Kahekümnenda sajandi keskel töötasid inimkonna parimad pead korraga kahe ülesande kallal: aatomipommi loomisel ja ka selle nimel, kuidas aatomi energiat rahumeelsel eesmärgil kasutada. Nii tekkisid maailma esimesed tuumajaamad. Mis on tuumajaama tööpõhimõte? Ja kus maailmas asuvad suurimad elektrijaamad?
Tuumaenergia ajalugu ja omadused
"Energia on kõige peas" – nii saab parafraseerida tuntud vanasõna, arvestades 21. sajandi objektiivset tegelikkust. Iga uue tehnoloogilise arengu vooruga vajab inimkond seda üha suuremas koguses. Tänapäeval kasutatakse "rahuliku aatomi" energiat aktiivselt majanduses ja tootmises ning mitte ainult energiasektoris.
Nn tuumaelektrijaamades toodetud elektrit (mis töötavad väga lihtsal põhimõttel) kasutatakse laialdaselt tööstuses, kosmoseuuringutes, meditsiinis ja põllumajanduses.
Tuumaenergia on rasketööstuse haru, mis eraldab aatomi kineetilisest energiast soojust ja elektrit.
Millal need ilmusidesimesed tuumajaamad? Nõukogude teadlased uurisid selliste elektrijaamade tööpõhimõtet juba 40ndatel. Muide, paralleelselt leiutasid nad ka esimese aatomipommi. Seega oli aatom nii "rahulik" kui ka surmav.
1948. aastal tegi I. V. Kurtšatov nõukogude valitsusele ettepaneku hakata tegema otsest tööd aatomienergia ammutamisega. Kaks aastat hiljem alustati Nõukogude Liidus (Kaluga oblastis Obninski linnas) planeedi kõige esimese tuumaelektrijaama ehitamist.
Kõigi tuumajaamade tööpõhimõte on sarnane ja sellest pole üldse raske aru saada. Seda arutatakse edasi.
NPP: tööpõhimõte (foto ja kirjeldus)
Iga tuumaelektrijaama töö põhineb võimsal reaktsioonil, mis toimub aatomituuma lõhustumise ajal. Kõige sagedamini osalevad selles protsessis uraan-235 või plutooniumi aatomid. Aatomite tuum jagab neisse väljastpoolt siseneva neutroni. Sel juhul tekivad uued neutronid, aga ka lõhustumisfragmendid, millel on tohutu kineetiline energia. Just see energia on iga tuumaelektrijaama peamine ja võtmetoode
Nii saab kirjeldada tuumajaama reaktori tööpõhimõtet. Järgmisel fotol näete, kuidas see seestpoolt välja näeb.
Tuumareaktoreid on kolme peamist tüüpi:
- suure võimsusega kanaliga reaktor (lühendatult RBMK);
- surveveereaktor (VVER);
- kiire neutronreaktor (FN).
Eraldi tasub kirjeldada tuumajaamade tööpõhimõtet tervikuna. Kuidas see toimib, arutatakse.järgmises artiklis.
Tuumaelektrijaama tööpõhimõte (skeem)
Tuumaelektrijaam töötab teatud tingimustel ja rangelt määratletud režiimides. Lisaks tuumareaktorile (üks või mitu) hõlmab tuumaelektrijaama struktuur muid süsteeme, erirajatisi ja kõrgelt kvalifitseeritud töötajaid. Mis on tuumaelektrijaamade tööpõhimõte? Seda saab lühid alt kirjeldada järgmiselt.
Iga tuumajaama põhielement on tuumareaktor, milles toimuvad kõik põhiprotsessid. Reaktoris toimuvast kirjutasime eelmises osas. Sellesse tohutusse katlasse juhitakse väikeste mustade graanulite kujul tuumkütus (tavaliselt kõige sagedamini uraan).
Tuumareaktoris toimuvate reaktsioonide käigus vabanev energia muundatakse soojuseks ja kantakse üle jahutusvedelikku (tavaliselt vette). Tuleb märkida, et selle protsessi käigus saab jahutusvedelik ka teatud kiirgusdoosi.
Lisaks kantakse jahutusvedelikust soojus tavalisele veele (läbi spetsiaalsete seadmete - soojusvahetid), mis selle tulemusena keeb. Saadud veeaur juhib turbiini. Viimasega on ühendatud generaator, mis toodab elektrienergiat.
Seega on tuumajaama tööpõhimõtte kohaselt tegemist sama soojuselektrijaamaga. Ainus erinevus seisneb selles, kuidas auru toodetakse.
Tuumaenergia geograafia
Tuumaenergia tootjate viis riiki on järgmised:
- USA.
- Prantsusmaa.
- Jaapan.
- Venemaa.
- Lõuna-Korea.
Samal ajal toodavad Ameerika Ühendriigid, mis toodavad umbes 864 miljardit kWh aastas, kuni 20% maailma elektrienergiast.
Kokku töötab tuumaelektrijaamu 31 osariigis maailmas. Kõigist planeedi mandritest on ainult kaks (Antarktika ja Austraalia) tuumaenergiast täiesti vabad.
Täna töötab maailmas 388 tuumareaktorit. Tõsi, 45 neist pole poolteist aastat elektrit tootnud. Enamik tuumareaktoritest asub Jaapanis ja USA-s. Nende täielik geograafia on esitatud järgmisel kaardil. Töötavate tuumareaktoritega riigid on tähistatud rohelisega, samuti on näidatud nende koguarv konkreetses olekus.
Tuumaenergia areng erinevates riikides
Üldiselt on 2014. aasta seisuga toimunud üldine tuumaenergia arengu langus. Uute tuumareaktorite ehitamisel on liidrid kolm riiki: Venemaa, India ja Hiina. Lisaks plaanivad mitmed osariigid, kellel pole tuumajaamu, lähiajal neid ehitada. Nende hulka kuuluvad Kasahstan, Mongoolia, Indoneesia, Saudi Araabia ja mitmed Põhja-Aafrika riigid.
Teisest küljest on mitmed osariigid alustanud tuumaelektrijaamade arvu järkjärgulist vähendamist. Nende hulka kuuluvad Saksamaa, Belgia ja Šveits. Ja mõnes riigis (Itaalia, Austria, Taani, Uruguay) on tuumaenergia seadusandlikul tasandil keelatud.
Tuumaenergia peamised probleemid
Tuumaenergia arendamisega on seotud üks oluline keskkonnaprobleem. See on keskkonna nn termiline saastatus. Seega eraldavad tuumajaamad paljude ekspertide hinnangul rohkem soojust kui sama võimsusega soojuselektrijaamad. Eriti ohtlik on termaalvee reostus, mis rikub bioloogiliste organismide loomulikke elutingimusi ja viib paljude kalaliikide hukkumiseni.
Veel üks põletav tuumaenergiaga seotud probleem puudutab tuumaohutust üldiselt. Esimest korda mõtles inimkond sellele probleemile tõsiselt pärast Tšernobõli katastroofi 1986. aastal. Tšernobõli tuumajaama tööpõhimõte ei erinenud palju teiste tuumajaamade omast. See aga ei päästnud teda suurest ja raskest õnnetusest, mis tõi kaasa väga tõsised tagajärjed kogu Ida-Euroopale.
Pealegi ei piirdu tuumaenergia oht võimalike inimtegevusest tingitud õnnetustega. Seega tekivad suured probleemid tuumajäätmete kõrvaldamisega.
Tuumaenergia eelised
Sellegipoolest nimetavad tuumaenergeetika arengu toetajad ka tuumajaamade selgeid eeliseid. Nii avaldas hiljuti just Maailma Tuumaassotsiatsioon oma raporti väga huvitavate andmetega. Tema sõnul on tuumaelektrijaamades ühe gigavati elektrienergia tootmisega kaasnev inimkaotuste arv 43 korda väiksem kui traditsioonilistes soojuselektrijaamades.
On ka teisi sama olulisi eeliseid. Nimelt:
- odav elektritootmine;
- tuumaenergia keskkonna puhtus (välja arvatud termaalvee reostus);
- Tuumaelektrijaamade range geograafilise viite puudumine suurtele kütuseallikatele.
Järelduse asemel
1950. aastal ehitati maailma esimene tuumaelektrijaam. Tuumaelektrijaamade tööpõhimõte on aatomi lõhustumine neutroni abil. See protsess vabastab tohutul hulgal energiat.
Tundub, et tuumaenergia on inimkonnale erakordne õnnistus. Ajalugu on aga tõestanud vastupidist. Eelkõige demonstreerisid kaks suurt tragöödiat – õnnetus Nõukogude Tšernobõli tuumaelektrijaamas 1986. aastal ja õnnetus Jaapani elektrijaamas Fukushima-1 2011. aastal – „rahumeelse” aatomiga kaasnevat ohtu. Ja paljud maailma riigid hakkasid täna mõtlema tuumaenergia osalisele või isegi täielikule tagasilükkamisele.
