Kahekümnenda sajandi keskel tegid inimkonna parimad meeled korraga kõvasti tööd kahel ülesandel: aatomipommi loomisel ja ka aatomi energia kasutamisel rahumeelsetel eesmärkidel. Nii ilmusid maailma esimesed tuumaelektrijaamad. Mis on tuumaelektrijaamade tööpõhimõte? Ja kus maailmas on neist elektrijaamadest suurim?
Tuumaenergia ajalugu ja omadused
„Energia on kõige pea” - nii saab kuulsa vanasõna ümber sõnastada, arvestades 21. sajandi objektiivset tegelikkust. Iga uue tehnoloogilise arengu vooruga vajab inimkond üha suuremat hulka. Tänapäeval kasutatakse "rahumeelse aatomi" energiat aktiivselt majanduses ja tootmises ning mitte ainult energeetikasektoris.
Nn tuumaelektrijaamades toodetud elektrit (mille tööpõhimõte on oma olemuselt väga lihtne) kasutatakse laialdaselt tööstuses, kosmoseuuringutes, meditsiinis ja põllumajanduses.
Tuumaenergia on rasketööstus, mis eraldab aatomi kineetilisest energiast soojust ja elektrit.
Millal ilmusid esimesed tuumaelektrijaamad? Selliste elektrijaamade tööpõhimõtet uurisid nõukogude teadlased juba 40ndatel. Muide, paralleelselt leiutasid nad ka esimese aatomipommi. Seega oli aatom nii “rahulik” kui ka surmav.
1948. aastal kutsus I. V. Kurchatov Nõukogude valitsust üles alustama otsest tööd aatomienergia ammutamiseks. Kaks aastat hiljem algab Nõukogude Liidus (Kaluga oblasti Obninski linnas) planeedi kõige esimese tuumaelektrijaama ehitamine.
Kõigi tuumaelektrijaamade tööpõhimõte on sarnane, kuid seda pole üldse raske mõista. Seda arutatakse hiljem.
Tuumaelektrijaam: tööpõhimõte (foto ja kirjeldus)
Mis tahes tuumaelektrijaama töö alus on võimas reaktsioon, mis toimub aatomituuma lõhustumisel. Selles protsessis osalevad kõige sagedamini uraani-235 aatomid või plutoonium. Aatomite tuum on jagatud neutroniga, mis siseneb neisse väljastpoolt. Sel juhul ilmuvad uued neutronid, aga ka lõhustumisfragmendid, millel on tohutu kineetiline energia. Just see energia on kõigi tuumaelektrijaamade peamine ja peamine toode.
Nii saate kirjeldada reaktori tuumaelektrijaama tööpõhimõtet. Järgmisel fotol näete, kuidas see seestpoolt välja näeb.
Eristatakse kolme peamist tuumareaktorite tüüpi:
- suure võimsusega kanalireaktor (lühidalt - RBMK);
- vesi-vesi reaktor (VVER);
- kiire neutronreaktor (BN).
Eraldi tasub kirjeldada tuumaelektrijaamade tööpõhimõtet tervikuna. Kuidas see töötab, arutatakse järgmises artiklis.
Tuumaelektrijaamade tööpõhimõte (skeem)
Tuumaelektrijaam töötab teatud tingimustel ja rangelt määratletud režiimides. Lisaks tuumareaktorile (ühele või mitmele) hõlmab tuumajaama struktuur muid süsteeme, erirajatisi ja kõrgelt kvalifitseeritud personali. Mis on tuumaelektrijaamade tööpõhimõte? Seda saab lühidalt kirjeldada järgmiselt.
Kõigi tuumaelektrijaamade põhielement on tuumareaktor, milles toimuvad kõik peamised protsessid. Reaktoris toimuva kohta kirjutasime eelmises osas. Sellesse tohutu katlasse juhitakse väikeste mustade tablettide kujul olevat tuumakütust (tavaliselt enamasti uraan).
Tuumareaktoris toimuvate reaktsioonide käigus vabanev energia muundatakse soojuseks ja kantakse jahutusvedelikku (tavaliselt vette). Väärib märkimist, et selle protsessi jahutusvedelik võtab vastu teatud kiirgusdoosi.
Edasi kantakse jahutusvedelikust soojus tavalisse vette (spetsiaalsete seadmete - soojusvahetite kaudu), mis selle tulemusel keeb. Sellisel juhul moodustunud veeaur pöörleb turbiini. Viimasega on ühendatud generaator, mis genereerib elektrienergiat.
Seega on tuumaelektrijaama tööpõhimõtte kohaselt tegemist sama soojuselektrijaamaga. Ainus erinevus on selles, kuidas aur moodustub.
Tuumaenergia geograafia
Esimesed viis tuumaenergiat tootvat riiki on järgmised:
- USA
- Prantsusmaa
- Jaapan
- Venemaa
- Lõuna-Korea
Samal ajal toodavad Ameerika Ühendriigid, mis toodavad umbes 864 miljardit kWh aastas, kuni 20% kogu maailma elektrist.
Kokku haldab maailmas tuumaelektrijaamu 31 riiki. Kõigist planeedi mandritest on ainult kaks (Antarktika ja Austraalia) tuumaenergiast täiesti vabad.
Praeguseks töötab maailmas 388 tuumareaktorit. Tõsi, 45 neist pole poolteist aastat elektrit tootnud. Enamik tuumareaktoreid asub Jaapanis ja Ameerika Ühendriikides. Nende täielik geograafia on esitatud järgmisel kaardil. Tuumareaktoritega riigid on tähistatud rohelise värviga, näidatud on ka nende koguarv konkreetses riigis.
Tuumaenergia areng erinevates riikides
Üldiselt on alates 2014. aastast tuumaenergia areng olnud üldises languses. Uute tuumareaktorite ehitamisel on liidripositsioonil kolm riiki: need on Venemaa, India ja Hiina. Lisaks plaanivad mitmed riigid, kellel tuumaelektrijaamu pole, lähiajal neid ehitada. Nende hulka kuuluvad Kasahstan, Mongoolia, Indoneesia, Saudi Araabia ja mitmed Põhja-Aafrika riigid.
Teisest küljest on mitmed riigid asunud tuumaelektrijaamade arvu järk-järgult vähendama. Nende hulka kuuluvad Saksamaa, Belgia ja Šveits. Mõnes riigis (Itaalias, Austrias, Taanis, Uruguay) on tuumaenergia seadusandlikul tasandil keelatud.
Tuumaenergia peamised probleemid
Tuumaenergia arendamisel on üks oluline keskkonnaprobleem. See on keskkonna niinimetatud termiline reostus. Nii eraldavad tuumaelektrijaamad paljude ekspertide sõnul rohkem soojust kui sama võimsusega soojuselektrijaamad. Eriti ohtlik on vee termiline reostus, mis rikub bioloogiliste organismide looduslikke elutingimusi ja põhjustab paljude kalaliikide surma.
Veel üks tuumaenergeetikaga seotud pakiline teema puudutab tuumaohutust üldiselt. Inimkond on seda probleemi esimest korda tõsiselt mõelnud pärast 1986. aasta Tšernobõli katastroofi. Tšernobõli tuumaelektrijaama tööpõhimõte ei erinenud palju teiste tuumaelektrijaamade põhimõttest. See ei päästnud teda aga suurest ja tõsisest õnnetusest, millel olid väga tõsised tagajärjed kogu Ida-Euroopale.
Lisaks ei piirdu tuumaenergia oht ainult võimalike tehnoloogiliste õnnetustega. Tuumajäätmete kõrvaldamisega tekivad suured probleemid.
Tuumaenergia eelised
Sellegipoolest nimetavad tuumaenergia arendamise pooldajad ka tuumaelektrijaamade käitamise selgeid eeliseid. Nii avaldas Maailma Tuumaühendus hiljuti oma raporti väga huvitavate andmetega. Tema sõnul on tuumaelektrijaamades ühe gigavatise elektrienergia tootmisega kaasnevaid inimkaotusi 43 korda vähem kui tavapärastes soojuselektrijaamades.
Sama olulisi eeliseid on ka teisi. Nimelt:
- elektritootmise madalad kulud;
- tuumaenergia keskkonna puhtus (välja arvatud vee termiline reostus);
- tuumaelektrijaamade range geograafilise viite puudumine suurtele kütuseallikatele.
