalikulusid tuumajaamade rajamiseks, maksurahade kulutusi uuringutele ja turvalisuse tagamisele, kulutusi tuumajaamade sulgemisele ning tuumajäätmete säilitamisele ja matmisele
  

• Pooldatakse taastuvenergeetika arendamist , sh biokütuste, tuuleenergia, päikeseenergia ja koostootmise kasutuselevõttu
  

Enrico Fermi
Enrico Fermi (1901 – 1954), silmapaistev Itaalia ja USA tuumafüüsik, Nobeli preemia laureaat. Peetakse üheks 20. sajandi tippteadlastest.
Füüsikadoktori kraadi omandas Pisa Ülikoolis 1922. a. Peamised teadussaavutused : elementaarosakeste statistika, praegusel ajal tuntud fermionide kohta kehtiva Fermi statistika nime all, (1927), tuumade β-lagunemise teooria (1934), tehisradioaktiivsus ja tuumamuundumised aeglaste neutronite toimel ning transuraanide tekitamine (1934), mille eest sai Nobeli füüsikapreemia 1938. Emigreerus 1938. a. USA-sse, kus töötas Columbia Ülikooli ja hiljem Chicago Ülikooli professorina. Juhtis maailma esimese juhitava tuumalõhustumise reaktori ehitamist ja käivitamist Chicago Ülikoolis 1942. a. Osales tuumarelva loomisel Manhattani projekti füüsikute meeskonna ühe juhina. Salastatuse tõttu anti talle koos Leo Szilardiga 1944. a. esitatud esimene tuumareaktori patent alles 1955. a. Perioodilisuse süsteemis järjekorranumbrit 100 kandvale elemendile omistati nimetus fermium . Fermilab on mainekas osakeste kiirendi ja füüsikalaboratoorium Illinoisis, USA.
Esimene tuumareaktor Chicago Pile No1
1942. a. lõpus valmis E. Fermi juhtimisel Chicago Ülikooli staadioni mahajäetud läänetribüüni all asuval squash’i väljakul katseseade Chicago Pile No 1 (CP-1). Alguses nimetatigi selliseid tuumaseadmeid „pile“ (e.k., virn, riit; patarei) ja alles 1952. a. tuli kasutusele „tuumareaktor“. Algselt E. Fermi ja L. Szilardi projekti järgi üldjoontes kerakujulisena kavandatud seade koosnes vaheldumisi laotud ja puitdetailidega kinnitatud neutronite aeglustina toimivatest ülipuhta grafiidiplokkidest ja uraanoksiidist tuumkütuse tellistest. E. Fermi ise kirjeldas aparatuuri kui „ mustade telliste ja puitprusside lohakat virna“. Töö käigus ja suure hulga alakriitiliste virnade katsetustest selgus, et uraani kriitiline mass saavutatakse kera lõpuni välja ehitamata ja nii jäigi osaliseks keraks. Seade oli varustatud neutroneid ahnelt neelava kaadmiumiga kaetud kontrollvarrastega, kuid jahutussüsteemi ei peetud vajalikuks. Põhjalikult oli mõeldud tuumaohutuse peale. Ametis oli kirvemees, et köie läbiraiumisega kukutada seadmesse selle kohal rippuv kaadmiumist avariivarras, kui automaatvardad ei toimi. Kohal oli ka kolmeliikmeline nn „vedelikukontrolli“- meeskond kaadmiumsoola lahuse pangedega seadme ülevalamiseks juhtvarraste tõsise rikke korral.
Sõja tõttu ja tuumapommi loomist silmas pidades toimus kogu ehitus ja selle katsetamine range salastatuse tingimustes. Ei lubatud isegi fotografeerimist. Kogu aparatuuri ümbritses
õhupallimaterjalist kate, mille üks külg küll katse ajal avatud oli. Goodyear Co imestas väga, miks selle tellinud sõjaväelastel kuubikujulist õhupalli vaja on ja mis sellise lennuomadused olla võiksid! Füüsikud ja insenerid pidasid salastatust isegi heaks: „Kui inimesed näeksid, mis me nende poolteise miljoni dollari eest teeme, peaksid nad meid hulludeks ja kui nad teaksid, mis eesmärgil me seda teeme, oleksid nad selles täiesti kindlad“.
2. detsembril 1942 oli kõik valmis katsetuseks suure rühma spetsialistide ning VIP-ide komisjoni juuresolekul. E. Fermi juhtis kogu katsetust ja arvutas arvutuslükatiga tulemusi juhtpuldi juures. Avariivarras tõmmati välja, köis seoti rõdupiirde külge ja kirvemees asus kohale. Kell 15:25 saabus ajalooline hetk: reaktor viidi kontrollvarda väljatõmbamisega kriitiliseks – neutronite tiheduse kasvukõver kinnitas seda. Esimene püsiv inimese juhitud tuumalõhustumise ahelreaktsioon kestis 28 min paarisajavatise võimsusega, kuni see kontrollvarda seadmesse viimisega summutati. Kui kõik taipasid, mis tegelikult nende juuresolekul oli toimunud, kõlas aplaus . Ungari päritolu füüsik E. P. Wigner kinkis Chianti veinipudeli, mille etiketile kõik kohalolijad oma allkirjad andsid. Reaktori projekti üldjuht füüsik A. H. Compton võis USA valitsusele kodeeritult ette kanda saavutatud edust : „Itaalia navigaator randus Uuel mandril ... Pärismaalased olid väga sõbralikud.“ Chicago Pile No 1 demonteeriti juba järgmise aasta veebruaris ja tema materjale kasutati järgmise parandatud kaitsekestaga seadme Chicago Pile-2 (CP-2) ehitusel Red Gate Woodsis. CP-2 käivitati märtsis 1943.
Tuumareaktorites toimuv ahelreaktsioon:
Energia tootmine:
Kokkuvõtteks

• Ohud on tuumaenergeetikas vaieldamatult olemas, nii nagu ka teed nende vähendamiseks
  
• Kõiki riske ja hüvesid asjakohaselt arvestades jõuavad kliimamuutuste taustal maailma ja erinevate riikide energiaperspektiive analüüsivad arvukad rahvusvahelised ekspertide rühmad järeldusele: tuleviku energiakokteilis on tuumaenergial oluline koht
  

Viited:
http://www.tuumaenergia.ee/index.php?id=80
http://www.tuumaenergia.ee/index.php?id=81
http://et.wikipedia.org/wiki/Tuumareaktor
http://www.google.ee/url?sa=t&source=web&ct=res&cd=14&ved=0CBAQFjADOAo&url=http%3A%2F%2Fael.physic.ut.ee%2Fenergia%2FEttekanded%25202008-2009%2Ftuumaenergia%2520.ppt&rct=j&q=tuumareaktorid&ei=fkYmS6vrKdP74AbcppjlCQ&usg=AFQjCNEofzEINYT86BCCE32Tav_IW2VNfA
http://et.wikipedia.org/wiki/Tuumaenergia
http://www.miksike.ee/docs/referaadid2006/tuumaenergia_aug_evelinviks.ht m