Tuumaenergia

Tuumaenergia rahvusvaheline sümbol.

Tuumaenergia ehk aatomienergia on füüsika seisukohast aatomituuma moodustavate elementaarosakeste süsteemi seoseenergia, mis võib tuumareaktsioonides vabaneda. Energeetika seisukohast on see elektrienergia, mida saadakse tänu tuumareaktsioonidele tuumaelektrijaamades. Energeetika haru, mis on pühendatud tuumaenergia kasutamisele, on tuumaenergeetika. Tehnika haru, mis tegeleb tuumaenergia rakendamisega, on tuumatehnika.

Tuumaenergia tootmine

Tuumajaamade levik

Tänapäeval on 30 maailma riigis elektritootmisel käigus 439 tuumareaktorit koguvõimsusega 372 GWe. Tuumalõhustumise energia abil toodetakse 16% kogu maailma elektrist ja selline osakaal on püsinud juba paar aastakümmet. Ehitusjärgus on praegu üle 30 uue reaktori koguvõimsusega üle 26 GWe. Lisaks on kindlalt otsustatud või juba tellitud 94 reaktori ehitamine koguvõimsusega rohkem kui 100 GWe, mis moodustab veerandi praegu olemasolevast.

Tuumajaamad maailmas.

Riigiti erineb nii tuumareaktorite arv ja reaktori tüüp kui nende toodetud tuumaelektri osa laiades piirides. Kõige rohkem reaktoreid töötab Ameerika Ühendriikides (104), järgnevad Prantsusmaa 59 ja Jaapan 55 reaktoriga. Samas toodab tuumaenergia suurima osana kogu oma elektrist (78%) Prantsusmaa; järgnevad Leedu ja Slovakkia vastavalt 69% ja 57%. Üle kolmandiku moodustab tuumaelekter veel Belgias, Bulgaarias, Ungaris, Lõuna-Koreas, Rootsis, Šveitsis, Sloveenias ja Ukrainas, üle veerandi Jaapanis, Saksamaal ja Soomes ning umbes viiendiku USA-s .

Energia tootmine kaasaegsetes tuumaelektrijaamades

Tuumaenergia tootmise aluseks on kasutatava kütuse neutronite ja aatomituumade omavaheline reaktsioon. Enamuse reaktorite kütuseks olev uraan koosneb eelkõige kahest isotoobist, milleks on uraan-235 ja uraan-238. Looduslikus uraanis, mida kasutatakse vanemates reaktorites, on nende isotoopide vahekord vastavalt 0,7 ja 99,3 protsenti kaalu järgi. Enne kasutamist tuleb uraani aga rikastada, kuna uraan, mida valdavalt kasutatakse kaasaegsetes reaktorites, sisaldab umbes 2,5 protsenti uraan-235 .

Uraani tuuma lõhustumisprotsess.

Kui uraan-235 tuum neelab neutroni ja lõhustub kaheks suureks energeetiliseks fragmendiks ehk lõhustumissaaduseks, vabaneb energia. Protsessiga kaasneb mitme suure energiaga kiire neutroni vabanemine ja mõningane gammakiirgus. Neutroneid aeglustatakse reaktoris selleks, et nad kutsuksid esile uraan-235 lõhustumist. Selliseid neutroneid nimetatakse sageli soojuslikeks neutroniteks ja reaktoreid, kus kasutatakse neutronite aeglustamist termoreaktorites soojuslikeks reaktoriteks. Juhul kui uraan-238 tuum neelab hoopis kiire neutroni, saab temast uraan-239, mille lõplik lagunemissaadus on plutoonium-239. Ka plutoonium lõhustub või seob neutroneid, moodustades täiendavalt aktiniidide isotoope nagu ameriitsium või küürium. Mõnedes reaktorites üritatakse kasutada kütusena oksiidkütusesegu, mis sisaldab rikastatud uraani, kuhu on segatud kasutatu kütuse töötlemisel saadud plutoonium. Seda käsitatakse kütuse taaskasutusena ja tuumarelvade valmistamiseks sobiva plutooniumi varude kontrolli all hoidmisena. Kütus on tuumareaktoris kogutud seadmesse, mida nimetatakse südamikuks, kus on ka aeglusti, mis aeglustab neutroneid. Aeglustina kasutatakse enamasti vett või grafiiti. Jahuti, tavaliselt vesi või gaas, juhib tekkinud soojuse kütusevarrastest eemale ja tekkinud aur suunatakse soojusvahetajasse. Auru abil pannakse tööle elektrit tootvad turbiinid. Nii saab uraanist elektrienergia.

Kütus on suletud metallkonteineritesse ja reaktori südamik paikneb surveanumas. Mõne tehnilise lahenduse puhul on kütuseelemendid paigutatud eraldi surveanumatesse. Massiivne betoonvarjestus aitab kaitsta reaktori südamikust lähtuva intensiivse kiirguse eest. Suuremale osale reaktoritest on ehitatud täiendav kaitsekest, mis ümbritseb reaktoreid ja tavaliselt ka soojusvahetajaid. Värske kütuse aktiivsus on väga madal ja seda võib käidelda ilma varjestuseta. Kui aga kütus jõuab reaktorisse, siis kasutamise käigus tema aktiivsus tõuseb. Selle põhjuseks on eelkõige kütuses tekkivad lõhustumissaadused. Sellest tulenevalt võib reaktoriga toimuva avarii korral keskkonda vabaneda märkimisväärsel hulgal radioaktiivset materjali. Pärast reaktorist eemaldamist on kastutatud kütus kõrge temperatuuriga ning sulamise vältimiseks on vaja teda jahutada ja varjestada, et vähendada kokkupuudet kiirgusega.

Ehkki ohutus on kõikide tuumaelektrijaamade puhul keskne teema, on pärast Tšernobõli avariid ja NSV Liidu lagunemist erilist tähelepanu pööratud vanade nõukogude-aegsete reaktorite ohutusele. Tänu Ida-Euroopa ja endise NSV Liidu spetsialistide pingutustele, mida on toetatud paljude rahvusvaheliste koostööprojektide kaudu, on nende reaktorite ohutuse kaasajastamisel tehtud väga suuri edusamme.

Levinumad tuumareaktorid

Enamik praegu energeetikas kasutatavaid tuumareaktoreid loetakse II põlvkonda kuuluvaks. Kõik on aeglastel neutronitel töötavad reaktorid, mis kasutavad tuumkütusena peamiselt looduslikku või uraan-235 suhtes väherikastatud uraani ja osaliselt reaktori töötamisel uraan-238 neutronkiiritamisel tekkivat plutooniumi. Sellega kasutatakse kogu uraanis sisalduvast lõhustumisenergiast ära ainult 1–2%. Tuumaenergeetikas on tänapäeval kasutusel nn ühekordne tuumkütuse tsükkel ja kasutatud kütus läheb kohe (lõpp)ladustamisele. Uraani madal hind ei soodusta kasutatud tuumkütuse ümbertöötamist ja nii töödeldakse taaskasutamiseks ainult mõni protsent. Kuna aga lõppladustamist ei praktiseerita, siis saab edasises tuumaenergeetika arengus ka senist kasutatud kütust kiiretes reaktorites veel ära kasutada. Paljud riigid loevadki kasutatud tuumkütust õigustatult oluliseks energiaressursiks.

Majanduslikel põhjustel on ka kiired reaktorid vähe levinud. Ehkki samast uraanikogusest saaks neis kätte 50–60 korda rohkem energiat palju väiksema jäätmekogusega, pole praegu soodne umbes kaks korda kallimaid kiireid reaktoreid ehitada. Olukord on küll viimastel aastatel muutumas seoses neljanda põlvkonna reaktorite ja vastava sümbiootilise tuumkütuse tsükli arendamisega. Majanduslikud tegurid konkurentsis muude kütustega määravad samuti suuresti asjaolu, et siiani on eelistatud suure elektrilise võimsusega (üle 1000 MWe) tuumareaktoreid.

Energeetiline tuumareaktor toodab tuumkütuse tuumade kontrollitaval lõhustumisel vabanevat soojusenergiat, mida kasutatakse auruturbiiniga ühendatud generaatoris elektri saamiseks. Tüüpiline soojusefektiivsus enamikul praegustel tuumajaamadel on 33–36%. Vaatamata reaktoritüüpide erinevusele, on tuumajaama üldskeem ja rida komponente nende ehituses ühised. Järgnevalt mõned levinumad reaktoritüübid.

Surveveereaktor (PWR ehk Pressurised Water Reactor)

Surveveereaktori tööpõhimõte

Rohkem kui 260 reaktoriga on PWR enimkasutatav reaktoritüüp maailma energeetikas, peamiselt USA-s, Prantsusmaal, Jaapanis ja Venemaal. Elektriline võimsus varieerub piirides 300–1500 MWe. Suure võimsusega PWR reaktori südamikus võib olla 150–250 vertikaalselt asetatud kütusekomplekti, millest igaühes on 200–300 kütusevarrast. Kokku on reaktoris seega 80–100 tonni 3,5-5% uraan-235 suhtes rikastatud tuumkütust. Veerand kuni kolmandik kütust uuendatakse 1,5 kuni 2 aasta järel. Vertikaalsed juhtvardad juhitakse südamikku reaktorianuma pealt. Tavaline vesi reaktorianumas ja esmases jahutussüsteemis temperatuuril ~325 °C ja rõhul ~150 at toimib nii soojuskandja kui ka aeglustina. Kõrge rõhk, mida hoiab aur erilises survepaagis, takistab vee keemist esmases kontuuris. Aurugeneraator, milles esmase kontuuri vee antud soojus tekitab turbogeneraatorit käitava auru teiseses madalama rõhu all töötavas jahutuskontuuris, asub tavaliselt samuti kaitsekestas. Kaitsekestast väljas koosneb teisene jahutuskontuur aurutraktist, turbogeneraatorist, kondensaatorist ja veepumbast. Kondensaatorit, kus aur muundub tagasi aurugeneraatorisse juhitavaks veeks, jahutatakse jõe-, järve- või mereveega või jahutustornide abil.

Surveveereaktoreid eelistatakse nende sisemise ohutuse tõttu. Tagatiseks on PWR reaktorile omane negatiivne tagasiside: kui südamiku võimsuse suurenemisel osa esmase süsteemi vett muutub auruks, siis aurus väheneb neutronite aeglustumine ja seega ka lõhustusreaktsiooni kiirus ning reaktori võimsus. Avariisüsteemiks reaktori seiskamiseks vajadusel on lisaks juhtvarrastele näiteks boori juhtimine esmase kontuuri vette. PWR eeliseks on ka asjaolu, et teisene jahutuskontuur ei saastu radioaktiivselt, mis esmases kontuuris paratamatult juhtub.

Keevveereaktor (BWR ehk Boiling Water Reactor)

Keevveereaktori tööpõhimõte

Maailmas töötab üle 90 keevveereaktori võimsustega kuni 1300 MWe ja see on levikult teine reaktoritüüp USA-s, Jaapanis, Rootsis. Erinevalt PWR-st on selles reaktoris ainult üks madalama ~75 at veerõhuga jahutuskontuur. Sellisel rõhul keeb vesi ~285 °C juures juba reaktorisüdamikus ja südamiku ülaosas on 12–15% kogu veest auru kujul. Aurus on neutronite aeglustumine oluliselt nõrgem kui vees. Kokkuvõttes on sellise reaktori kasutegur väiksem kui PWR reaktoril. Reaktorianuma ülaosas tekkinud aur läbib auruseparaatorid ja juhitakse sealt otse turbiini. Turbiinist jõuab aur kondensaatorisse, kus muundub veeks, jahtub ja vesi pumbatakse tagasi reaktorianumasse.

Tuumkütusena kasutatakse uraan-235 suhtes rikastatud uraanoksiidi olenevalt reaktori võimsusest kuni 750 vertikaalses kütusekomplektis, kus igaühes on 90–100 varrast. Korraga on reaktoris kuni 140 tonni tuumkütust. Juhtvardad viiakse südamikku reaktorianuma alt. Lisaks kasutatakse juhtimiseks südamikku läbiva veevoo muutmist, reguleerides auru osakaalu südamiku ülaosas ja sellega neutronite aeglustamise efektiivsust.

Konstruktsiooni lihtsuse eest tuleb siiski maksta. Kuna turbogeneraatorisse jõuab reaktorisüdamikku läbinud aur, siis jõuavad sinna ka vees sisalduvad lühiealised radioaktiivsed lisandid. Turbiin vajab seetõttu kiirgusvarjestust ja igasugused hooldetööd generaatorisaalis tuleb reaktori töötamisel teha kiirgusohutuse meetmeid rakendades. Peale selle vajab BWR reaktor ka lisaseadmeid reaktorianuma sees.

Surveraskeveereaktor ehk CANDU või PHWR (Pressurised Heavy Water Reactor)

Surveraskeveereaktori tööpõhimõte

Levikult kolmas reaktoritüüp CANDU töötati välja Kanadas 1950-ndatel aastatel ja seda on järjest täiustatud. Praegu töötab 44 seda tüüpi umbes 500 MWe keskmise võimsusega reaktorit mitmetes maades, näiteks Kanadas ja Indias. CANDU suur eelis on võimalus kasutada looduslikku 0,7% uraan-235 sisaldusega uraanoksiidi tuumkütusena tänu deuteeriumi suurepärastele aeglustiomadustele. Jääb ära kulukas uraanirikastusprotsess, kuid samas tuleb rikastada aeglustimaterjali, mis pole küll samuti odav.

Madalal temperatuuril ja rõhul aeglusti paikneb suures kalandriks nimetatavas paagis, mida läbistab mitusada horisontaalset survetoru. Aeglusti rasket vett jahutatakse eraldi soojusvaheti abil, seega on ka siit võimalik vähesel määral soojust toota. Igas survetorus paikneb otsakuti 12 kütusekomplekti, millest igaühes on 37 poolemeetrise pikkusega tsirkooniumisulamist torus varrast ja seda läbib esmase kontuuri jahutusvesi. Juhtvardad viiakse kalandri pealt vertikaalselt kütust sisaldavate survetorude vahele. Esmase jahutuskontuuri raske vesi survetorudes on kõrge rõhu all kuni 290 °C ulatuval temperatuuril ja ringeldes läbi aurugeneraatori, tekitab nagu PWR reaktoris teises kontuuris auru, mis omakorda käitab turbogeneraatori. Kuna üksikuid survetorusid saab igaüht eraldi süsteemist välja lülitada, saab tuumkütust vahetada reaktori töötamise käigus ja selleks pole vaja reaktorit seisata. Avariiseiskamiseks on CANDU varustatud lisaks juhtvarrastele ka kalandri aeglustile neutroneid efektiivselt neelava gadoliiniumi lisamise süsteemiga.

Täiustatud gaasjahutusega reaktor ehk AGR (Advanced Gas-cooled Reactor)

Täiustatud gaasjahutusega reaktori tööpõhimõte

Ühendkuningriigis väljatöötatud ja ainult seal kasutatav reaktoritüüp on elektrilise võimsusega 550–625 MWe. AGR kasutab rikastatud uraanoksiidist tuumkütust ja soojuskandjana süsihappegaasi. Prototüüp, nn Magnox reaktor, kasutas kütuseks looduslikku metalset uraani. Neutronite aeglustiks on grafiit. Tuumkütus paikneb tablettidena vertikaalselt paigaldatud roostevabast terasest torudes grafiitaeglustis. Juhtvardad suunatakse aeglustisse reaktorikorpuse pealt. Reaktorianum, mis toimib ühtlasi kiirguskaitsena, on valmistatud raudbetoonist ja selles asuvad ka aurugeneraatoritorud. Avariisulgemise süsteem juhib vajadusel soojuskandjasse lämmastiku, mis summutab ahelreaktsiooni. Süsinikdioksiidist soojuskandja läbib reaktorisüdamiku, kuumeneb temperatuurini kuni 650 °C ja läbib seejärel aurugeneraatori, kus veest tekitatakse aur teises kontuuris. Edasine töö on analoogiline PWR reaktoritüübiga.

Kergevee grafiitaeglustiga reaktor ehk RBMK (reactor bolšoi moštšnosti kanalnõi)

Kergevee grafiitaeglustiga reaktori tööpõhimõte

Endises NSV Liidus väljatöötatud ja ainult selle territooriumil ehitatud reaktoritüüp võimsusega 1000–1500 MWe. Tuumkütuseks oli kuni 1986. a. madala rikastusastmega 2% uraan-235 uraanoksiid 3,5 m pikkustes kütusekomplektides. Pärast avariid Tšernobõlis suurendati kütuse rikastusastet 2,4% uraan-235. Kütus asetseb vertikaalsetes 7 m pikkustes survetorudes, mis paiknevad aeglustigrafiidis. Samas asuvad ka vertikaalsed juhtvardad. Survetorudest voolab soojuskandjana läbi kõrge rõhu all vesi temperatuuril ~ 290 °C, mis erinevalt CANDU reaktorist keeb. RBMK tüüpi reaktorit iseloomustab ohtlik positiivne tagasiside ja seepärast sellist tüüpi muudes maades ehitada ei lubata. Positiivne tagasiside võib tekkida järgmiselt. Tuleb arvestada, et tavaline vesi mitte ainult ei aeglusta, vaid ka neelab neutroneid. Võimsuse suurenemisel tekkiv aur põhjustab neutronite neeldumise vähenemist ja samaaegselt jahutuse halvenemist varem veega täidetud reaktorisüdamikus, peamine grafiitaeglusti toimib üha efektiivsemalt ja reaktori võimsus aina kasvab. See protsess koos reaktori ehitusvigade ja valede juhtimisvõtetega viis raske reaktoriavariini Tšernobõlis 1986. aastal. RBMK reaktorit energeetikas kasutamiseks enam edasi ei arendata ja rahvusvaheline surve on praegu töötavate reaktorite lõplikuks seiskamiseks.

Järgmise põlvkonna tuumareaktorid

Uued reaktoritehnoloogiad moodustavad tuumareaktorite neljanda põlvkonna. Rahvusvahelise töörühma ülesanne on arendada välja kuus reaktoritehnoloogiat, mida oleks võimalik rakendada ajavahemikus 2020–2030. Neist neli on kiired neutronreaktorid. Süsteemide arenduses on rõhk jätkusuutlikkusel, kokkuhoiul, töökindlusel ja turvalisusel. Maailma tuumaenergia liidu neljanda põlvkonna rahvusvaheline foorum sai ametliku alguse 2001. aasta keskel. Foorumil on esindatud riigid, kelle jaoks tuumaenergia on oluline praegu ja tulevikus. Lisaks eesistujale USA-le võtavad neljanda põlvkonna initsiatiivist osa Argentiina, Brasiilia, Kanada, Lõuna-Korea, Lõuna-Aafrika, Šveits ja Euroopa Liit. Venemaa ja Hiina liitusid 2006. aastal.

Aastal 2005 lepiti kokku kuue reaktoritehnoloogia valikus, mis peaksid kujundama tuumaenergia näo lähitulevikus. Kõiki valituid iseloomustab praegustega võrreldes parandatud jätkusuutlikkus, säästlikkus, ohutus, usaldatavus, kindlus terrorirünnaku ja tuumarelvamaterjali diversiooni suhtes ning pikk tööiga (üle 60 aasta). Kõik reaktorid töötavad kõrgetel temperatuuridel, so temperatuuride vahemikus 510–1000 °C. Võrdluseks, tänapäeva veereaktorite töötemperatuur on umbes 330 °C. Seejuures neli tüüpi kuuest sobivad tootma kõrge temperatuuriga soojust vesiniku termokeemiliseks tootmiseks või muudeks tööstuslikeks rakendusteks.

Gaasjahutusega kiire reaktor

See töötab temperatuuril 850 °C ja sobib tootma nii elektrit kui ka vesinikku. Elektritootmisel paneb gaas tööle turbiini. Kütuseks on mitmesugused lõhustuvad ained, sealhulgas vaesestatud uraan. Tarvitatud kütus läheb taaskasutusse kohapeal, et minimeerida ohtlike tuumajäätmete teket. Ehkki General Atomics, mis tegeleb tuumafüüsika tehnoloogiatega, arendas gaasjahutusega kiire reaktori süsteemi seitsmekümnendatel, ei ole siiani ühtegi ehitatud.

Pliijahutusega kiire reaktor

Selles liigub loomuliku konvektsiooniga plii või vismuti ja plii sulam temperatuuril 550 °C. Arendajate arvates on võimalik selliseid süsteeme ehitada väga erineva suurusega: alates tööstuslikest pika elutsükliga niinimetatud patareidest ja 300–400 MWe moodulitest ja lõpetades suurte 1400 MWe jõujaamadega. Uute materjalitehnoloogiatega loodetakse reaktori töötemperatuuri tõsta 800 kraadini, et võimaldada ka vesiniku tootmist. See on analoogne Venemaa kiire reaktori tehnoloogiaga BREST, mis põhineb neljakümneaastasel plii ja vismuti jahutusega tuumaallveelaevade ehitamise kogemusel. Ettepanek tehnoloogia Maailma tuumaenergia liidu neljanda põlvkonna rahvusvahelisse foorumisse lülitada tuleneb aga pigem kahest eksperimentaalreaktorist: STAR USA-s, mis töötab pliijahutusega, ja LSPR Jaapanis, mille jahutamiseks kasutatakse pliid ja vismutit.

Sulasoolareaktor

See töötab ülesoojusliku kiirusega neutronitel. Naatrium- ja tsirkooniumfluoriidide segust soojuskandjas lahustatud uraankütus ringleb läbi grafiidist südamikukanalite, mille tulemusena neutronid mõningal määral aeglustuvad. Plutooniumi ja teisi aktiniide saab lisada reaktori tööd katkestamata. Jahutus töötab 700 °C juures, 800 °C peetakse võimalikuks. Kuuekümnendatel töötas USA mõnda aega sulasoolareaktori väikese prototüübiga, kuid hiljem projekt lõpetati. Sulasoolareaktoril on mitmeid häid omadusi: suurem ohutus passiivse madalarõhulise jahutuse tõttu, lühiajalise radioaktiivsusega lõhustusproduktid, vähendatud võimalus reaktori materjale relvatootmises kasutada ja madal kütusekulu.

Naatriumjahutusega kiire reaktor

See toetub viie kümnendi jooksul kaheksas riigis saadud kogemustele kiirete neutronreaktoritega. Nähakse ette kaht erinevat reaktorit: 150–500 MWe puhul töödeldakse aktiniide ja metalset tuumkütust kohapeal ja 500–1500 MWe reaktorite korral tavapärase MOX-kütuse töötlemine spetsiaalsetes rajatistes. 2008. aasta alguses sõlmisid USA, Prantsusmaa ja Jaapan kokkuleppe naatriumjahutusega kiire reaktori tehnoloogia arendamiseks.

Ülekriitilise veega jahutatud reaktor

Selle puhul toimub jahutus termodünaamilisest kriitilisest punktist kõrgemale viidud veega. Termodünaamiline kriitiline punkt on kõrgeim temperatuur ja rõhk, mille all gaasiline ja vedel olek on tasakaalustatud. Ülekriitiline vesi paneb turbiini otse tööle ega toimu vee muutmist auruks ning vastupidi. Reaktorit on võimalik ehitada ka kiireks reaktoriks tingimusel, et aktiniidide ümbertöötamisel rakendatakse tavapärast tsüklit. Suurem osa ülekriitilise veega jahutatud reaktori arendusest on toimunud Jaapanis.

Ülikõrgtemperatuurne reaktor

See on aeglaste neutronite reaktor, millega töötamisel on tuumariikides pikaajalised kogemused. 1000 °C soojuskandja temperatuur võimaldab elektri ja vesiniku tootmist koos, samuti on võimalik otsene suure kasuteguriga energiatootmine. Süsteem on kütuste suhtes paindlik, kuid ümbertöötamine puudub. Reaktorid on arenduses Jaapanis, Venemaal, Hiinas ja Lõuna-Aafrikas koostöös rahvusvaheliste partneritega. Võimsuseks kujuneb eeldatavasti umbes 600 MW.

Termotuumareaktorid

Lõhustumine pole ainus mõeldav viis tuumaenergia vabastamiseks. Energia saab vabaneda mitte ainult suurte tuumade lagunemisel keskmisteks, vaid ka kergete tuumade ühinemisel – samuti keskmisteks. Kõige soodsam on tuumasünteesiks kasutada kõige kergemat tuuma, milleks on vesinik, et muuta see heeliumiks. Kahjuks pole aga harilikus vesinikus heeliumi tuuma moodustamiseks hädavajalikku neutronit. Samas on loodusliku vesiniku hulgas 0,015% niinimetatud rasket vesinikku ehk deuteeriumi, mille tuum koosneb ühest prootonist ja ühest neutronist. Kahe deuteeriumi tuuma ühinemisel ongi võimalik saada heeliumi tuum.

Siiski pole inimkond veel jõudnud sünteesireaktsioonide rakendamiseni energeetikas. Raskus on selles, et tuumade liitmiseks on vaja tuumi üksteisele lähendada, kuni nad jõuavad lühikese mõjuraadiusega tuumajõudude haardeulatusse. See on aga raske ülesanne, kuna tuumad, olles ühenimeliselt laetud, tõukuvad tugevasti. Ainet tuleb nii tugevasti kuumutada, et gaasi osakeste põrkumise energia suudaks selle tõukumisbarjääri ületada ja teostuks sünteesireaktsioon kõrge temperatuuri toimel ehk termotuumareaktsioon. Selleks on vaja umbes 100 miljoni kraadist temperatuuri . Aastakümnete pikkuse intensiivse uurimistöö tulemusena on nüüd selline temperatuur saavutatud, kuid ainult lühikesteks ajahetkedeks. Teadlased on küll täheldanud reaktsiooni toimumist, kuid seni vajab seadeldis käigushoidmiseks märksa rohkem energiat kui ta suudab toota. Vastavad uuringud ja katsetused jätkuvad ja pole kahtlust, et esinevad probleemid leiavad ükskord ka lahenduse.

Termotuumaenergia juurutamisel on inimkonna tuleviku seisukohalt väga suur tähtsus, ja seda kahel põhjusel. Esiteks on kõik teised kasutatavad energiaallikad ammenduvad. Päikeseenergia ja temast vahetult pärinev tuuleenergia on küll praktiliselt ammendumatud, kuid need pole suure energeetika vajadusteks küllaldasel määral kontsentreeritavad. Ainult termotuumareaktor suudab anda inimkonnale praktiliselt ammendumatu energiaallika, sest duteeriumi varud maailmaookeanis on ülisuured. Teiseks on termotuumaenergia saastevaba. See tähendab, et võimalik õnnetus jõujaamas ei saa keskkonda saastata, samuti pole muret radioaktiivsete jääkide eemaldamise ja matmise probleemiga. Tuumasüntees toodab tuumalõhestumisega võrreldes oluliselt lühema poolestusajaga ja vähemohtlikke radioaktiivseid jäätmeid. Puuduvad ka tuumkütuse tarnijatega seotud probleemid. Iga vett ja seega selles sisalduvat deuteeriumi omav riik saab tuumkütuse omanikuks.

Radioaktiivsed jäätmed

Tuumakütuse ring. Suurem osa kasutatud kütusest on võimalik vastavates jaamades uuesti kasutavaks muuta.

Radioaktiivseteks jäätmeteks loetakse igasugused ained, mis sisaldavad radioaktiivset ainet või on saastunud kehtestatud tasemeid ületava radioaktiivsusega ja mida ei kavatseta enam kasutada. Nende jäätmete käitlemise ja lõppladustamise eesmärgiks on kaitsta inimesi ja keskkonda. Siiski on see tuumaenergeetika enim vaidlusi tekitav valdkond, hoolimata sellest, et kütusetsükli kõigi etappide jaoks on olemas usaldatavad ja kontrollitud tehnoloogiad. Radioaktiivsed jäätmed võivad olla tõesti ohtlikud, kuid senine praktika on tõestanud, et ohutu käitlemine välistab olulise kahjustava mõju keskkonnale. Suur osa riikidest tunnustab ja jälgib rahvusvahelisi radioaktiivsete jäätmete käitlemise põhimõtteid.

Erineva koostise, poolestusaja ja aktiivsusetasemega radioaktiivseid jäätmeid tekib tuumkütusetsükli kõikidel etappidel, eriti aga tuumkütuse kasutamisel reaktoris ja kütuse ümbertöötlemisel. Kõik tekkivad jäätmed isoleeritakse keskkonnast, käideldakse ja ladustatakse vastavalt nende omadustele ja potentsiaalsele ohtlikkusele. Tuumaenergeetikat omavates riikides moodustab radioaktiivsete jäätmete kogus alla protsendi kõikide toksiliste jäätmete kogusest. Radioaktiivsete jäätmete käitlemisel kasutatakse nii tavajäätmete käitlemisele omaseid kui ka neile ainuomaseid protseduure nagu kontsentreerimine ja isoleerimine, ahjendamine ja hajutamine, viivitamine ja radioaktiivne lagunemine. Radioaktiivne lagunemine vähendab jäätmete ohtlikkust ja lõpeb kunagi tingimata mitteradioaktiivse lõppsaadusega.

Ladustamiskriteeriumid

Sobivate jäätmekäitlusmeetodite üle on palju vaieldud, võttes arvesse nii probleemi kiirguskaitselist kui ka sotsiaalset aspekti. Üksmeel näib olevat saavutatud seisukohas, et tulevased põlvkonnad peaksid olema samal määral kaitstud kui praegused. Paraku on seda raske üle kanda kiirguskaitse praktiliste standardite tasandile. Näiteks võib aktiivsus ilmneda geoloogilises süvahoidlas mitme tuhande aasta pärast ja meil pole vähimatki ettekujutust, millised on meie järglaste harjumused või elulaad nii kauges tulevikus. Teiseks nõudeks on põhimõte, et igasugune kiiritus peab olema nii väike kui mõistlikult on võimalik saavutada, arvestades majanduslike ja sotsiaalseid faktoreid. See tähendab, et sama liiki jäätmete jaoks on erinevad käitlusvõimalusi, sealhulgas töötlus, immobiliseerimine, pakendamine ja ladustamine. Valiku tegemisel tuleb lähtuda seonduvatest riskidest, kuludest ja teistest raskemini mõõdetavatest, kuid mitte vähem olulistest faktoritest.

Samuti tuleb valiku tegemisel arvestada kiirguskaitse eesmärkidega, kuid lõpliku otsuse tegemisel võivad määravaks olla hoopis muud asjaolud. Jäätmete ladustamisviisi üle otsustamisel tuleb ühiskonnal vastata raskele küsimusele, kui kaalukaks pidada kauges tulevikus avalduda võivate kahjulike tagajärgede matemaatilist tõenäosust. See pole ainult jäätmete ladustamise ega kiirguskaitse probleem, ehkki seda just sellega seoses rõhutatakse.

Eetiline oleks eeldada, et praegused tingimused jäävad kestma ja tulevaste põlvkondade poolt saadav kahjustus on väiksem või võrdne meie põlvkonna poolt saadavate kahjustusega. Selle juures tuleb muidugi arvestada võimalike mõjude sajanditeks ja aastatuhandeteks prognoosimise määramatust.

Erinevad jäätmed ja nende käitlusviisid

Vabastatud jäätmed

Vabastatud jäätmed on sellised radioaktiivsed jäätmed, mille aktiivsus on nii madal, et neid pole vaja käidelda erinevalt tavalistest mitteradioaktiivsetest jäätmetest. Neis sisaldavad, väga piiratud hulgal radionukliide ja seega võib neid töödelda nagu tavalisi jäätmeid. Sellised jäätmed ladustatakse koos tavalise olemprügiga.

Kaevandamisel tekkiv aheraine

Uraani kaevandamisel tekkinud aheraineid ei loeta reeglina radioaktiivseteks jäätmeteks, sest nad sisaldavad vähem radioaktiivsust kui uraanimaak ise. Jääkide ladustamisel jälgitakse sellegipoolest mitmeid meetmeid, mis tõkestavad looduslike radioaktiivsete ainete leviku keskkonda. Enamasti üle jäänud aheraine lihtsalt kuhjatakse, aga suuremate kontsentratsioonide korral viiakse see tagasi maa alla.

Looduslikku radioaktiivset materjali sisaldavad jäätmed

Need jäätmed tekivad sageli väga suurtes kogustes ning sisaldavad üsna madala kontsentratsiooniga looduses esinevaid radionukleiide. Need tekivad uraani ja teiste mineraalide kaevandamisel ja töötlemisel. Madalama astme korral need jäätmed lihtsalt kuhjatakse, vastasel juhul aga ladustatakse maapinnal.

Madalaktiivsed jäätmed

Koguseliselt kõige enam tekib madalaktiivseid jäätmeid, mis moodustavad tervelt 90% radioaktiivsete jäätmete ruumalast, kuid sisaldavad ainult 1% radioaktiivsusest. Need on peamiselt mitmesugused õrnalt saastunud tööriided, laborivarustus, saastatud pinnas ja ehitusmaterjalid, mille käitlemine eraldi kiirgusvarjestust ei vaja. Pärast mürgiste komponentide eraldamist vähendatakse nende jäätmete mahtu kokkupressimise, tuhastamise või muul meetodil ning siis ladustatakse nad erihoidlasse. Viimased asuvad maapinna lähedal või 60–100 meetrise sügavusega maa-alustes käikudes.

Keskaktiivsed jäätmed

Need moodustavad mahult umbes 7% ja nende aktiivsuseks on 4% kõikidest radioaktiivsetest jäätmetest. Peamiselt kuuluvad sellesse gruppi mitmesugused vaigud, keemilised setted, reaktori vahetatavad komponendid ja materjalid, mille käitlemine nõuab mingisuguse kiirguskaitse kasutamist nende suurema radioaktiivsuse tõttu. Enamik selle kategooria jäätmetest sorteeritakse ja ladustatakse paigutatuna betooni. Lühiealised jäätmepakendid ladustatakse maapinna-lähedasse hoidlasse, pikaealised aga sügavale maa alla ehitatud lõppladustuspaika. Tänapäevased võimalused ehitusel tagavad ohutuse ja konstruktsioonide vastupidavuse, mille tulemusena välditakse ohtlike ainete lekkimine keskkonda isegi mõne sajandi jooksul.

Kasutatud tuumkütus

See koosneb kolmest põhikomponendist, milleks on uraan, lõhustusproduktid ja aktiniidid. Üle 95% kasutatud tuumkütusest moodustab väheradioaktiivne uraan, mille käitlemine on praktiliselt ohutu. Kuna uraan-235 sisaldus kasutatud tuumkütuses on kõrgem kui looduslikus uraanis, siis on seda otstarbekas kasutada uue rikastatud tuumkütuse tootmiseks. Kui otsustatakse seda mitte teha, siis radioaktiivsete jäätmete matmine ei põhjusta mingeid erilisi keskkonnariske.

Umbes 4% kasutatud tuumkütusest moodustavad lõhustusproduktid, mille massist umbes kümnendiku moodustavad radioaktiivsed tugevat beetakiirgust kiirgavad isotoobid. Enamiku lõhustusproduktide poolestusaeg on suhteliselt lühike, ohutuks muutmiseks piisab ladustamisest paariks-kolmeks sajandiks. Selle aja vältel väheneb radioaktiivsus tuhandeid kordi ja saavutab algse uraanimaagi taseme. Konteineritesse ja teatud sideainetesse paigutatud lõhustusprodukte võib ladustada ka madala või keskmise aktiivsusega jäätmetena maapinnalähedastes suhteliselt lihtsa ehitusega ladustuspaikades.

Kasutatud kütuse suurima ohuallika moodustavad pika poolestusajaga intensiivset alfakiirgust kiirgavad plutoonium ja väikeaktiniidid, mida on vaid 1%. Kiirgusohutuse tagamiseks tuleb neil lasta radioaktiivselt laguneda biosfäärist isoleerituna sadade tuhandete aastate jooksul. Lõppladustamisel muutub just eralduv soojus lõpphoidla mahtu määravaks teguriks. Asjaolu, kui kõrgeid temperatuure võib maapõue kivimites lubada, määrab ka selle kui tihedalt kasutatud kütust võib ladustada. Viimasest tuleneb aga lõpphoidla ruumala ja mida suurem ruumala, seda kallimaks muutub hind.

Kõrgaktiivsed jäätmed

Nendeks on kogu kasutatud tuumkütus või selle peamised ümbertöötlemisjäätmed, sisaldavad 95% kõikide jäätmete radioaktiivsusest, seejuures moodustab nende ruumala ainult 3%. See jäätmeliik nõuab tugeva ioniseeriva kiirguse ja soojuse tekitajana erikäitlemist ja erivahendeid. Mitmetes maades töödeldakse kasutatud kütus ümber uueks tuumkütuseks. Mõnes riigis loetakse aga jäätmeteks kogu kasutatud tuumkütus, mis valmistatakse ette lõppladustamiseks. Viimastel aastatel võib siiski täheldada tendentsi, et lahenduste otsimisel arvestatakse võimalusega neid jäätmeid tulevikus ressursina kasutada. Need materjalid, millele tulevikus mingit kasutusvõimalust ei suudeta hetkel ette näha, kuivatatakse, klaasistatakse boorsilikaatklaasis ja paigutatakse konteineritesse. Olenevalt kasutatavast kütusetsüklist on kõrgaktiivsete jäätmete kogus erinev. Kütuse ümbertöötlemisel tekib ainult 3 kuupmeetrit klaasistatud kõrgaktiivseid jäätmeid. Võrdluseks, sama võimsusega sütt põletava elektrijaama tuhajäätmete hulk on 400 000 tonni aastas. Tavaliselt hoitakse ülimalt radioaktiivset kasutatud kütust eribasseinis paksu veekihi all või massiivsete betoonseintega kuivhoidlas ja lastakse tal umbes 5 aastat radioaktiivselt laguneda enne kui kütus ümbertöötlemisele saadetakse. Kogu maailma kasutatud tuumkütusest paiknebki umbes 90%, mis on 270 000 tonni, tänapäeval turvaliselt reaktori-lähedastes või riikide tsentraalsetes vaheladustuspaikades. Kuna kogu maailmas lisandub aastas keskmiselt 12 000 tonni, millest 3000 tonni töödeldakse ümber, siis otsest pakilist vajadust lõppladustamise järele veel ei ole.

Tuumaelektrijaama dekomisjonerimine

See protsess saab alguse tuumarajatise või rajatise osa tööea lõpust ning selle tulemusena ei vaja tuumarajatis enam regulaarset kontrollimist. Dekomisjoneerimine võib hõlmata aparatuuri või hoonete puhastamist radioaktiivsest saastest, rajatiste või struktuuride demonteerimist ja järelejäänud radioaktiivsete materjalide teisaldamist või viimist radioaktiivsete jäätmete käitluskohta. Paljudel juhtudel on lõppeesmärgiks puhastada tegevuskoht kõikidest olulistest radioaktiivsetest jäätmetest ja saastest, kuid see pole alati võimalik või vajalik.

Praeguseks on vaid üksikud kommertstuumarajatised lõplikult dekomisjoneeritud . Siiski on suure hulga erinevate seadmete, mitmete prototüüpide ja uurimisreaktorite ning arvukate laboratooriumide ja töökodade dekomisejoneerimisest saadud palju kogemusi. Asjaolu, et paljudel maailma tuumareaktoridel on lähenemas kasutusaja lõpp, on koondanud tähelepanu dekomisjoneerimisega seotud küsimustele.

Dekomisjoneerimine vajab ranget kontrolli tegevuste üle, et optimeerida töötajate ja elanikkonna ohutus. Rajatiste kõige radioaktiivsemate osade, eriti reaktori südamike käsitsemiseks on välja töötatud kaugkasutustehnoloogiad. Nende hulgas on ka madala ja keskmise aktiivsusega radioaktiivsed jäätmed. Üle jääb ka suurel hulgal ehitusmaterjale nagu teras ja betoon, mis pole märkimisväärselt radioaktiivsed. Vahel on vaja erimenetlust, et määratleda neid vabastatud jäätmetena, mis tähendab, et neid ei pea käitlema nagu radioaktiivseid jäätmeid.

Muud jäätmekäitlusviisid

Mõned minevikus kasutatud jäätmekäitlusviisid pole erinevatel põhjustel olnud piisavalt head ja mõnel juhul on selle tagajärjeks olnud tegelik või potentsiaalne pikaajaline keskkonnareostus. Üheks näiteks on sõjalised operatsioonid. NSV Liidu ja hiljem Vene Föderatsiooni Põhja laevastiku tuumaallveelaevu on aastate jooksul kasutusest kõrvaldatud. Paljud neist seisavad endiselt dokis, oodates vajalikku käitlemist. Aastate eest esines aga juhtumeid, kus NSV Liit uputas allveelaevadel tekkinud radioaktiivseid jäätmeid ja isegi kasutatud tuumakütuse merre. Tahkete jäätmete väikeste aktiivsuste ja merevee lahjendava toime tõttu on doosid elanikkonnale siiski õnneks väga väikesed.

Mereväelased võivad saada sellest oluliselt kõrgemaid doose, mis on võrreldavad looduslikest allikatest saadavate doosidega. Mõnel pool maailmas avaldavad mõju kaevandusjäätmete ja radioaktiivsete maakide töötlemisjäätmete suured ladustatud kogused. Peamiselt on need seotud uraani kaevandamisega. Kuid mõnes piirkonnas esineb looduslikke radionukliide nii ohtralt, et kõik kaevandamisjäägid kujutavad endast juba märkimisväärset kiirgusohtu. Teatud tööstusharud nagu väetiste valmistamine ja nafta- ning gaasitööstus, tekitavad samalaadseid jäätmeid. Kõik protsessiga seotud radionukliidid on loodusliku päritoluga ja seetõttu on alles üsna hiljuti hakatud sellistesse jäätmetesse suhtuma kui kiirguskaitse probleemi. Maakides sisalduvate radionukliidide tasemed on reeglina keskmisest kõrgemad. Keemiliste ja füüsikaliste protsesside tagajärjel suurendatakse neid kontsentratsioone veelgi. Lisaks on maakides sisalduvatel radionukliididel äärmiselt pikk poolestusaeg ja jäätmete kogused on sageli väga suured.

Tuumaenergia probleemid

Kadunud soojusenergia

Sarnaselt kõigi soojuselektrijaamadega, ei ole ka tuumaelektrijaamad võimelised kogu kütuse põletamisel saadud soojusenergiat elektrienergiaks muutma. Kaotsi läheb umbkaudu 65% soojusest, mis eraldatakse keskkonda kas sooja veena või aurustatakse korstnate kaudu. Võrreldes kivisöega köetavate elektrijaamadega, on tuumajaamade soojuse kasutamise efektiivsus veidi väiksem.

Vee jahutamiseks on olemas mitmeid võimalusi. Sooja vee võib juhtida otse jõe või järve vette, aga võib kasutada ka jahutusbasseine või korstnaid. Paljudel tuumajaamadel on selleks tarbeks rajatud näiteks tehisjärved. Kui jahutamist vajav soe vesi juhtida suhteliselt jahedasse veekogusse, siis selle tagajärjel võib vesi veekogu mõnes kohas lausa kümneid kraade soojemaks muutuda kui veekogu teistes osades. See aga võib ohtu seada paljud vees elutsevad organismid, mis sõltuvad suurel määral keskkonna temperatuurist. Samas on teada ka juhus, kus ühes Ameerika Ühendriikide tuumaelektrijaamast keskkonda eraldatav soe vesi aitab püsima jääda ohustatud Ameerika krokodillidel . Sellest hoolimata kasutatakse seisukohta vee liigse soojuse ohtlikkusest tihti siis, kui on arutluse all mõne uue tuumaelektrijaama rajamine veekogu lähedusse. Samuti pälvib see probleem meedia tähelepanu põuaperioodidel. Viimasel ajal aset leidnud kuumalainete tõttu on mitmes Euroopa riigis reaktoreid ajutiselt isegi seisatud.

Probleemile on leitud ka üks lahendus. Liigset soojust on võimalik rakendada mõne piirkonna kütmisvajaduste rahuldamiseks. Seda lahendust kasutatakse näiteks Šveitsis, kus ühest tuumaelektrijaamast pärit soojuse abil varustatakse küttega 20 000 inimest. Peale tuumajaamade saab seda rakendada ka kõigil teistel soojuselektrijaamadel, kuigi mõnevõrra piiratult. Põhjuseks on asjaolu, et tuumajaamu ei ehitata tihedalt asustatud aladele, kuna seda keelavad erinevad regulatsioonid ja tihti ka üldsuse vastuseis.

Soojusenergia, mis jääb tuumaenergia tootmisel üle ja vabastatakse ümbritsevasse keskkonda, võib saada mõnikord takistuseks tuumajaama rajamisel. Siiski on see probleem, mis tulevikus leiab endale tõenäoliselt tuumaenergia tehnoloogia arenedes ka lahenduse.

Radioaktiivne kiirgus

Enamik tuumaelektrijaamu vabastavad keskkonda erinevaid gaasilisi ja vedelaid radioloogilisi heitmeid. Inimesed, kes elavad tuumareaktorist vähem kui 80 kilomeetri kaugusel, saavad kiiritust umbes 0,0001 mSv aastas. Samas saab keskmine merepinna tasemest kõrgemal elav inimene aastas 0,26 mSv ainuüksi kosmilisest kiirgusest. Samuti on tihti väidetud, et kivisöega köetav elektrijaam vabastab 100 korda rohkem radioaktiivset kiirgust kui tuumaelektrijaam . Kogu tuumaelektrijaamast saadav kiirgus sõltub jaama tüübist, erinevate eeskirjade täitmisest ja jaama kasutusest. Täpseid eritatava kiirguse doose mõõdetakse tuumajaamade ümbruses pidevalt. Samuti teostatakse pidevat kiirgusseiret tuumajaama sees. Seega võib üsna kindlalt öelda, et liigse radioaktiivse kiirguse vabastamine ei ole probleem, mis võiks takistada tuumaelektrijaamade levikut.

Süsihappegaas

Erinevalt teistest levinumatest energiaallikatest ei tooda tuumaelektrijaam oma töö käigus süsihappegaasi. Seetõttu on soovitatud tuumaenergiat kasutada kasvuhoonegaaside vähendamiseks. Näiteks Prantsusmaal, kus koguni 78% energiat toodetakse tuumaelektrijaamades, on kõigist teistest tööstusriikidest puhtam õhk ja maailma odavaim elekter.

Selleks, et erinevate energiaallikade mõju loodusele õiglaselt võrrelda, tuleb arvesse võtta kasvuhoonegaaside tekkimist kogu kütuse elutsükli jooksul. Peale selle vajab palju ressursse ka tuumareaktorite ehitamine ja dekomisjoneerimine. Tuumakütuse tootmiseks tuleb kaevandada ja töödelda uraanimaaki. Selle jaoks kasutatakse energiat, mis tuleb diisli- või bensiinimootoritest või siis elektrivõrgust, mida varustatakse fossiilkütustest toodetava elektriga. Et siiski teada saada, kui palju süsihappegaasi tuumaelektrijaam tekitab, tuleb võrrelda CO2 hulka energiaga, mida jaam toodab.

Rootsis läbi viidud Vattenfalli uuringu käigus võrreldi erinevaid energiaallikaid, sealhulgas taastuvenergia tootmisjaamu. Selle käigus järeldati, et tuumaelektrijaam tekitab toodetava energiaga võrreldes kõige vähem süsihappegaasi, vaid 3,3 grammi kilovatt-tunni kohta. Tuumaenergia võimalust vähendada kasvuhoonegaaside taset on kinnitanud ka paljud teised uuringud. Seetõttu ei ole tuumaenergia tootmise käigus vabaneva süsihappegaasi hulk mitte probleem, vaid pigem eelis enamike energiaallikate ees.

Õnnetused tuumaelektrijaamades

Tuumarajatises toimuv avarii võib viia radioaktiivse materjali vabanemiseni, selle sattumiseni väljaspoole rajatise piire ning siis on vaja elanikkonna kaitseks rakendada kiireid meetmeid. Mõnel juhul võib radioaktiivse aine vabanemine jääda lühiajaliseks, teistel juhtudel kesta kauem. Rasked õnnetused on juhtunud 1957. aastal Windscale’is Suurbritannias ja Kõštõmis NSV Liidus, 1979. aastal Three Milesi saarel Ameerika Ühendriikides ja 1986. aastal Tšernobõlis NSV Liidus. Ehkki selliseid õnnetusi tuleb ette harva, on arukas nendeks valmis olla.

Kui avarii toimub reaktoris, võivad erinevad gaasilised, vedelad või tahked radionukliidid paiskuda atmosfääri. Seal võivad nad radioaktiivse pilvena tuulega eemale kanduda, hajuda või lahustuda. Osa neist langeb maapinnale, eriti koos vihmaga. Radionukliidide kontsentratsioon õhus kahaneb kiiresti rajatise asukohast pärituule suunas nagu ka põhjustatud kahjustused. Vaatamata sellele võivad suured radionukliidide hulgad langeda maapinnale väga kaugel rajatisest.

Tegutsemine avarii korral

Õnnetuspaiga lähedal elavate inimeste kiirgusdoosi vähendamiseks on vaja kasutusele võtta kaitsemeetmed. Kiireloomulised meetmed on vaja tõhususe tagamiseks rakendada enne, kui radioaktiivne materjal vabaneb keskkonda. See tähendab näiteks seda, et otsused kaitsemeetmete rakendamiseks tuleb langetada tehases toimuva ning prognoosi põhjal, mitte aga oodata, kuni vabanemine reaalselt tuvastatakse. See võib mõnel juhul põhjustada kaitsemeetmete ennetava rakendamise, mis võib osutuda mittevajalikuks, kuid seda tuleb eelistada liiga hilisele tegutsemisele.

Inimestele võib soovitada hoonetesse jäämist kuni saastepilv on eemaldunud ning radioaktiivse aine vabanemine keskkonda on lõppenud. Selleks, et vältida radioaktiivse joodi tungimist kilpnäärmesse, on võimalik võtta mitteradioaktiivse joodi tablette. Vahel on vajalik ajutiselt piirata piima ja juurvilja ning muude kohapeal toodetud toiduainete müüki. Kui pilv on möödunud, võib rakendada lihtsaid kaitsemeetmeid maapinna aktiivsuse kõrvaldamiseks – teede ja radade veega uhtmine või aedadest rohu niitmine ja äraviimine. Kui avarii on möödas, võib osutuda vajalikuks teiste kaitsemeetmete rakendamine pikema ajaperioodi jooksul, et kaitsta elanikkonda jääkaktiivsuse eest.

Tuumatööstusega riikidel on põhjalikud ja läbiproovitud hädaolukorra lahendamise plaanid, samuti on sellised plaanid paljudes riikides, mida võib mõjutada naaberriigis toimunud õnnetus. Iga tuumatööstusega seotud ettevõte peab välja töötama hädaolukorra lahendamise plaani ja tutvustama seda kohalikele elanikele. Plaan näeb ette käitaja personali, kohaliku omavalitsuse ja päästeteenistuste kaasamist. Kaasatakse ka riigiasutused ja -ametid. Igaüks rakendab oma kiirgusalaseid ressursse ja teadmisi. Tüüpiliseks hädaolukorra lahendamise plaani ülesehituse aluseks on sündmuste kulgemisahel. Kiirgustegevusloa omaja edastab avarii algstaadiumis päästeteenistusele selgitused elanikkonna kaitsemeetmete rakendamise kohta. Õnnetuskohast eemal moodustatakse kiiresti koordinatsioonikeskus, kus konkreetsed vastutajad ja tehnilised nõustajad otsustavad, mida on võimalik elanikkonna kaitseks teha ja milliseid nii keskkonnaseire kui asjakohaseid kaitsemeetmeid rakendada. Elanikkonna teavitamine korraldatakse meedia vahendusel.

Nagu eespool märgitud, võivad tuumaavariid avaldada mõju väga suurtele aladele. Seetõttu nõuab tuumaavariidest varajase teavitamise konventsioon, et iga riik, kus juhtus avarii, mis võib mõjutada naaberriike, informeeriks sellest koheselt Rahvusvahelist Aatomienergia Agentuuri ja kõiki naaberriike, kuhu mõju võib ulatuda.

Tuumarelvadest tulenevad ohud

Tuumarelv arendati välja Teise maailmasõja lõpuks ja külma sõja ajal kujunes see üheks olulisimaks vahendiks rahvusvahelistes suhetes. Juba pikemat aega tuumarelva omanud riikideks on Ameerika Ühendriigid, Venemaa, Suurbritannia, Prantsusmaa ja Hiina. Uued tuumariigid on India, Pakistan ja Põhja-Korea. Lisaks sellele kahtlustatakse tuumarelva olemasolu Iisraelil ja Iraanil. Tuumarelva väljatöötamine nõuab palju aega ja suuri kulutusi ning lisaks korraldab selle üle tõhusat kontrolli Rahvusvaheline Aatomienergia Agentuur. Seetõttu on nii terroristidel kui ka riikidel sisuliselt võimatu tuumarelva varjatult välja töötada.

Riigid, kelle valduses on tuumarelvad.

Tuumarelvade levik

Tuumarelvastust omavate maade arvu võimalik suurenemine kujutab endast kahtlemata üht suurimat tuumaenergeetika arendamisega kaasnevat ohtu. Enamik maailma riike on ühinenud tuumarelvade leviku tõkestamise jm asjakohaste rahvusvaheliste konventsioonidega ning täidab nende sätteid. Paika on pandud järelevalvesüsteem. Tuumarelvastuse leviku tõkestamise eesmärgil kasutavad USA ja mitmed teised riigid tuumaenergeetikas avatud tuumkütusetsüklit. See tähendab, et tuumaenergia tootmise käigus tekkivaid jäätmeid ei toodeta ümber uueks kütuseks. Kahjuks aga ei anna tõkestamismeetmed alati tulemusi. Tuumaenergia laienev kasutamine järjest suuremas arvus riikides suurendab veelgi riske, et mõnes neist tekkib ahvatlus tuumarelva valmistamiseks. Mida rohkem on tuumakütusetsükli rajatisi, seda raskem on neid efektiivselt kontrolli all hoida. Ohu reaalsust kinnitab lähiajaloo kogemus täielikult.

Tänapäeval on tuumarelva füüsika ja tehnika hästi teada ja selle valmistamiseni on jõudnud salaja nii tööstuslikult-majanduslikult tugevad kui nõrgad riigid. Seejuures on kasutatud tehnoloogiaid kütusetsükli mõlemast otsast: LAV ja Pakistan rakendasid uraan-235 rikastamist, samas kui India, Iisrael ja Põhja-Korea plutoonium-239 eraldamist raskeveereaktori kasutatud kütusest. Praegu tekitavad maailmas ärevust Iraani võimalikud ambitsioonid tuumarelva saamiseks. Sellest murettekitavast asjaolust tuleneb samas oluline järeldus tuumaenergeetika edasise arengu ja jätkusuutlikkuse suhtes: avatud kütusetsüklil ei ole tuumarelva leviku riski vähendamisel olulisi eeliseid suletud tsükli ees. Sama järeldust kinnitab ka 2004. aasta USA Energiaministeeriumi tellimusel valminud rahvusvahelise ekspertrühma korraldatud põhjalik riskianalüüs.

Abi võib olla hiljutistest Rahvusvaheline Aatomienergia Agentuuri peadirektori M. ElBaradei ja USA presidendi G. W. Bushi tuumaenergia rahvusvahelisemaks muutmise ettepanekutest. Nende sisu taandub ideele koondada uraani rikastamine ja kasutatud kütuse ümbertöötlemine piiratud arvu nn tarnijariikide kätte. Ülejäänud, nn kasutajariigid, saaksid tarnijatelt oma tuumajaamade kütuse ja tagastaksid kasutatud kütuse. Sellega kaoks arvukate kasutajate kätest nii kütusetsükli alguse kui lõpu tuumarelvamaterjalid. Suurim kasu oleks sellest kindlasti väikeriikidel, kes ei peaks arendama välja oma kulukaid kütusetsükli rajatisi, sh kasutatud kütuse lõpp-hoidlaid.

Ohu ja riskide vähendamine selles valdkonnas saab siiski seisneda ainult riikide tõhusamas sidumises rahvusvaheliste lepetega, efektiivsemas ja paremate tehniliste vahenditega tagatud kontrollis kõikide tuumamaterjalide, -seadmete ja -rajatiste üle ning rangetes sanktsioonides lepete eirajate suhtes.

Tuumarelvade katsetused

Kui tuumarelvi katsetatakse maapinna kohal, paisatakse atmosfääri ülakihtidesse erinevaid radionukliide alates vesinik-3 ja lõpetades plutoonium-241. Sealt liiguvad radionukliidid aeglaselt atmosfääri alakihtidesse ja edasi maapinnale. Enne katsetuste piiramise keelustamise lepingu vastuvõtmist 1963. aastal pandi atmosfääris toime umbes 500 plahvatust ja pärast seda 1980. aastani veel mõned. Praegu on radionukliidide kontsentratsioon õhus, vihmas ja inimtoidus palju madalam kui 1960. aastatel.

Maailmas on praegu inimesele olulise kiirituse seisukohalt tähtsamaid katsetuste käigus tekkinud radionukliidid süsinik-14, stronsium-90 ja tseesium-137. Nende väikesed kogused satuvad kehasse toidu ja joogiga. Kuna neid radionukliide on sadenenud ja pinnasele, kust osaliselt on nad liikunud pinnasesse, siis nende radionukliidide jääkaktiivsus põhjustab samuti inimesele mõningat kiirgust.

Sise- ja väliskiirgus tõstavad võrdselt maailma keskmist efektiivdoosi 0,005 mSv võrra aastas. Seda tuleks võrrelda järsu tõusuga kuni 0,1 mSv 1963. aastal. Määratletud on mõned inimrühmad, kes saavad globaalsest radioaktsiivsest tolmust märgatavalt kõrgemaid doose. Näiteks avastati 1960. aastatel, et Põhja-Euroopa ja Kanada põhjapõdrakarjused saavad oluliselt kõrgemaid doose kui ülejäänud inimesed, sest nad söövad samblikust toituvate loomade liha. Samblik on aga väga tõhus õhust tseesium-137 koguja. Eeldades, et maailma elanikkond on 6 miljardit inimest, siis hinnatakse tuumarelvakatsetustes tekkinud radioaktiivsust tolmust saadud globaalne kollektiivdoos umbes 30 000 inimsiivertini aastas.

Rahvusvaheline Aatomienergia Agentuur on lisaks tuumarelvade atmosfäärikatsetustes tekkinud laialdase levikuga radionukliididest põhjustatud dooside väljaselgitamisele paljude aastate vältel läbi viinud ka uuringuid atmosfääris tehtud ja maa-aluste relvakatsetuste pikemaajaliste kohalike mõjude kohta. Vaikse ookeani lõuna osa inimtühjadel Mururoa ja Fangataufa atollidel, kus suurem osa katsetustest viidi läbi maa all, ei ületaks doos praegu 0,25 mSv, isegi kui atollid oleksid asustatud. Samuti Vaikses ookeanis paikneval Bikini saarel ulatuksid potentsiaalsed doosid 15 mSv, kuid kasutusele on võetud taastusmeetmed, et seda näitajat umbes 90 protsendi võrra vähendada, enne kui saare elanikud naasevad.

Semipalatinskis Kasahstanis, kus viidi läbi umbes 100 atmosfäärikatsetust, näitab esmane hinnang, et maksimaalne aastadoos võib ulatuda 140 mSv, kui inimesed elaksid kõige tugevamini saastatud aladel. Seda keegi praegu ei tee, kuid selliste võimalike kõrgete dooside korral on vaja kas saaste kõrvaldada või vältida inimeste viibimist kõige saastatumates piirkondades pikemat aega. Rahvusvaheliselt, kaasatud on mitmed ÜRO organisatsioonid, tehakse pingutusi, et Semipalatinski piirkonna inimeste elamistingimusi parandada. Radioaktiivne saaste katsetuspaigal on vaid üks probleemidest, kuid sellega on vaja tegelda.

Vaata ka

• Tuumavastane liikumine
• Tuumavabad piirkonnad

Välislink

• Tuumaenergia infoportaal, mida toimetavad Tartu Ülikooli loodus- ja tehnoloogiateaduskonna tehnoloogiainstituut ja füüsika instituut