Tuumaenergia: määratlus, fusioon, fissioon, kasutus ja ohud

Tuumaenergia: selgitus, fusioon vs fissioon, elektritootmine, ohud ja keskkonnamõjud — loo ülevaade riskidest, leevendustest ja tuleviku võimalustest.

Tuumaenergia on energia, mis hoiab aatomituuma koos. Aatomid on kõige lihtsamad plokid, millest aine koosneb. Iga aatomi keskmes on väga väike aatomituum. Tavaliselt on tuumaenergia peidetud aatomite sisemusse ja seda ei märgata igapäevaelus, kuid teatud protsesside käigus saab seda energia vabastada ja kasutada inimtegevuses.

Tuumaenergia vabastamise viisid: fusioon ja fissioon

Tuumaenergiat saab vabastada peamiselt kahes protsessis: tuumasüntees (fusioon) ja tuumalõhustumine (fissioon).

• Tuumasüntees (fusioon) on kahe kerge aatomi — näiteks neutraalse vesiniku isotoopide — liitumine raskemaks aatomiks. Selle käigus eraldub väga palju energiat ning fusioon on päikese ja teiste tähtede peamine energiaallikas; soojus tekib tuumasünteesireaktsioonide tulemusena. Maapealses rakenduses on fusioon tehniliselt keeruline, sest säilitamiseks on vaja väga kõrget temperatuuri ja rõhku. Praegusel ajal on käimas rahvusvahelisi katseid ja arendusi (nt ITER), et saavutada kontrollitav ja majanduslikult tasuv termotuumasüntees.
• Tuumalõhustumine (fissioon) on raske aatomi — tavaliselt uraani-235 või plutooniumi-239 — jagunemine kaheks kergemaks tuumaks, mille käigus vabaneb energia ja neutronid, mis võivad vallandada ahelreaktsiooni. Just seda põhimõtet kasutatakse tänapäevastes tuumaelektrijaamades elektri tootmiseks.

Kasutusalad

Tuumaenergiat kasutatakse mitmel alal:

• Elektritootmine tuumaelektrijaamades — kontrollitud fissioon annab stabiilse ja suures koguses energiat, mis ei eralda tootmise ajal CO2.
• Kütuste ja meditsiini toimetused — radioaktiivseid isotoope kasutatakse meditsiinis diagnostikas ja ravis (nt kiiritusravi), samuti tööstuslikes protsessides ja uurimistöös.
• Kosmosetehnika ja laevaehitus — tuumajõuallikad annavad pikaajalise võimsuse satelliitidele, kaldaväe- ja allveelaevadele.
• Relvastus — nii tuumalõhustumisel kui ka termotuumasünteesil põhinevaid ideid on kasutatud ka tuumarelvade loomiseks; seetõttu on tuumaenergia kasutamine ja tehnoloogia rahvusvaheliselt reguleeritud.

Radioaktiivsed kõrvalsaadused ja jäätmed

Tuumaenergia tootmine ja tuumareaktsioonid tekitavad radioaktiivseid kõrvalprodukte. Näiteks võivad tekkida triitiumi, tseesiumi, krüptooni, neptuuniumi ja joodi vormid, mis on ohtlikud inimeste ja keskkonna jaoks, kui nendega ei käituta korrektsetel tingimustel. Spent (kasutatud) kütus on tugevasti radioaktiivne ning seda tuleb hallata spetsiaalsetes reservuaarides, kuhu paigutatakse esmalt jahutamiseks ja isoleerimiseks ning seejärel kas taaskasutatakse (reprocessing) või suunatakse lõplikule ladestamisele.

Jäätmete käitlemise strateegiad hõlmavad:

• Ajutist jahutamist ja kõrge aktiivsusega jäätmete ohutut hoidmist
• Taaskasutust ja kütusereprotsessimist, mis võib vähendada jäätme hulka, kuid nõuab keerulist tehnoloogiat ja tekitab omaenda radioaktiivseid vorme
• Sügavgeoloogilist lõplikku ladustamist — pikaajaline lahendus, kus kõrgeaktiivseid jäätmeid paigutatakse looduskeskkonnast hästi isoleeritud formaati

Ohud ja riskid

Tuumaenergia kasutamine on seotud mitmete riskidega, mis on muutnud selle sageli vastuoluliseks teemaks:

• Katastroofid ja lekked — suured õnnetused nagu Tšernobõli ja Fukushima on näidanud, et tuumaõnnetused võivad põhjustada suurt keskkonna- ja tervisekahju, pikaajalisi evakuatsioone ja suuri puhtustöid.
• Radioaktiivne saaste — lekkinud radioaktiivsed isotoobid (nt tseesium-137, jood-131, tritium) võivad kontamindida maapinda, vett ja toiduahelaid.
• Jäätmete pikaealisus — kõrgeaktiivsed jäätmed jäävad ohtlikuks tuhandeteks aastateks ja nõuavad usaldusväärset, pikaajalist säilitamist.
• Leviku risk — tuumamaterjalide ja -tehnoloogia levik võib suurendada massihävitusrelvade tekkimise riski, mistõttu on oluline rahvusvaheline järelevalve ja mitmesugused lepingud ning kontrollimehhanismid.

Turvalisus, regulatsioon ja leevendusmeetmed

Riigid ja rahvusvahelised organisatsioonid on rakendanud mitmeid meetmeid ohutuse tõstmiseks ja õnnetuste ärahoidmiseks:

• range inseneritehniline disain: mitmekordsed kaitsestruktuurid, tuumareaktori sisselülitumise ja jahutuse seadmed ning lekkekindlad konteinerid;
• operatiivsed protseduurid ja koolitus personali jaoks, et vähendada inimlike eksimuste riski;
• reaalajas järelevalve, ohutusstandardid ja regulatiivne kontroll riiklike ning rahvusvaheliste organisatsioonide (nt IAEA) kaudu;
• õnnetustest õppimine ja tehniliste parenduste rakendamine — pärast suuri avariisid on kaasa tulnud ranged uuendused nii tehnilises kujunduses kui ka reeglistikus.

Kasu ja piirangud

Tuumaenergia plussid:

• Väike kasvuhoonegaaside heide elektritootmisel võrreldes fossiilkütustega.
• Suur ja usaldusväärne võimsus — sobib baaskoormuse tootmiseks.
• Pikad kütusevahemikud ja potentsiaal kõrge energiasisaldusega kütuselahenduste puhul.

Tuumaenergia miinused:

• Radioaktiivsed jäätmed ja nende pikaajaline haldamine.
• Võimalus suuremate õnnetuste ja leviku riski tekkeks.
• Suured esialgsed investeeringukulud ja pikaajalised projektid reaktorite ehituseks ning lammutamiseks.

Tulevikuperspektiivid

Termotuumasüntees (fuusioon) pakub potentsiaalselt puhtamat ja jääkidevaesemat energiaallikat, kuid vajab veel tehnilisi läbimurdeid, et muutuda kommertslikuks. Fissioonitehnoloogias töötatakse uuemate reaktoritüüpide kallal (nt petitsüklilised reaktorid, halogeenlahendused, passiivse ohutusega disainid), mis lubavad paremat kütuse kasutust, väiksemat jäätmete hulka ja suuremat ohutust.

Kokkuvõte

Tuumaenergia on tugev ja tihti vastuoluline energiaallikas: see suudab toota suuri elektrikoguseid väikese CO2-heitega, kuid samal ajal nõuab hoolikat haldust, ohutustehnoloogiat ja läbimõeldud poliitikat radioaktiivsete jäätmete ning leviku vältimiseks. Riigid, kes kasutavad või kavandavad tuumaenergiat, peavad tasakaalustama energianõudluse, keskkonnakaitse ja julgeoleku ning rakendama ranget regulatsiooni ja parimaid tehnilisi lahendusi, et vähendada õnnetuste kordumise riski ja takistada tuumaenergia kuritarvitamist massihävitusrelvade loomiseks.

Küsimused ja vastused

K: Mis on tuumaenergia?

K: Kuidas toodetakse tuumaenergiat?

K: Millised on mõned näited tuumareaktsioonidest?

K: Millised on tuumaenergia kasutamise eelised?

K: Kas tuumaenergia kasutamisega kaasnevad riskid?

K: Kas me saame neid riske kuidagi vähendada?

Otsing