Millised on tuumaenergia plussid ja miinused? Tuumaelektrijaamade plussid ja miinused
Tuumaenergia kasutamine kaasaegses maailmas on nii oluline, et kui me homme ärkaksime ja tuumareaktsiooni energia kaoks, lakkaks ilmselt maailm sellisena, nagu seda teame. Rahu on tööstusliku tootmise ja elu alus sellistes riikides nagu Prantsusmaa ja Jaapan, Saksamaa ja Suurbritannia, USA ja Venemaa. Ja kui kaks viimast riiki suudavad endiselt asendada tuumaenergiaallikad soojusjaamadega, siis Prantsusmaa või Jaapani jaoks on see lihtsalt võimatu.
Tuumaenergia kasutamine tekitab palju probleeme. Põhimõtteliselt on kõik need probleemid seotud sellega, et kasutades aatomituuma sidumisenergiat (mida me nimetame tuumaenergiaks) enda kasuks, saab inimene märkimisväärset kurjust väga radioaktiivsete jäätmete näol, mida ei saa lihtsalt ära visata. Tuumaenergiaallikatest pärinevaid jäätmeid tuleb töödelda, transportida, matta ja pikka aega ohututes tingimustes ladustada.
Tuumaenergia kasutamise plussid ja miinused, kasu ja kahju
Mõelge aatomi-tuumaenergia kasutamise plusse ja miinuseid, nende eeliseid, kahju ja tähtsust inimkonna elus. On ilmne, et tuumaenergiat vajavad täna ainult tööstusriigid. See tähendab, et rahumeelne tuumaenergia leiab oma peamise rakenduse peamiselt sellistes rajatistes nagu tehased, töötlemistehased jne. Just energiamahukad tööstused, mis asuvad odava elektrienergia allikatest (nagu hüdroelektrijaamad) kaugel, kasutavad tuumaelektrijaamu oma sisemiste protsesside tagamiseks ja arendamiseks.
Põllumajanduspiirkonnad ja linnad ei vaja tegelikult tuumaenergiat. See on täiesti võimalik asendada soojus- ja muude jaamadega. Selgub, et tuumaenergia valdamine, soetamine, arendamine, tootmine ja kasutamine on suures osas suunatud meie vajaduste rahuldamisele tööstustoodete järele. Vaatame, mis tööstusharud need on: autotööstus, sõjatööstus, metallurgia, keemiatööstus, nafta- ja gaasikompleks jne.
Kas tänapäeva inimene tahab uue autoga sõita? Kas soovite riietuda trendikasse sünteetikasse, süüa sünteetikat ja pakkida kõik sünteetikasse? Kas soovite erineva kuju ja suurusega eredaid tooteid? Kas soovite kõiki uusi telefone, telereid, arvuteid? Kas soovite palju osta, sageli enda ümber varustust vahetada? Tahad süüa maitsvat keemiatoitu värvilistest pakenditest? Kas sa tahad rahus elada? Kas soovite teleekraanilt armsaid kõnesid kuulda? Kas soovite, et teil oleks palju tanke, samuti rakette ja ristlejaid, aga ka mürske ja kahureid?
Ja ta saab kõik. Pole tähtis, et sõnade ja teo lahknevus viib lõpuks sõjani. Pole tähtis, et selle kõrvaldamiseks on vaja ka energiat. Siiani on inimene rahulik. Ta sööb, joob, käib tööl, müüb ja ostab.
Ja see kõik nõuab energiat. Ja selleks on vaja palju naftat, gaasi, metalli jne. Ja kõik need tööstuslikud protsessid nõuavad aatomienergiat. Seega, ükskõik mida keegi ka ei räägiks, kuni esimese tööstusliku termotuumasünteesireaktori seeriasse panemiseni tuumaenergia ainult areneb.
Tuumaenergia eeliste hulka võime julgelt kirja panna kõik, millega oleme harjunud. Negatiivne külg on kurb väljavaade peatsest surmast ressursside ammendumise, tuumajäätmete probleemide, rahvastiku kasvu ja põllumaa degradeerumise tõttu. Teisisõnu võimaldas tuumaenergia inimesel hakata loodust veelgi tugevamalt valitsema, sundides seda niivõrd üle mõistuse, et mitme aastakümnega ületas ta põhiressursside taastootmise läve, käivitades aastatel 2000–2010 tarbimise kokkuvarisemise. See protsess ei sõltu objektiivselt enam inimesest.
Kõik peavad vähem sööma, vähem elama ja vähem looduskeskkonda nautima. Siin peitub veel üks aatomienergia pluss või miinus, mis seisneb selles, et riigid, kes on aatomi omaks võtnud, suudavad tõhusamalt ümber jaotada nende ammendunud ressursse, kes pole aatomit omandanud. Veelgi enam, ainult termotuumasünteesi programmi arendamine võimaldab inimkonnal lihtsalt ellu jääda. Nüüd selgitame näppude peal, mis "loomaga" on tegemist - aatomi(tuuma)energiaga ja millega seda süüakse.
Mass, aine ja aatomi (tuuma)energia
Tihti kuuleb väidet, et "mass ja energia on samad", või selliseid hinnanguid, et aatomi(tuuma)pommi plahvatust seletatakse väljendiga E = mc2. Nüüd, kui teil on tuumaenergiast ja selle rakendustest esimene arusaam, oleks tõesti ebamõistlik ajada teid segadusse selliste väidetega nagu "mass võrdub energiaga". Igatahes pole see viis suure avastuse tõlgendamiseks kõige parem. Ilmselt on see lihtsalt noorte reformistide, "uue aja galilealaste" vaimukus. Tegelikult ütleb teooria ennustus, mida on kontrollitud paljude katsetega, ainult seda, et energial on mass.
Nüüd selgitame nüüdisaegset vaatenurka ja anname lühikese ülevaate selle kujunemisloost.
Kui mis tahes materiaalse keha energia suureneb, suureneb selle mass ja me omistame selle lisamassi energia suurenemisele. Näiteks kiirguse neeldumisel neelduja kuumeneb ja selle mass suureneb. Kasv on aga nii väike, et jääb tavakatsetes mõõtmistäpsusest väljapoole. Vastupidi, kui aine kiirgab kiirgust, kaotab see tilga oma massist, mille kiirgus kannab. Tekib laiem küsimus: kas kogu aine mass ei tulene mitte energiast, st kas kogu aines pole tohutult energiavaru? Aastaid tagasi vastasid radioaktiivsed muundumised sellele positiivselt. Radioaktiivse aatomi lagunemisel vabaneb tohutul hulgal energiat (enamasti kineetilise energia kujul) ja väike osa aatomi massist kaob. Mõõdud on selles osas selged. Seega kannab energia massi endaga kaasa, vähendades seeläbi aine massi.
Järelikult on osa aine massist asendatav kiirguse massiga, kineetilise energiaga jne. Sellepärast me ütleme: "energia ja aine on osaliselt võimelised vastastikusteks muundumisteks." Lisaks saame nüüd luua aineosakesi, millel on mass ja mis on võimelised täielikult muutuma kiirguseks, millel on ka mass. Selle kiirguse energia võib minna muudesse vormidesse, kandes neile oma massi. Vastupidi, kiirgust saab muuta aineosakesteks. Nii et "energial on mass" asemel võime öelda, et "aine ja kiirguse osakesed on vastastikku muunduvad ja seetõttu võimelised vastastikku teisenema teiste energialiikidega". See on mateeria loomine ja hävitamine. Sellised hävitavad sündmused ei saa toimuda tavalises füüsikas, keemias ja tehnoloogias, vaid neid tuleb otsida kas mikroskoopilistes, kuid aktiivsetes protsessides, mida uurib tuumafüüsika, või aatomipommide kõrge temperatuuriga ahjus, päikeses ja tähtedes. Siiski oleks ebamõistlik väita, et "energia on mass". Me ütleme: "energial, nagu ainel, on mass."
Tavalise aine mass
Me ütleme, et tavaaine mass sisaldab tohutut siseenergia ladu, mis võrdub massi ja (valguse kiiruse) korrutisega2. Kuid see energia sisaldub massis ja seda ei saa vabastada ilma, et vähemalt osa sellest kaoks. Kuidas selline hämmastav idee sündis ja miks seda varem ei avastatud? Seda pakuti varem välja – eksperiment ja teooria erinevates vormides –, kuid kuni kahekümnenda sajandini ei täheldatud energia muutust, sest tavakatsetes vastab see uskumatult väikesele massimuutusele. Nüüd oleme aga kindlad, et lendaval kuulil on oma kineetilise energia tõttu lisamass. Isegi kiirusel 5000 m/sek oleks puhkeseisundis täpselt 1g kaaluva kuuli kogumass 1,00000000001g.1kg kaaluv valge-kuum plaatina lisaks kokku 0,000000000004kg ja praktiliselt ükski kaal ei suudaks neid muutusi registreerida. Alles siis, kui aatomituumast eraldub tohutult energiat või kui aatomi "mürsud" kiirendatakse valguse kiirusele lähedase kiiruseni, muutub energia mass märgatavaks.
Teisest küljest märgib isegi vaevumärgatav massierinevus võimalust vabastada tohutult palju energiat. Seega on vesiniku ja heeliumi aatomite suhteline mass 1,008 ja 4,004. Kui neli vesiniku tuuma saaks ühineda üheks heeliumi tuumaks, muutuks mass 4,032 4,004-ks. Erinevus on väike, vaid 0,028 ehk 0,7%. Aga see tähendaks hiiglaslikku energia vabanemist (peamiselt kiirguse näol). 4,032 kg vesinikku annaks 0,028 kg kiirgust, mille energia oleks umbes 600000000000 Cal.
Võrrelge seda 140 000 cal vabanemisega, kui keemilise plahvatuse käigus kombineeritakse sama kogus vesinikku hapnikuga.
Tavaline kineetiline energia annab olulise panuse tsüklotronite toodetud väga kiirete prootonite massi ja see tekitab raskusi selliste masinatega töötamisel.
Miks me ikka veel usume, et E=mc2
Nüüd tajume seda relatiivsusteooria otsese tagajärjena, kuid esimesed kahtlused tekkisid juba 19. sajandi lõpupoole seoses kiirguse omadustega. Siis tundus tõenäoline, et kiirgusel on mass. Ja kuna kiirgus kannab, nagu tiibadel, energia kiirusega, täpsemalt on see energia ise, siis on ilmunud näide millegi “immateriaalse” juurde kuuluva massi kohta. Elektromagnetismi eksperimentaalsed seadused ennustasid, et elektromagnetlainetel peab olema "mass". Kuid enne relatiivsusteooria loomist suutis ainult ohjeldamatu fantaasia laiendada suhet m=E/c2 teistele energialiikidele.
Igasugusel elektromagnetkiirgusel (raadiolainetel, infrapunakiirgusel, nähtaval ja ultraviolettkiirgusel jne) on mõned ühised tunnused: nad kõik levivad läbi tühja ruumi ühesuguse kiirusega ning kõik kannavad energiat ja hoogu. Valgust ja muud kiirgust kujutame ette lainetena, mis levivad suure, kuid kindla kiirusega c=3*108 m/sek. Kui valgus tabab neelavat pinda, tekib soojus, mis näitab, et valgusvoog kannab energiat. See energia peab levima koos vooluga samal valguskiirusel. Tegelikult mõõdetakse valguse kiirust täpselt nii: suure vahemaa läbimise aja järgi valgusenergia osaga.
Kui valgus mõne metalli pinda tabab, lööb see välja elektronid, mis lendavad välja täpselt nii, nagu oleks neid tabanud kompaktne pall. Ilmselt jaotub kontsentreeritud portsjonitena, mida me nimetame "kvantideks". See on kiirguse kvantloomus, hoolimata asjaolust, et need osad on ilmselt loodud lainete abil. Igal sama lainepikkusega valguse osal on sama energia, teatud energia "kvant". Sellised osad tormavad valguse kiirusel (tegelikult on nad kerged), kandes üle energiat ja hoogu (impulssi). Kõik see võimaldab omistada kiirgusele teatud massi – igale portsjonile omistatakse teatud mass.
Valguse peegeldumisel peeglist soojust ei eraldu, sest peegeldunud kiir viib kogu energia minema, kuid peeglile mõjub rõhk, mis sarnaneb elastsete kuulide või molekulide rõhuga. Kui valgus tabab peegli asemel musta neelavat pinda, muutub rõhk poole väiksemaks. See näitab, et tala kannab peegli poolt pööratavat hoogu. Seetõttu käitub valgus nii, nagu tal oleks mass. Kuid kas on veel mõni viis teada saada, et millelgi on mass? Kas mass eksisteerib omaette, näiteks pikkus, roheline või vesi? Või on see kunstlik mõiste, mille määratlevad sellised käitumisviisid nagu tagasihoidlikkus? Tegelikult on missa meile teada kolmes vormis:
- A. Ebamäärane väide, mis iseloomustab "aine" kogust (mass sellest vaatenurgast on substantsile omane – üksus, mida saame näha, puudutada, lükata).
- B. Teatud väited, mis seovad selle teiste füüsikaliste suurustega.
- B. Mass on konserveeritud.
Jääb üle massi määratleda impulsi ja energia järgi. Siis peab igal liikuval hoo ja energiaga asjal olema "mass". Selle mass peaks olema (impulss)/(kiirus).
Relatiivsusteooria
Relatiivsusteooria sündis soovist siduda kokku rida absoluutset ruumi ja aega puudutavaid eksperimentaalseid paradokse. Mõlemad katsed valgusega andsid vastuolulisi tulemusi ja katsed elektriga süvendasid seda konflikti veelgi. Seejärel tegi Einstein ettepaneku muuta vektorite liitmise lihtsaid geomeetrilisi reegleid. See muutus on tema "erirelatiivsusteooria" olemus.
Väikeste kiiruste puhul (aeglaseimast teost kiireima rakettini) on uus teooria kooskõlas vanaga.
Suurel kiirusel, mis on võrreldav valguse kiirusega, muudab meie pikkuste või aja mõõtmist keha liikumine vaatleja suhtes, eelkõige muutub keha mass seda suuremaks, mida kiiremini see liigub.
Siis kuulutas relatiivsusteooria, et see massi suurenemine on täiesti üldist laadi. Tavakiirusel muutusi ei toimu ja ainult kiirusel 100 000 000 km/h suureneb mass 1% võrra. Radioaktiivsetest aatomitest või kaasaegsetest kiirenditest eralduvate elektronide ja prootonite puhul ulatub see aga 10, 100, 1000%…. Selliste suure energiaga osakestega tehtud katsed annavad suurepäraseid tõendeid massi ja kiiruse vahelise seose kohta.
Teises otsas on kiirgus, millel pole puhkemassi. See ei ole aine ja seda ei saa paigal hoida; sellel on lihtsalt mass ja see liigub kiirusega c, seega on selle energia mc2. Me räägime kvantidest kui footonitest, kui tahame märkida valguse käitumist osakeste voona. Igal footonil on teatud mass m, teatud energia E=mс2 ja teatud liikumishulk (impulss).
Tuumamuutused
Mõnedes tuumadega tehtud katsetes ei summeeru aatomite massid pärast ägedaid plahvatusi, et anda sama kogumass. Vabanenud energia viib endaga kaasa mingi osa massist; kadunud aatomimaterjali tükk tundub olevat kadunud. Kui aga omistame mõõdetud energiale massi E/c2, leiame, et mass säilib.
Aine hävitamine
Oleme harjunud pidama massist kui mateeria vältimatust omadusest, mistõttu massi üleminek ainelt kiirgusele – lambist lendavale valgusvihule näeb välja peaaegu nagu mateeria hävimine. Veel üks samm – ja saame üllatusega teada, mis tegelikult toimub: positiivsed ja negatiivsed elektronid, aineosakesed muutuvad omavahel kombineerides täielikult kiirguseks. Nende aine mass muutub võrdseks kiirgusmassiks. Tegemist on mateeria kadumise juhtumiga kõige otsesemas mõttes. Justkui fookuses, valgussähvatuses.
Mõõtmised näitavad, et (energia, kiirgus annihilatsiooni ajal) / c2 on võrdne mõlema elektroni - positiivse ja negatiivse - kogumassiga. Prootoniga kombineerituna antiprooton annihileerub, tavaliselt suure kineetilise energiaga kergemate osakeste vabanemisega.
Aine loomine
Nüüd, kui oleme õppinud, kuidas juhtida suure energiaga kiirgust (ülilühilaine röntgenikiirgus), saame kiirgusest aineosakesi valmistada. Kui sihtmärki selliste kiirtega pommitatakse, tekitavad need mõnikord osakeste paari, näiteks positiivseid ja negatiivseid elektrone. Ja kui me jälle kasutame nii kiirguse kui ka kineetilise energia jaoks valemit m=E/c2, siis mass säilib.
Lihtsalt kompleksist – tuuma- (aatomi)energiast
- Piltide, piltide, fotode galerii.
- Tuumaenergia, aatomienergia – põhialused, võimalused, väljavaated, areng.
- Huvitavad faktid, kasulik teave.
- Rohelised uudised – Tuumaenergia, aatomi energia.
- Viited materjalidele ja allikatele – Tuuma- (aatomi)energia.
Peamisteks argumentideks tuumaenergeetika arengu kasuks on energia võrdlev odavus ja väike jäätmekogus. Toodetud energiaühikus on tuumaelektrijaamade jäätmeid tuhandeid kordi vähem kui kivisöel töötavates soojuselektrijaamades (1 klaas uraan-235 annab sama palju energiat kui 10 tuhat tonni kivisütt). Tuumaelektrijaamade eeliseks on süsinikdioksiidi heitmete puudumine atmosfääri, mis kaasneb elektri tootmisega süsinikku sisaldavate energiakandjate põletamisel.
Tänapäeval on täiesti ilmne, et tuumaelektrijaamade normaalse töö käigus on keskkonnarisk energia hankimisel võrreldamatult väiksem kui söetööstuses.
Ligikaudsete arvutuste kohaselt eeldaks juba olemasolevate tuumaelektrijaamade sulgemine 630 miljoni tonni kivisöe täiendavat põletamist aastas, mis tooks kaasa 2 miljardi tonni süsinikdioksiidi ning 4 miljoni tonni mürgise ja radioaktiivse tuha paiskumise aastas. õhkkond. Tuumaelektrijaamade asendamine soojuselektrijaamadega tooks kaasa õhusaaste põhjustatud suremuse 50-kordse tõusu. Selle täiendava süsihappegaasi atmosfäärist eraldamiseks oleks vaja istutada mets alale, mis on 4-8 korda suurem kui Saksamaa territoorium.
Tuumaenergial on tõsised vastased. L. Brown (Brown, 2001) peab seda viimastes töödes konkurentsivõimetuks. Tuumaenergeetika arengu vastuargumendid on tuumakütuse tsükli täieliku ohutuse tagamise raskus, aga ka avariioht tuumaelektrijaamades. Tuumaenergia arengu ajalugu varjutavad Kyshtõmis ja Tšernobõlis toimunud rasked õnnetused. Tänapäevaste tuumaelektrijaamade õnnetuste tõenäosus on aga ülimalt väike. Seega ei ületa see Ühendkuningriigis 1:1000000. Jaapan ehitab uusi tuumajaamu (sealhulgas maailma suurimat Fukushimat) seismiliselt ohtlikele piirkondadele ookeanil.
Tuumaenergia väljavaated.
Süsihappegaasi sisaldavate energiakandjate ammendumine, taastuvatel energiaallikatel põhineva energia piiratud võimalused ja kasvav energianõudlus tõukuvad enamikku maailma riike tuumaenergeetika arengu suunas, kusjuures tuumaelektrijaamade ehitamine algab aasta arengumaades. Lõuna-Ameerikas, Aasias ja Aafrikas. Varem peatatud tuumaelektrijaamade ehitust jätkatakse isegi Tšernobõli katastroofist mõjutatud riikides - Ukrainas, Valgevenes ja Vene Föderatsioonis. Armeenia tuumaelektrijaamade tööd jätkatakse.
Tõstetakse tuumaenergia tehnoloogilist taset ja selle keskkonnaohutust. Juba on välja töötatud projektid uute säästlikumate reaktorite kasutuselevõtuks, mis suudavad kulutada 4-10 korda vähem uraani elektriühiku kohta kui tänapäevased. Tooriumi ja plutooniumi "kütusena" kasutamise küsimust arutatakse. Jaapani teadlased usuvad, et plutooniumi saab põletada ilma jääkideta ja plutooniumil töötavad tuumajaamad võivad olla kõige keskkonnasõbralikumad, kuna need ei tekita radioaktiivseid jäätmeid (RW). Sel põhjusel ostab Jaapan aktiivselt tuumalõhkepeade lammutamise käigus vabanenud plutooniumi. Tuumajaamade üleviimine plutooniumkütusele nõuab aga tuumareaktorite kallist moderniseerimist.
Tuumakütuse tsükkel muutub; kõigi toimingute kogum, mis kaasneb tuumakütuse tooraine kaevandamisega, selle ettevalmistamisega reaktorites põletamiseks, energia saamise protsessiga ning radioaktiivsete jäätmete töötlemise, ladustamise ja kõrvaldamisega. Mõnes Euroopa riigis ja Venemaa Föderatsioonis on käimas üleminek suletud tsüklile, mille käigus tekib vähem radioaktiivseid jäätmeid, kuna märkimisväärne osa neist pärast töötlemist järelpõletatakse. See võimaldab mitte ainult vähendada keskkonna radioaktiivse saastumise ohtu (vt 10.4.4), vaid ka sadu kordi vähendada uraani tarbimist, mille ressursid on ammendavad. Avatud tsükliga radioaktiivseid jäätmeid ei töödelda, vaid need kõrvaldatakse. See on ökonoomsem, kuid mitte keskkonnasõbralik. USA tuumajaamad töötavad endiselt selle skeemi alusel.
Üldiselt on radioaktiivsete jäätmete töötlemise ja ohutu kõrvaldamise küsimused tehniliselt lahendatavad. Viimastel aastatel on tuumaenergeetika arendamise poolt sõna võtnud ka Rooma Klubi, mille eksperdid sõnastasid järgmise seisukoha: „Nafta on liiga kallis, kivisüsi on loodusele liiga ohtlik, taastuvenergia panus on liiga tühine, ainus võimalus on jääda tuumavaliku juurde.
Tuumaenergia eelised võrreldes teiste energiatootmisviisidega on ilmsed. Suur võimsus ja madal energia kogumaksumus avasid kunagi suured väljavaated tuumaenergeetika arendamiseks ja tuumaelektrijaamade ehitamiseks. Enamikus maailma riikides arvestatakse tuumaenergeetika eelistega ka tänapäeval - järjest rohkem ehitatakse jõuplokke ja sõlmitakse lepinguid tuumajaamade ehitamiseks tulevikus.
Tuumaenergia üks peamisi eeliseid on selle tasuvus. See koosneb paljudest teguritest ja kõige olulisem neist on vähene sõltuvus kütuse transpordist. Võrdleme 1 miljoni kW võimsusega koostootmiselektrijaama ja samaväärse võimsusega TEJ plokki. Koostootmisjaamad nõuavad 2 kuni 5 miljonit tonni kütust aastas, selle transpordi maksumus võib moodustada kuni 50% saadud energia maksumusest ning tuumaelektrijaamadesse tuleb tarnida umbes 30 tonni uraani, mis praktiliselt ei mõjuta energia lõpphinda.
Samuti võib tuumaenergeetika eeliste hulka julgelt kirja panna tõsiasja, et tuumakütuse kasutamisega ei kaasne põlemisprotsessi ning kahjulike ainete ja kasvuhoonegaaside paiskamist atmosfääri, mis tähendab kallite rajatiste rajamist. heitmete puhastamine atmosfääri ei ole vajalik. Veerandi kõigist atmosfääri kahjulikest heitkogustest moodustavad soojuselektrijaamad, millel on väga negatiivne mõju nende läheduses asuvate linnade keskkonnaseisundile ja atmosfääri seisundile üldiselt. Tavarežiimil töötavate tuumaelektrijaamade läheduses asuvad linnad tunnevad täielikult tuumaenergia eeliseid ja neid peetakse üheks keskkonnasõbralikumaks kõigis maailma riikides. Nad jälgivad pidevalt maa, vee ja õhu radioaktiivset seisundit ning analüüsivad taimestikku ja loomastikku – selline pidev jälgimine võimaldab tõesti hinnata tuumaenergia plusse ja miinuseid ning selle mõju piirkonna ökoloogiale. Väärib märkimist, et vaatlusperioodi jooksul tuumajaama asukohapiirkondades ei ole radioaktiivse fooni kõrvalekaldeid normist kordagi registreeritud, välja arvatud juhul, kui tegemist oli hädaolukorraga.
Tuumaenergia eelised ei piirdu sellega. Eelseisva energianälja ja süsiniku kütusevarude ammendumise tingimustes kerkib loomulikult küsimus tuumaelektrijaamade kütusevarudest. Vastus sellele küsimusele on väga optimistlik: uuritud uraani ja teiste radioaktiivsete elementide varud maapõues ulatuvad mitme miljoni tonnini ning praeguse tarbimistaseme juures võib neid pidada praktiliselt ammendamatuteks.
Kuid tuumaenergia eelised ei laiene ainult tuumaelektrijaamadele. Aatomi energiat kasutatakse tänapäeval lisaks elanikkonna ja tööstuse elektrienergiaga varustamiseks ka muudel eesmärkidel. Seega ei saa ülehinnata tuumaenergia eeliseid allveelaevastiku ja tuumajäälõhkujate jaoks. Tuumamootorite kasutamine võimaldab neil pikka aega autonoomselt eksisteerida, liikuda suvalise vahemaa tagant ning allveelaevad võivad vee all viibida kuid. Tänapäeval arendatakse maailmas maa-aluseid ja ujuvaid tuumaelektrijaamu ning kosmosesõidukite tuumamootoreid.
Tuumaenergeetika eeliseid arvesse võttes võib julgelt väita, et inimkond kasutab ka tulevikus tuumaenergia võimalusi, mis hoolika käsitsemise korral saastab vähem keskkonda ega riku praktiliselt ökoloogilist tasakaalu meie planeedil. Kuid tuumaenergia eelised tuhmusid maailma üldsuse silmis märkimisväärselt pärast kahte tõsist õnnetust: Tšernobõli tuumaelektrijaamas 1986. aastal ja Fukushima-1 tuumaelektrijaamas 2011. aastal. Nende juhtumite ulatus on selline, et nende tagajärjed võivad hõlmata peaaegu kõiki inimkonnale teadaolevaid tuumaenergia eeliseid. Jaapanis toimunud tragöödia andis paljudele riikidele tõuke energiastrateegia ümbertöötamiseks ja rõhuasetuse nihutamiseks alternatiivsete energiaallikate kasutamisele.
Tuumaenergia on ainus viis inimkonna kasvava elektrivajaduse rahuldamiseks.
Ükski teine energiaallikas ei suuda piisavalt elektrit toota. Selle ülemaailmne tarbimine kasvas aastatel 1990–2008 39% ja kasvab igal aastal. Päikeseenergia ei suuda rahuldada tööstuslikku elektrivajadust. Nafta- ja kivisöevarud on ammendatud. 2016. aastal töötas maailmas 451 tuumaelektrijaama. Kokku andsid jõuallikad 10,7% maailma elektritoodangust. 20% kogu Venemaal toodetud elektrist toodetakse tuumaelektrijaamades.
Tuumareaktsiooni käigus vabanev energia ületab tunduvalt põlemisel eralduva soojushulga.
1 kg 4%-ni rikastatud uraani vabastab energiakoguse, mis võrdub 60 tonni nafta või 100 tonni kivisöe põletamisega.
Tuumaelektrijaamade ohutu töö võrreldes soojuselektrijaamadega.
Esimeste tuumaobjektide rajamisest alates on juhtunud umbes kolm tosinat õnnetust, neljal juhul on atmosfääri sattunud kahjulikke aineid. Söekaevandustes toimunud metaani plahvatusega seotud juhtumite arv ulatub kümnetesse. Vananenud seadmete tõttu suureneb aasta-aastalt õnnetuste arv soojuselektrijaamades. Viimane suurem õnnetus Venemaal toimus 2016. aastal Sahhalinil. Siis jäi 20 tuhat venelast elektrita. 2013. aastal Uglegorski TPP-s (Donetski oblast, Ukraina) toimunud plahvatus kutsus esile tulekahju, mida ei suudetud 15 tundi kustutada. Atmosfääri paiskus suur hulk mürgiseid aineid.
Sõltumatus fossiilsetest energiaallikatest.
Looduslikud kütusevarud on ammendunud. Söe ja nafta jäänused on hinnanguliselt 0,4 IJ (1 IJ = 10 24 J). Uraanivarud ületavad 2,5 IJ. Lisaks saab uraani taaskasutada. Tuumakütust on lihtne transportida ja transpordikulud minimaalsed.
Tuumaelektrijaamade võrdlev keskkonnasõbralikkus.
2013. aastal moodustasid fossiilkütuste kasutamisest elektri tootmiseks tulenevad ülemaailmsed heitkogused 32 gigatonni. Siia kuuluvad süsivesinikud ja aldehüüdid, vääveldioksiid, lämmastikoksiidid. Tuumaelektrijaamad ei tarbi hapnikku, soojuselektrijaamad aga kasutavad hapnikku kütuse oksüdeerimiseks ja toodavad sadu tuhandeid tonne tuhka aastas. Tuumaelektrijaamade heitkoguseid esineb harva. Nende tegevuse kõrvalmõjuks on radionukliidide emissioon, mis lagunevad mõne tunni jooksul.
"Kasvuhooneefekt" julgustab riike piirama põletatava söe ja nafta kogust. Euroopa tuumaelektrijaamad vähendavad igal aastal CO2 heitkoguseid 700 miljoni tonni võrra.
Positiivne mõju majandusele.
Tuumaelektrijaama ehitamine loob töökohti jaamas ja sellega seotud tööstusharudes. Näiteks Leningradi TEJ varustab kohalikke tööstusettevõtteid kütte ja kuuma protsessiveega. Jaam on meditsiiniasutustele meditsiinilise hapniku ja ettevõtetele vedela lämmastiku allikaks. Hüdrotehnikatsehh varustab tarbijaid joogiveega. Tuumaelektrijaamade energiatootmise maht on otseselt seotud piirkonna heaolu kasvuga.
Väike kogus tõeliselt ohtlikke jäätmeid.
Kasutatud tuumkütus on energiaallikas. Radioaktiivsed jäätmed moodustavad kasutatud tuumkütusest 5%. 50 kg jäätmetest vajab vaid 2 kg pikaajalist ladustamist ja tõsist isoleerimist.
Radioaktiivsed ained segatakse vedela klaasiga ja valatakse paksude legeerterasest seintega anumatesse. Raudkonteinerid on valmis pakkuma ohtlike ainete usaldusväärset ladustamist 200-300 aastaks.
Ujuvate tuumaelektrijaamade (FNPP) ehitamine pakub odavat elektrit raskesti ligipääsetavatesse piirkondadesse, sealhulgas maavärinaohtlikesse piirkondadesse.
Tuumaelektrijaamad on Kaug-Ida ja Kaug-Põhja äärealadel eluliselt olulised, kuid statsionaarsete jaamade rajamine ei ole hajaasustusega piirkondades majanduslikult põhjendatud. Väljapääs on väikeste ujuvate tuumaelektrijaamade kasutamine. Maailma esimene FNPP "Akademik Lomonosov" käivitatakse 2019. aasta sügisel Tšukotka poolsaare rannikul Pevekis. Peterburis asuvas Balti Laevatehases ehitatakse ujuvat jõuallikat (FPU). Kokku on 2020. aastaks plaanis kasutusele võtta 7 FNPP-d. Ujuvate tuumaelektrijaamade kasutamise eeliste hulgas:
- odava elektri ja soojuse pakkumine;
- 40-240 tuhande kuupmeetri magevee saamine päevas;
- puudub vajadus elanikkonna kiireks evakueerimiseks FPU õnnetuste korral;
- jõuallikate suurenenud löögikindlus;
- potentsiaalne hüpe FNPP-ga piirkondade majanduse arengus.
Esitage oma fakt
Tuumaenergia miinused
Kõrged kulud tuumaelektrijaamade ehitamiseks.
Moodsa tuumaelektrijaama ehitamiseks hinnatakse 9 miljardit dollarit. Mõnede ekspertide hinnangul võivad kulud ulatuda 20-25 miljardi euroni. Ühe reaktori maksumus, olenevalt selle võimsusest ja tarnijast, jääb 2-5 miljardi dollari vahele. See on 4,4 korda kõrgem tuuleenergia maksumusest ja 5 korda kallim kui päikeseenergia. Jaama tasuvusaeg on üsna suur.
Uraan-235 varud, mida kasutavad peaaegu kõik tuumajaamad, on piiratud.
Uraan-235 varusid jätkub 50 aastaks. Uraan-238 ja tooriumi kombinatsiooni kasutamisele üleminek võimaldab meil toota inimkonnale energiat veel tuhandeks aastaks. Probleem on selles, et uraan-238 ja tooriumile üleminekuks on vaja uraan-235. Kõigi uraan-235 varude kasutamine muudaks ülemineku võimatuks.
Tuumaenergia tootmise kulud ületavad tuuleparkide tegevuskulusid.
Energy Fair’i teadlased on esitanud raporti, mis demonstreerib tuumaenergia kasutamise majanduslikku ebaotstarbekust. 1 MWh, mida tuumaelektrijaam toodab, maksab 60 naela (96 dollarit) rohkem kui samasugune tuuleveskites toodetud energiakogus. Aatomi poolitamise jaamade käitamine maksab 202 naela (323 dollarit) 1 MW / tunni kohta, tuuleenergia rajatis - 140 naela (224 dollarit).
Tuumaelektrijaamade õnnetuste rasked tagajärjed.
Õnnetuste oht rajatistes eksisteerib kogu tuumareaktorite eluea jooksul. Ilmekas näide on Tšernobõli tuumaelektrijaama õnnetus, mille likvideerimiseks saadeti 600 tuhat inimest. 20 aasta jooksul pärast õnnetust suri 5000 likvideerijat. Jõed, järved, metsamaad, väikesed ja suured asulad (5 miljonit hektarit maad) on muutunud elamiskõlbmatuks. 200 tuhat km2 oli saastunud. Õnnetus põhjustas tuhandete surmajuhtumite, kilpnäärmevähiga patsientide arvu kasvu. Euroopas registreeriti hiljem 10 tuhat deformatsiooniga laste sündi.
Radioaktiivsete jäätmete kõrvaldamise vajadus.
Iga aatomi lõhenemise etapp on seotud ohtlike jäätmete tekkega. Rajatakse hoidlaid radioaktiivsete ainete isoleerimiseks kuni nende täieliku lagunemiseni, hõivates Maa pinnal suuri alasid, mis asuvad maailmamere äärealadel. Tadžikistanis 180 hektari suurusele alale maetud 55 miljonit tonni radioaktiivseid jäätmeid on oht keskkonda pääseda. 2009. aasta seisuga on ainult 47% Venemaa ettevõtete radioaktiivsetest jäätmetest ohutus seisukorras.
Millised on tuumaelektrijaamade eelised teiste energiatootmisviiside ees
Peamine eelis- praktiline sõltumatus kütuseallikatest tänu väikesele kütusekogusele, näiteks 54 kütusesõlme kogumassiga 41 tonni jõuallika kohta VVER-1000 reaktoriga 1-1,5 aasta jooksul (võrdluseks Troitskaya GRES üksi võimsus 2000 MW põleb teise päeva raudteerongide kivisöe jaoks). Erinevalt traditsioonilisest on tuumkütuse transpordi maksumus tühine. Venemaal on see eriti oluline Euroopa osas, kuna söe tarnimine Siberist on liiga kallis.
Tuumaelektrijaama tohutuks eeliseks on suhteline keskkonnapuhtus. Elektrijaamades on kahjulike ainete, sealhulgas vääveldioksiidi, lämmastikoksiidide, süsinikoksiidide, süsivesinike, aldehüüdide ja lendtuha aastane koguheide 1000 MW installeeritud võimsuse kohta vahemikus umbes 13 000 tonni aastas gaasi puhul kuni 165 000 tonni söetolmelektrijaamade puhul. . Tuumaelektrijaamades selliseid heitmeid pole. 1000 MW võimsusega soojuselektrijaam kulutab aastas kütuse oksüdeerimiseks 8 miljonit tonni hapnikku, tuumajaamad aga üldse mitte. Lisaks toodab söeküttel töötav elektrijaam suuremat spetsiifilist (toodetud elektriühiku kohta) radioaktiivsete ainete eraldumist. Kivisüsi sisaldab alati looduslikke radioaktiivseid aineid, kivisöe põletamisel satuvad need peaaegu täielikult väliskeskkonda. Samas on soojuselektrijaamade heitkoguste eriaktiivsus kordades suurem kui tuumaelektrijaamadel. Samuti eemaldavad mõned tuumaelektrijaamad osa soojusest linnade kütte ja sooja veevarustuse vajadusteks, mis vähendab ebaproduktiivseid soojuskadusid, on olemas ja paljulubavaid projekte "liigse" soojuse kasutamiseks energia-bioloogilistes kompleksides (kalad). põlluharimine, austrite kasvatamine, kasvuhoonete kütmine jne). Lisaks on tulevikus võimalik ellu viia projekte tuumaelektrijaamade ühendamiseks gaasiturbiinidega, sh "pealisehitustena" olemasolevates tuumaelektrijaamades, mis võimaldavad saavutada soojuselektrijaamade omaga sarnase kasuteguri.
Enamiku riikide, sealhulgas Venemaa jaoks ei ole tuumaelektrijaamades elektri tootmine kallim kui söepulbri ja veelgi enam gaasiõli soojuselektrijaamades. Tuumajaamade eelis toodetava elektri maksumuses on eriti märgatav 1970. aastate alguses alanud nn energiakriiside ajal. Naftahinna langus vähendab automaatselt tuumajaamade konkurentsivõimet.
Tuumaelektrijaama ehitamise kulud on umbes samad kui soojuselektrijaama ehitamisel või veidi suuremad.
Naftahinna langus vähendab automaatselt tuumajaamade konkurentsivõimet.
Tuumaelektrijaamade peamine puudus- õnnetuste rasked tagajärjed, mille vältimiseks on tuumaelektrijaamad varustatud kõige keerukamate, mitme reservi ja koondamisega ohutussüsteemidega, mis tagavad südamiku sulamise välistamise isegi maksimaalse projekteeritud õnnetuse korral (reaktori tsirkulatsiooniahela lokaalne põiksuunaline purunemine). torujuhe).
Tuumaelektrijaamade tõsiseks probleemiks on nende likvideerimine pärast ressursi ammendumist, hinnanguliselt võib see moodustada kuni 20% nende ehitamise maksumusest.
Mitmetel tehnilistel põhjustel on äärmiselt ebasoovitav, et tuumaelektrijaamad töötaksid manööverdusrežiimides, st katavad elektrilise koormusgraafiku muutuva osa.