Teise maailmasõja lõpus heideti Jaapani linnade Hiroshima ja Nagasaki kohale kaks tuumapommi. Uus relv osutus inimkonna ajaloo surmavaimaks. Sellele järgnenud tuumavõistlus NSV Liidu ja USA vahel suurendas veelgi maailma üldsuse kartusi tuumateguri ees. Kuid lisaks aatomilõhkepeadele ilmus ka rahumeelne aatom. See fraas viitab tuumaenergiale.
Tuumaelektrijaama tööpõhimõte
Iga tuumaelektrijaama töö põhineb aatomi lõhustumise reaktsioonil. Selle nimetamiseks on vaja läbi viia uraan-235 tuumade neutronpommitamine. Väikseimad osakesed jagunevad fragmentideks, tekitades samas tohutul hulgal gammakiirgust ja soojusenergiat.
Rahulik aatom võib jääda rahumeelseks ainult range kontrolli all, mis on tuumaelektrijaamadele kohustuslik. Fakt on see, et lõhustumise ajal tekivad neutronid, mis põhjustavad uusi ahelreaktsioone. Tuumade kontrollimatu ümbritsemine viib plahvatuseni. See põhimõte on aatomipommide toimimise aluseks. Elektrijaamades on protsess kontrollitud ja liigne energia suunatakse inimestele kasulikku kanalisse.
Uraan-235
Tuumakütus asetatakse enne kasutamist spetsiaalsetesse vardadesse. Seda hoitakse uraanoksiidist valmistatud tablettidena. Tuleb mõista, et see aine on heterogeenne. 3% neist tablettidest koosneb uraan-235-st (see on see, kes reaktsiooni käigus lõhustub), ülejäänud on uraan-238 (see isotoop ei ole lõhustuv).
Miks on see suhe vajalik? Et protsess oleks kontrolli all. Töötav reaktor käivitab lõhustumisreaktsiooni. Selle väljatöötamise käigus uraan-235 hulk väheneb. Samal ajal suureneb lõhustumisproduktide maht. Need on tuumajäätmed. Need kujutavad endast tõsist keskkonnaohtu ja seetõttu tuleb need nõuetekohaselt kõrvaldada. Kas aatom võib olla rahumeelne? Nagu kirjeldatud tehnoloogiast näha, ainult tootmisprotsessi juhiste ja reeglite range järgimisel.
Väljumise eeldused
Tuuma(aatomi)energia tekkis 20. sajandi keskel. Sellest ajast peale on üle maailma ehitatud sadu tuumaelektrijaamu (tänapäeval töötab 442). Rahumeelne aatom annab üle poole Prantsusmaa, Poola, Leedu, Slovakkia, Rootsi ja Lõuna-Korea jaoks vajalikust energiast. Lääne-Euroopas toodavad tuumaelektrijaamad umbes kolmandiku elektrist.
Kõik sai alguse 1939. aastal, kui Saksamaal avastati uraani lõhustumine. Sakslaste uurimused olid NSV Liidu vastu ülim alt huvitatud. Teadlastele sai kohe selgeks, et äsja avastatud protsess võimaldab toota hiiglaslikke energiakoguseid. Kui spetsialistid õpiksid keerulisi reaktsioone kontrollima, lahendaks see palju majandusprobleeme.probleeme. Esimesed nõukogude rahumeelse aatomiga seotud uurimistööd toimusid RIANis (Teaduste Akadeemia Raadiumi Instituut) väljapaistva füüsiku Igor Kurtšatovi juhendamisel.
Tuumavõistlus
Nõukogude teadlaste tööd takistas NSV Liidu enda uraanivarude puudumine. Lisaks algas 1941. aastal Suur Isamaasõda ja revolutsioonilised avastused tuli mõneks ajaks unustada. Selle taustal võeti päevakorda Ühendkuningriigis, USA-s ja Saksamaal. Paradoks seisneb selles, et tuumaenergia ilmus militaristliku projekti järguna. Muidugi püüdsid sõdivad riigid ennekõike hankida kõige võimsamaid relvi ja alles siis mõtlesid oma avastuste rahumeelsetele viisidele.
Esimene eksperimentaalne tuumareaktor käivitati USA-s 1942. aasta detsembris. Projekti juht oli Itaalia teadlane Enrico Fermi. NSV Liidus ilmus esimene reaktor 1946. aasta lõpus Aatomienergia Instituudis. Selleks ajaks olid Hiroshima ja Nagasaki Ameerika pommitamine juba toimunud. NSV Liidus loodi aatomipomm 1949. aastal ja vesinikupomm 1953. aastal. Sõda on juba lõppenud ja teadlased on asunud ette valmistama tuumareaktorit, mis töötaks Nõukogude Liidu rahvamajanduse heaks.
TUJJ ehitamine
Maailma esimene tuumaelektrijaam käivitati 1954. aasta suvel. Selgus, et see oli Kaluga piirkonnas asuv Obninski tuumaelektrijaam. USA-s alustati väikese hilinemisega ka aatomienergiaprojekti elluviimist. 1956. aastal õnnestus ameeriklastel esimest korda abigareaktor elektri saamiseks. Järk-järgult rajati kahes suurriigis järjest uusi tuumaelektrijaamu. Igaüks neist purustas järjekordse võimsusrekordi.
Tuumaenergia arengu kõrgpunkt saabus 1960. aastate teisel poolel. Seejärel hakkas tuumajaamade ehituse arv vähenema. USA-s on Kongressis ja teadusringkondades alanud arutelu rahumeelse aatomi ohutusega seotud probleemide üle. Sellegipoolest jõudis 1986. aastaks tuumaenergia tootmine 15%-ni tavaliste elektrijaamade omast.
Tuumaenergia sümbol
1958. aastal avati Brüsselis Atomium, kus toimus järgmine maailmanäitus. Disainikontseptsiooni töötas välja arhitekt André Waterkeyner. Aatom näeb välja nagu raua suurendatud kristallvõre: üheksa aatomit on omavahel ühendatud. Konstruktsiooni kaal on 2400 tonni ja kõrgus 102 meetrit. Külastajad saavad siseneda üheksast valdkonnast kuuesse. Need sadu miljardeid kordi suurendatud aatomimudelid on omavahel ühendatud kahekümne 23-meetrise toruga. Nende sees on koridorid ja eskalaatorid.
Aatomiajastu kõrgajal Brüsselis ilmunud foto "rahulikust aatomist" levis kiiresti üle maailma ning Aatomiumist sai kogu tuumaenergia sümbol ja idee, et revolutsioonilised teaduslikud avastused peaksid kasutada inimkonna hüvanguks, mitte sõdadeks ja hävitamiseks. Belgia maamärki mainivad kuulsad nõukogude ulmekirjanikud vennad Strugatskite romaanis "Esmaspäev algab laupäeval". Rahumeelse aatomi sümbol esineb paljudel joonistel, aga ka tuumaenergiale pühendatud embleemidel.
Keskkonnategur
Radioaktiivsete jäätmetega keskkonnareostuse probleem muutub iga aastaga üha aktuaalsemaks. Näiteks tänapäeva Venemaal tegeleb rahumeelse tuumaenergiaga 10 tuumaelektrijaama töötajad. Kõik need ettevõtted vajavad keskkonnakaitsjate ja valitsusasutuste erilist tähelepanu.
Euroopa Liidus koguneb igal aastal 50 000 kuupmeetrit radioaktiivseid jäätmeid. Põhiprobleem on see, et selline praht jääb ohtlikuks tuhandeid aastaid (näiteks plutoonium-239 lagunemisperiood on 24 tuhat aastat).
Jäätmemajandus
Tänapäeval on radioaktiivsete jäätmete parima kõrvaldamise kohta mitu kontseptsiooni. Esimene idee on luua ookeanide põhjas asuvad matmispaigad. Seda on üsna keeruline rakendada. Konteinerid peavad asuma märkimisväärsel sügavusel, lisaks võivad neid kahjustada merehoovused.
Teist ideed kaalub NASA, kus nad teevad ettepaneku saata tuumajäätmed avakosmosesse. See meetod on Maa jaoks ohutu, kuid täis liigseid kulutusi. Ideid on teisigi: viia jäätmed asustamata saartele või matta need Antarktika jäässe. Tänapäeval on kõige vastuvõetavam variant matmispaikade rajamine kivistesse maa-alustesse kividesse. Selle ideega seotud uurimistööd jätkuvad Saksamaal ja Šveitsis.
Tšernobõli õppetund
Pikka aega peeti tuumaenergiat vaieldamatuks. Mitme jaoksAastakümneid jätkas rahumeelne aatom NSV Liidus ja teistes riikides oma majanduslikku laienemist. 1986. aastal juhtus Tšernobõlis aga tragöödia, mis sundis inimkonda oma suhtumist tuumaelektrijaamadesse ümber mõtlema. Pripjati lähedal asuvas jaamas toimus plahvatus, mille tagajärjel reaktor hävis ja keskkonda sattus märkimisväärne kogus tervisele ohtlikke radioaktiivseid aineid.
Nõukogude kuulus loosung "Rahulik aatom igas kodus" läks ohtu. Esimestel kuudel pärast õnnetust hukkus 30 inimest. Kokkupuute tegelik mõju ilmnes aga hiljem. Järgnevate aastate jooksul suri kohutava haiguse tõttu piinades veel kümneid inimesi. Nakkuspiirkonnas olid tuhanded NSV Liidu kodanikud. Märkimisväärsed Valgevene, Ukraina ja Venemaa territooriumid muutusid põllumajanduseks kõlbmatuks. Tšernobõli tuumaelektrijaama õnnetus põhjustas avalikkuse foobia puhangu seoses tuumaenergiaga. Pärast seda tragöödiat suleti paljud jaamad üle maailma.
Kuigi turvameetmed sellistes ettevõtetes on 30 aasta jooksul märkimisväärselt paranenud, võib teoreetiliselt Tšernobõliga sarnane tragöödia korduda. Õnnetusi juhtus nii enne kui ka pärast Tšernobõli tuumaelektrijaama: 1957. aastal - Suurbritannias (Windscale), 1979. aastal - USA-s (Three Mile Island), 2011. aastal - Jaapanis (Fukushima). Tänaseks on IAEA kogunud teavet enam kui 1000 eriolukorra kohta jaamades. Õnnetuste põhjused: inimfaktor (80% juhtudest), harvem - disainivead. Jaapanis Fukushimas tekkis võimsa maavärina ja sellele järgnenud tsunami tõttu hädaolukord.
Tuumaenergia väljavaated
Küsimus, kas rahumeelsel aatomil on tulevikku, on majanduslikust aspektist keeruline ja tekitab spetsialistide seas palju poleemikat. Paljude vastandlike tegurite tõttu on selle tulevik ebaselge ja udune. Viimased Rahvusvahelise Energiaagentuuri prognoosid näitavad, et praeguste suundumuste jätkumisel langeb tuumaelektrijaamades toodetud elektri osakaal 2030. aastaks 15%-lt 9%-le.
Kuni viimase ajani oli tuumaenergia nõudlus, sealhulgas kõrgete naftahindade tõttu. 2014. aastal aga langesid need järsult. Seega on tuumajaamadele ilmunud veel üks odavam alternatiiv. Samuti on oluline, et rahumeelne aatom varustab inimesi ainult elektriga (st isegi laialdase kasutamise korral ei suuda see ühiskonda energiasõltuvusest täielikult vabastada).
Nafta või elekter?
Nafta on kõigele vaatamata oluline tööstuse ja transpordi jaoks. Umbes 40% USA tarbitavast energiast saadakse sellest ressursist. Jaapan ja Prantsusmaa ei suutnud vabaneda sõltuvusest naftast (kuigi kasutavad tuumajaamu aktiivselt). Nii et kas rahumeelsel aatomil on tulevikku või on see määratud jääma "musta kulla" varju? Need suundumused viitavad sellele, et tuumaelektrijaamad võivad jääda minevikku. Mõned hiljutised arengud on aga andnud tuumaenergiale uue hingamise.
Me räägime autode tekkimisest, mis töötavad bensiini asemel elektriga. Tänapäeval vallutab selline transport üha enam USA ja Euroopa turge. Mõne aastakümne pärast elektrisõidukidmuutub normiks. Just sel hetkel võib rahumeelne aatom taas maailmamajandusele appi tulla. Tuumaelektrijaamad suudavad lahendada erinevate riikide üha suureneva elektrinõudluse probleemi.
Tuumasünteesienergia
On veel üks vaatenurk, kus rahumeelne aatom võib saavutada majandusliku võidukäigu. Üks olulisemaid tuumaelektrijaamade tööga seotud probleeme on keskkonnaohutus. Küsimus radioaktiivsete jäätmete ja kasutatud tuumkütuse kõrvaldamise keerukusest tekitas idee vormindada tuumareaktorid ümber uuteks termotuumasünteesi reaktoriteks. Sellised ettevõtted on keskkonnale täiesti ohutud. Kuid enne, kui see rahumeelne aatomitehnoloogia tootmisse tuuakse, peavad spetsialistid läbima pika tee.
33 maailma riigi meeskonnad töötavad juba termotuumaprojekti kallal. Termotuumakütuse idee globaalne olemus tuleneb selle paljudest eelistest. See pole mitte ainult ökoloogia seisukohast ohutu, vaid ka ammendamatu. Teadlastele vajalik ressurss on deuteerium, mida saadakse ookeanidest. Peamine tehnoloogiline erinevus termotuumajaama ja tuumaelektrijaama vahel seisneb selles, et tuumasüntees toimub uutes ettevõtetes (tuuma lõhustumine toimub endistes tuumaelektrijaamades). Võib-olla on see tehnoloogia rahumeelse aatomi tulevik.
