Tuumaenergia tootmise aluseks on kasutatava kütuse neutronite ja aatomituumade omavaheline reaktsioon.
Kui uraan-235 tuum neelab neutroni ja lõhustub kaheks suureks energeetiliseks fragmendiks ehk lõhustumissaaduseks, vabaneb energia, keskmiselt 200 MeV (megaelektronvolti).
1 grammis uraanis on 2,56*1021 aatomituuma, mille lõhustumisel vabanev energia on 2,56*10 21 *200= 5,12*1023 MeV = 8,2*1010 J = 0,95 MWööpäeva = 22,8 MWh energiat. Arvestades veereaktorite kasutegurit auruturbiini kasutades 35%, saab 1 grammi U-235 elektritoodanguks 8 MWh.
Võrdluseks: sama elektrienergia koguse tootmiseks tuleb põletada 11,5 tonni põlevkivi ja emiteerub 5 tonni CO2.
Heaks sissejuhatuseks tuumaenergiasse on TÜ teaduskooli minikursus Kosmilisest kiirgusest tuumajaamani.
SMRs
Rahvusvaheliselt on määratud väikeste moodulreaktoritena (VMR) alla 300MW elektrilise väljundiga tuumareaktorid.
VMR arendamine on viimase 10 aasta areng kuivõrd suured tuumajaamad on muutunud väga kalliks (üle 5 miljardi eur) ning rajamine tihti ehitamise tähtaega ületavaks, millega kaasnevad mitmed probleemid ning kulude kasv.
Reaktori rajamine moodulite kaupa ning väiksemana võimaldab saavutada väiksemat rahalist projekti kogukulu, elektrivõrku sobivamat tootmisvõimsust, suuremat ehituskindlust ning väiksem reaktor võimaldab ka teatud ohutuseeliseid.
Olulisim etapp uue reaktortehnoloogia energiatootmisse toomisel on ehitusloa saamine ehk litsentseerimine. OECD riikides on praegu ehitusloa menetlusprotsessis kõige kaugemale jõudnud Ameerika Ühendriikide Riiklikus tuumaohutuskomisjonis NuScale reaktor.
Kõige enim VMR reaktoreid, sealhulgas 4nda põlvkonna reaktoreid on eel-litsentseerimisel (Vendor Design Review) Kanada Tuumaohutuskomisjoni poolt. Eel-litsentseerimine annab reaktori arendajale kindluse, et nende reaktori tehnilised ja protseduurilised lahendused vastavad regulaatori esitatud tehnilistele nõuetele ning pole põhimõttelisi takistusi edasiseks asukohapõhiseks ehitusloa menetluseks.
Kuivõrd tuumareaktor on keeruline insenertehniline rajatis, mille eeldatav tööiga kõrgetel temperatuuridel ja/või survetel on aastakümneid, nõuavad regulaatorid arendajatelt eksperimentaalsetele katsele tuginevaid põhjalikke andmeid eri komponentide (torustik, ventiil, materjalid, kütused jne) ning süsteemide (primaarne soojuskontuur; avariisulgemissüsteem jne) toimimise ja vastastikuste mõjude kohta tagamaks väljaspool kahtlust antud süsteemide pikaajaline planeeritud toime ning kogusüsteemi ohutus kõikide võimalike stsenaariumite korral.
Tuumaenergia regulatsioon
Arvestades tuumaenergia suurt energiakontsentratsiooni, mis nõuab kõrget pädevust ning protseduure ning millega kaasnevad nii võimalik sõjaline rakendus kui energiatootmisel riskid, on tuumaenergia rahvusvaheliselt põhjalikult reguleeritud Rahvusvahelise Aatomienergia Agentuuri ja rahvusvaheliste konventsioonidega.
Euroopa Liidu üheks aluslepinguks on Euroopa Aatomienergiaühenduse Asutamisleping ning tuumaenergia reguleeritud kahe peamise direktiiviga:
- direktiiv 2009/71/Euratom, millega luuakse tuumaseadmete tuumaohutust käsitlev ühenduse raamistik
- direktiiv 2011/70/Euratom, millega luuakse ühenduse raamistik kasutatud tuumkütuse ja radioaktiivsete jäätmete vastutustundlikuks ja ohutuks käitlemiseks.
Tuumaenergia on madala süsinikusisaldusega ja juhitav elektrienergia allikas, mis tagab regiooni kõrge energiajulgeoleku ja annab Euroopa Liidus 53% süsinikuvabast elektrist.
ELis töötab 128 tuumareaktorit (119 GWe), mis annavad umbes 25% kogu ELis toodetavast elektrienergiast. Tuumaenergia on kasutusel 14-s ELi liikmesriigis (Belgia, Bulgaaria, Hispaania, Holland, Prantsusmaa, Rootsi, Rumeenia, Saksamaa, Slovakkia, Sloveenia, Soome, Suurbritannia, Tšehhi ja Ungari).
Pool ELi tuumaelektrist toodetakse ainult ühes riigis – Prantsusmaal. Kolmes ELi mittekuuluvas riigis (Venemaal, Ukrainas ja Šveitsis) töötavad 53 reaktorit annavad ülejäänud Euroopas umbes 17% kogu elektrienergiast. (Allikas: WNA)
Joonis: Euroopas töötavad tuumajaamad (2016) Allikas: (LINK)
Eestile lähimad töötavad tuumajaamad on Venemaa Leningradi tuumajaama 5 reaktorit (70km), üle lahe Soomes Loviisa 2 reaktorit (100km), Olkiluoto tuumajaam 2 reaktoriga (250km), Rootsi Forsmarki tuumajaam 3 reaktoriga (280km) ja Oskarshamni tuumajaam hetkel ühe reaktoriga (330 km).
Joonis: Eesti lähiümbruses töötavad tuumajaamad Soomes, Rootsis ja Venemaas. Allikas: (LINK)