tuumareaktor

postitas: masik - 18.02.2008, 2008-02-18 18:04, loetud: 909x

Meedias on viimasel ajal palju kajastust leidnud uute tuumajaamade ehitamine. Rahvale esitletakse seda, kui odavat ja keskkonnasõbralikku energia tootmise viisi. Käiakse faktide loominguliselt ringi ning räägitakse vaid pool tõde - peaasi, et rahvas projektile vastu ei oleks. Järgnev on kirjeldus sellest, kuidas tüüpiline tuumajaam töötab, kütuse saab ja keskkonnale mõjub. Artikkel on koostatud BBC ja Wikipedia (2) andmetel.

Uraani tootmine
Uraan on nii tsiviil- kui ka sõjaväe tuumaprogrammide tooraineks. Seda kaevandatakse avatud või maa-alustes kaevandusdes. Kuigi uraani leidub igal pool maailmas, on kontsentreeritud maagid pigem erandid. Kui kindlad uraani aatomid ahelreaktsioonis lõhustuvad, vabaneb energia. Kui tuumaelektrijaamas toimub selline lõhustumine aeglaselt, siis tuumapommis toimub see väga kiiresti, kuid mõlemal juhul peab lõhustumine olema hoolikalt juhitud.
Tuumade lõhustumine toimub kõige paremini kui kasutatakse isotoope, sama aatomnumbriga kuid erineva neutronite arvuga aatomeid - uraan 235 (või plutoonium 239). Uraan 235 on tuntud kui lõhustuv isotoop tänu oma kalduvusele ahelreaktsioonides lõheneda, vabastades energiana soojust. U-235 lõhustumisel vabaneb kaks või kolm neutornit, mis teiste U-235 aatomitega põrkudes omakorda need lõhustavad, vabastades jällegi kaks kuni kolm neutronit. Ahelreaktsioon leiab aset ainult niinimetatud kriitilise massi ehk piisava arvu U-235 aatomite olemasolul. Seejuures on iga 1000 looduslikult esineva uraani aatomi hulgas ainult seitse U-235 aatomit. Ülejäänud 993 aatomit on U-238.


Uraani puhastamine
Peale kaevandamist viiakse uraan tehasesse, kus ta purustatakse ning seejärel jahvatatakse peeneks pulbriks. Keemilise protsessi abil see pulber puhastatakse ja sellest saab "kollane kook", nimetus tuleneb selle kollasest värvist. Kollane kook koosneb 60-70% ulatuses uraanist ja ta on radioaktiivne.
Seejärel hakatakse uraani rikastama - nii suurendadatakse U-235 aatomite arvu. Selleks lahustatakse kollane kook lämmastikhapes ja allutatakse tervele reale keemilistele protsessidele. Seejärel muudetakse see gaasiks - uraan heksafluoriidiks (UF6) - kuumutades seda 64° C juures. Uraan heksafluoriid on söövitav ja reaktiivne ja seda tuleb käsitleda ülima hoolega. Torud ja pumbad konversioonitehastes peavad olema valmistatud alumiiniumi ja nikli sulamist, et lekkeid vältida.


Uraani rikastamine
Et reaktsioon tuumaelektrjaamas toimuda saaks, peab U-235 sisaldus olema 2-3% kogu kütusest. Tuumarelvade U-235 sisaldus peab olema vähemalt 90%. Kõige levinum rikastamise meetod on uraanheksafluoriidi silindris tsentrifugeerimine suurel kiirusel. Selle meetodiga erldub kergema U-235 hulgast natuke tihedam U-238. Tihe U-238 tõmbub kambri põhja poole, kus see välja võetakse. U-235 seevastu aga püsib kambri keskel.

Protsessi korratakse mitu korda mitmes tsentrifuugis. Järele jäänud uraan - U-238, kust on enamus U-235 eraldatud - on tuntud kui ammendunud uraan. Ammendunud uraan on raske ja kergelt radioaktiivne ning seda kasutatakse soomustläbistavate mürskude ja teiste relvade (ka. tankisoomuste) valmistamisel. U-238 võib tervist kahjustada, kuid see puudutab inimesi, kes selle ainega pikemalt kokku puututavad.

Reaktori sees
Tuumareaktorites tuumade lõhustumisel tekkinud soojus kasutatakse vee soojendamiseks, mis käitab auruturbiinid. Tavalises tuumareaktoris kasutatakse rikastatud uraani "kuulikesi" (kujult meenutavad pigem silidreid), igaüks umbes mündi suurune ja tolli pikkune. Kuulikesed aetakse üksteise järel vardasse ning paigutatakse tugevalt isoleeritud ja hermetiseeritud kambrisse. Paljudes elektrijaamades sukeldadatakse "kimbud" vette, et neid jahedana hoida. Veel kasutatakse reaktorite jahutamiseks süsihappegaasi või ka vedelalmetalle.
Maailmas on üle 400 tuumaelektrijaama, mis toodavad umbes 17% maailma elektrist. Tuumareaktoreid kasutatakse ka allveelaevade ja mereväe aluste käitamiseks. Tuumajaamade juurde kuuluvateat korstendest tuleb ainult puhast veeauru.


Ümbertöötlemine
Selle protsessi käigus eraldatakse tuumajäätmete hulgast kasutamata jäänud kütus. Kasutatud varrastelt eemaldatakse metallkest ning selle sisu lahustatakse kuumas lämmastikhappes. Saadusteks on 96% uraani, mis läheb reaktorites taas kasutusele; 3% väga radioaktiivseid jääke ja 1% plutooniumi.

Jäätmed
Kasutatud kütus on tuumaelekrtijaamade suurimaks tagasilöögiks. Kõrge radiatsioonitasemelise kütusega peab väga hoolikalt ümber käima - see tapab kõigest ühe minutise kokkupuute jooksul. Aja jooksul tuumakütuse radiatsioonitase väheneb, 40 aastat möödudes väheneb radiatsiooni eritus 99,9%, kuid sellegipoolest on see ohtlik.

Kasutatud kütusest eraldatud ja taaskasutuseks kõlbmatu kõrgelt radioaktiivne uraan, plutoonium ja kuurium püsivad ohtlikena veel tuhandeid aastaid. Ka kõige tänapäevasemaid meetodeid kasutades jäävad need ained märkimisväärselt radioaktiivseteks veel vähemalt 300 aastaks. Selle aja jooksul peab jääke hoidma muust keskkonnast eraldatuna. Seetõttu on tuumajäätmete probleem pikaajalisemat sorti.

Suur tuumareaktor toodab aastas 3 kuupmeetrit (25-30 tonni) kasutatud kütust. 2003 aasta numbrite järgi on Ameerika Ühendriikidesse tuumareaktoritest kogunenud 49 000 tonni kasutatud tuumakütust. Erinevalt teistest riikidest, on Ameerika Ühendriikides kütuse taaskasutamine keelatud. Ameerika Ühendriikide Keskkonnakaitse Agentuuri standardi kohaselt ei ole pärast 10 000 aastat lagunemist tuumajaamdes kasutatud kütus enam ohtlik. Tuumajäätmete ohtutu hoiustamine on keeruline väljakutse. Kasutatud kütust hoitakse betoonkestade sees, mis on vette uputatud. Vesi jahutab jäätmeid ja betoon kaitseb seal töötavaid inimesi radiatsiooni eest. Kuid see lahendus on ainult ja ajutine ja sellel on ka piiratud maht. Teine lahendus on jäätmed kuiva maa alusesse kambrisse matta, selleks kasutatakse näiteks vanu kaevandusi. Kuid suurem osa jäätmetest on hoiustatud ajutistes hoonetes ning need vajavad pidevat hooldust, kuni leitakse pikemaajaline lahendus nende jäätmete hoiustamiseks.
Tuumatööstus toodab ka madalatasemelist radioaktiivset saastet - saastunud riided, käsitööriistad ja reaktori ehitamiseks kasutatud materjalid. Ameerika Ühendriikides on Tuumaregulatsiooni Komisjon (Nuclear Regulatory Commision - NRC) mitmeid kordi üritanud lubada madalatasemelisi jäätmeid käsitleda kui tavalisi jäätmeid - viies need prügimäele või taaskasutusse suunata. Madalatasemelisi jäätmeid peljatakse vaid nende ajaloo tõttu. NRC kohaselt eritub kohvist nii palju radioaktiivsust, et sellegi võiks madalatasemeliseks radioaktiivseks jäätmeks liigitada. Kusjuures tuumaelektri tootimisega toodetakse vähem radioaktiivseid jäätmeid, kui tavapäraste fossiilkütustega. Kivisüsi põletavad tehased toodavad suuretes kogustes radioaktiivset tuhka, tänu kivisüsis looduslikult leiduvatele ühenditele.
Jäätemete mahtu saab mitmeti vähendada. Üks võimalus on subkriitiline reaktor, (mis saab oma neutronid väliselt allikalt, seega ei toimu ahelreaktsiooni ega kriitiline mass ei ole vajalik), mis võiks märgatavalt vähendada tuumajäätmete hoiustamiseks kuluvat perioodi. Selline reaktor suudaks teha sama juba kogunenud jäätmetega - selle pärast öeldaksegi, et parim viis tuumajäätmete hoiustamiseks on ajutiselt ja maa peal. Tulevikus võib jäätmetest saada kütus. Tuumajäätmed moodustvad reaktoreid omavates riikidest kõikidest tööstuslikest toksilistest ainetest vähem kui 1%. Paljusid teisi ained tuleb samuti hoida keskkonnast eraldatuna, kuni nende toksilisus väheneb või kaob.


Keskonnamõjud - õhusaaste
Tuumajaamadest juttu tehes on viimasel ajal üha sagedasemaks muutunud väide nagu tuumaelekter oleks keskkonnasõbralik elektri tootmise viis. Tuumareaktori tegevusega otseselt kasvuhoonegaase ei teki - hiiglaslikest korstendest tõuseb taeva poole ainult veeaur. See vesi on pärit kuskilt tuumajaama jahutussüsteemist ning mürgine ega radioaktiivne see ei ole. Selle tõttu on mitmed keskkonnakaitsjad hakanud promoma tuumaenergiat, jättes rääkimata milline olukord tegelikult on.
Nagu iga asigi, vajab ka tuumaelektrijaam ehitamiseks ja lammutamiseks energiat välisest keskkonnast. Mineraale tuleb kaevandada ja rikastada, et saada tuumakütust. Seda tehakse otseselt fossiilkütuseid diisel- või bensiinimootorites põletades, või siis kaudselt kasutades elektrit, mida toodetakse samuti fossiilkütuseid põletades. Elutsükli analüüs hindab nende tegevustega tarbitud energia hulka (arevestades tänapäevast energialiikide hajutatust) kalkuleerides tuumaelektrijaamas energiat tootes kilovatttunni kohta õhku paiskamata jäänud CO2'te (võrreldes fossiilkütustega) ning võrreldes seda tuumajaama ehituse ja kütuse tootmise käigus kulutataud CO2 hulgaga.
Arvestades emissioone kilovatt-tunni kohta, toovad mitmed elutsükli analüüsid tuumaenergia ja taastuvate energiaallikate, nagu näiteks tuuleenergia, vahel paralleele. 2001 aastal koostatud Van Leeuweni ja Smith'i uuringu kohaselt võivad olenevalt uraani maagi kättesaadavusest tuumajaama elu jooksul atmosfääri paisatud CO2 emissioonid ulatuda 20-st kuni 120% kilovatt-tunni kohta, võrrelduna maagaasi kasutavate elektrijaamadega. Maailma Tuuma Assotsatsioon (World Nuclear Association) lükkas need väited hiljem ümber.

Keskonnamõjud - vesijahutus reaktorites
Tuumareaktorid vajavad jahutamist, mida tavaliselt tehakse veega (kas otseselt või siis kaudselt). Kõige levinum jahutusvee allikas on jõgi. Jõgedest võetakse vesi ning oma funktsiooni täitnud siis juba soe vesi juhitakse tagasi jõkke, juhul kui see radioaktiivne pole. Väljalastava vee temperatuur ei tohi ka liiga suur olla, vastasel juhul võivad jões elavad kalad surma saada. Selle jaoks on uuemate tuumajaamade juures olemas jahutustornid, kus vesi enne jõkke laskmist jahutatakse.
Väljalastava vee temperatuur seab elektri tootmisele piirid. Eriti soojadel päevadel, kui nõudlus elektri järele on samuti suur, on vastavalt ilmale ka vesi soojem. Soe vesi aga ei suuda piisavalt tõhusalt reaktorit jahutada, ning vett ei saa ka liiga soojaks kütta, sest siis kahjustaks see jõe (või mõne muu veekogu) elukeskkonda. Just selline asi juhtus 2003 aasta Euroopa kuumalaine ajal.

Kristjan Velbri
2006

Ühine ka samateemalise arutlusega Silmaringi foorumis.
Baltikumi tuumaprojekti kohta lugege siit --> http://www.epl.ee/?artikkel=360897

Allikad:
1. BBC
1.1 http://news.bbc.co.uk/2/shared/spl/hi/sci_nat/05/nuclear_fuel/html/mining.stm
1.2 http://news.bbc.co.uk/2/shared/spl/hi/sci_nat/05/nuclear_fuel/html/conversion.stm
1.3 http://news.bbc.co.uk/2/shared/spl/hi/sci_nat/05/nuclear_fuel/html/enrichment.stm
1.4 http://news.bbc.co.uk/2/shared/spl/hi/sci_nat/05/nuclear_fuel/html/reactor.stm
1.5 http://news.bbc.co.uk/2/shared/spl/hi/sci_nat/05/nuclear_fuel/html/reprocessing.stm

2. http://en.wikipedia.org/wiki/Nuclear_power
Postitaja Kristjan Velbri kell 19:35 4 kommentaarid Lingid sellele postitusele
Sildid: tuumaelekter, tuumaenergia, tuumareaktor, uraan
Uuemad postitused Vanemad postitused Kodu
Telli: Postitused (Atom)

Märksõnad: telli  ühine  samateemalisi  silmaringi  1%  vähneb  keskonnast  eralduna  reaktor  energia  kivisüsi  et