Kernieksploatatsioon või tuumaelektrijaam
Võime toota elektrit tuumajärgse energia abil. Tuumaelektrijaamas toodetakse elektrit tuumareaktsiooni kaudu. Siin on tehtavat tuumaosakondade lõhkuvust, näiteks uraani (U235) või toriumi (Th232) erinevas reaktoris.
Mis on tuumaosakondade lõhkuvus?
Lõhkuvuse protsessis murdakse tugevate radioaktiivsete atoomide tuumed kaheks peaaegu võrdseks osaks. Selle murdumise käigus vabastatakse suur hulk energiat. See energiavabadus on tingitud massidefektist. See tähendab, et algse toote kogumass väheneb lõhkuvuse käigus. See massi kadu lõhkuvuse käigus muutub soojusenergiaks Albert Einsteini kuulsas võrrandis kirjeldatud viisil.
Tuumaelektrijaama põhiline printsiip on sama nagu traditsiooniliste termoelektrijaamade puhul. Ainuke erinevus on selles, et selle asemel, et kasutada küünlase sünteesimise käigus tekkinud soojust, tuumaelektrijaamas kasutatakse tuumaosakondade lõhkuvuse käigus tekkinud soojust veesi keetmiseks katlas. See aehind kasutatakse aehinturbiini käivitamiseks.
See turbiin on alternatriivi päritolu liik. Alternatriiv toodab elektrienergia. Kuigi tuumakütuse saatavus ei ole palju, siiski väike kogus tuumakütust saab toota suure hulga elektrienergiat.
See on tuumaenergiatootmise ainulaadne omadus. Üks kilogramm uraani on võrdne 4500 tonniga kõrgekvaliteedilist küünla. See tähendab, et ühe kilogrammi uraani täielik lõhkuvus toob samaväärse soojuse kui 4500 tonni kõrgekvaliteedilise küünla täielik sünteesimine.
Selle tõttu, kuigi tuumakütus on palju kallim, tuumakütuse kulu ühiku elektrienergia kohta on ikkagi madalam kui muude kütuste, näiteks küünla ja dieselikütuse, abil toodetud energia kulu. Traditsioonilise kütuse kriisi rahuldamiseks praeguses ajastusel võivad tuumaenergiaga varustavad elektrijaamad olla kõige sobivamad alternatiivid.
Tuumaelektrijaama eelised
Nagu me juba ütlesime, on selle elektrijaama kütuse tarbimine väga väike ja seega on ühe ühiku energia tootmiseks kuluv summa märkimisväärselt väiksem kui muudes traditsioonilistes elektrijaamades. Tuumakütuse tarbimine on ka väiksem.
Tuumaelektrijaam võtab endale väga vähe ruumi võrreldes muude sama suurusega traditsiooniliste elektrijaamadega.
See jaam ei nõua palju vett, seega ei ole vaja ehitada sellele lähedal looduse vetevooallika. See ei nõua ka suurt kogust kütust, seega ei ole vaja ehitada sellele lähedal küünla kinnipeetavaid või head transpordi infrastruktuuri. Seetõttu saab tuumaelektrijaama ehitada väga lähedal laadikeskusele.
Maailmas on suured tuumakütuse varud, mistõttu sellised elektrijaamad võivad tagada elektrienergia jätkuva tootmise tuhandete aastate vältel.
Tuumaelektrijaama puudused
Kütus pole kättesaadav ja see on väga kallis.
Tuumaelektrijaama ehitamise algsed kulud on väga kõrge.
Selle elektrijaama ehitamine ja komisjonimine on palju keerulisemad ja spetsialiseeritumad kui muude traditsiooniliste elektrijaamad.
Tuumaosakondade lõhkuvuse käigus tekkinud tooted on radioaktiivsed, mis võib põhjustada kõrget radioaktiivset saastust.
Hoolduskulud on kõrgemad ja tuumaelektrijaama tööks on vaja palju inimesi, kuna nõutakse spetsialiseeritud koolitatud inimesi.
Tuumaelektrijaamad ei suuda efektiivselt vastata kiirelt muutuvale laadile.
Kuna tuumaosakondade lõhkuvuse käigus tekkinud tooted on väga radioaktiivsed, on nende likvideerimine väga suur probleem. Need tooted tuleb likvideerida maapinnast kaugele või meresse, kaugele mereküla kõrval.
Tuumaelektrijaama erinevad komponendid
Tuumaelektrijaamal on peamiselt neli komponenti.
Tuumareaktor
Soojusevahetaja
Aehinturbiin
Alternatriiv
Arutagem nüüd neid komponente ükshaaval:
Tuumareaktor
Tuumareaktoris toimub uraani-235 tuumaosakondade lõhkuvus. See kontrollib ketireaktsiooni, mis algatab tuumaosakondade lõhkuvuse. Ketireaktsioon tuleb kontrollida, muidu energiavabastus oleks liiga kiire, mis võib põhjustada ekspliksiooni. Tuumaosakondade lõhkuvuse käigus põletatakse tuumakütuse, näiteks U235, aeglased neutronid. See põletamine mõjutab uraani tuume, mis põhjustab suure hulga soojuse vabastumist ja tuumaosakondade lõhkuvuse käigus väljastatakse mitmeid neutroni.
Need väljastatud neutronid nimetatakse fissionsneutroniteks. Need fissionsneutronid põhjustavad edasisi tuumaosakondade lõhkuvusi, mis loovad rohkem fissionsneutronite, mis taas kiirendavad lõhkuvuse kiirust. See on kumulatiivne protsess.
Kui protsessit ei kontrollita, siis väga lühikese aja jooksul lõhkuvuse kiirus saab nii suureks, et vabastatakse nii suur hulk energiat, et võib põhjustada ohtlikku ekspliksiooni. See kumulatiivne reaktsioon nimetatakse ketireaktsiooniks. Ketireaktsiooni saab kontrollida, eemaldades fissionsneutronite tuumareaktorist. Lõhkuvuse kiirust saab kontrollida, muutes fissionsneutronite eemaldamise kiirust reaktorist.
