Tuumaelektrijaamad

11. klass > Füüsika > 4. kursus: Energia

Tuumaelektrijaamades muundatakse elektrienergiaks raskete uraanituumade lõhustumisel vabanevat seoseenergiat.

Tuumad koosnevad prootonitest ja neutronitest, neid hoiavad tuumas koos tuumajõud. On tähelepanu väärne, et tuumasid moodustavate prootonite ja neutronite kogumass on alati suurem neist tekkinud tuuma massist. Seega läheb osa nukleonide massist tuuma moodustamisel kaduma.

Massi ja energia ekvivalentsuse printsiibi kohaselt väljendub igasugune muudatus süsteemi massis muutusena süsteemi energias ning vastupidi. Kui tuuma mass on väiksem tema koostisosakeste masside summast, siis peab „kaduma läinud“ massiga ekvivalentne energiakogus vabanema. Seda energiat nimetataksegi tuuma seoseenergiaks.

Ka uraanituuma lagunemisel tekkivate „tükkide“, milleks on tavaliselt baariumi ja krüptooni erinevate isotoopide tuumad, mass on väiksem kui algtuumal – järelikult vabaneb selle protsessi käigus peamiselt soojusena aga ka valgusena energiat.

Tuumareaktsioonid toimuvad erilises seadeldises – tuumareaktoris ning seal vabanevat soojust kasutatakse põhimõtteliselt sama moodi kui soojuselektri jaamades. Nii võime öelda, et ka tuumaelektrijaam on soojuselektrijaam, ainult et selle „kütmiseks“ kasutatakse tuumade lõhustumisel vabanevat seoseenergiat.

189

Täna, 2015. aastal, Eestis veel tuumajaama ei ole. Käimas on diskussioon tuumajaama vajaduse ning selle ehitamisel tema võimaliku asukoha kohta. On selge, et kui energia tarbimine kasvab sama tempoga kui seni, siis ei suuda 20. sajandi keskpaigast pärinevad põlevkivijaamad Eesti energiavajadusi rahuldada. Kas selle probleemi lahenduseks on uute põlevkivijaamade, biomassi ja/või prügipõletusjaamade ehitamine või uute tuuleparkide rajamine või elektrienergia import piirkondadest, kus seda jääb üle (eelkõige Rootsi ja Norra, kus on toodetavast energiast moodustab märkimisväärse koguse hüdroenergia) või tuleb hakata ehitama (kasvõi koostöös Läti-Leedu-Poola või hoopis Soomega) tuumalektrijaama, tuleb otsustada juba lähiaastatel.

Maailmas toodetakse hinnanguliselt 11% elektrienergiast tuumaelektrijaamades.

Esimene tööstuslik tuumaelektrijaam alustas tööd USA-s 1950.del aastatel.

2014. aastal loetakse 31 riigis üle terve Maailma kokku tuumajaamades üle 430 reaktori võimsusega üle 370 GW (võrdluseks – Eesti kõigi elektrijaamade võimsus on kokku ca 2,5GW ehk umbes 150 korda väiksem), 70 reaktorit on ehitusjärgus. Fotol on Soome läänerannikul, mitte kaugel Rauma linnast, otse Botnia lahe kaldal asuv Olkiluoto tuumaelektrijaam, milles käesoleval hetkel töötab kolm reaktorit, koguvõimsusega 860 MW.

190

Lisaks tööstuslikult elektrienergiat tootvatele reaktoritele on 56 riigis kokku umbes 240 teaduseesmärkidel kasutatavat tuumareaktorit ning umbes 180 reaktorit varustavad elektrienergiaga laevu.

Kõige suuremas koguses toodeti 2012. aastal tuumaelektrienergiat USA-s (102 136 MWh ehk 19% riigis toodetavast elektrienergiast), Prantsusmaal (63 130 MWh, 74,85%), Jaapanis (44 215 MWh, 18,1%), Venemaal (23,643MWh, 17,8%) ja Lõuna-Koreas (20 739MWh, 30,4%).

Tuumaenergia senisest laialdasema kasutusele võtmise kasuks räägib jaamade suur väljundvõimsus ning asjaolu, et tuumakütuse varud on väga-väga suured. Ära ei saa jätta märkimata ka seda, et tuumajaamad ei tekita elektrienergia tootmisel kasvuhoonegaase.

Selle vastu räägivad aga tuumajäätmete utiliseerimise keerukus, uraani tootmisega seonduvad keskkonnaprobleemid ja ohud inimestele ning ini¬meste tohutu eelarvamus tuumaenergia suhtes, et „mis siis kui midagi läheb valesti“. Kartus võib olla põhjendatud, sest tuumajaamas toimuval õnnetusel on ülisuur kahjulik mõju väga pikaks ajaks küllalt suurele jaama ümbritsevale piirkonnale (fotol Tšernobõli tuumaelektrijaama IV plokk pärast seal toimunud plahvatust – tegu on inimkonna suurima tuumakatastroofiga Hiroshimale ja Nagasakile heidetud tuumapommide järel). Kahtlemata ongi üheks tuumaenergia laialdasema kasutusele võtmise takistuseks ka võimalus, et tuumareaktorites tekkivatest jäätmetest valmistatakse tuumapomm või kasutatakse neid muul viisil massihävitusrelvana.

191