Keevveereaktor

Keevveereaktorite konstruktsioon on laias laastus sarnane (vaata fotot). Tuumkütusekomplekte sisaldav koosnev reaktorisüdamik asub surveanumas. Iga kütusekomplekt koosneb umbes sajast kütusevardast. Kütusevardad on tsirkoonsulamist torud, mille sisemuses on tablettidena pakendatud tuumkütus, milles on 3-5 protsenti uraani isotoopi 235.
Selleks, et tuumareaktsioon töötaks nagu vaja, uraanimaaki rikastatakse. See tähendab, et tuumkütuses suurendatakse uraani-235 osakaalu, looduslikus uraanis on selle isotoobi osakaal kõigest 0,7 protsenti.
Kui reaktorisüdamikus on piisavalt tuumkütust, siis algab tuumareaktsioon. Selle käigus vabaneb soojus. Tänapäevane tuumareaktor töötab ühe kütusevarraste komplektiga umbes aasta, siis on vaja vanad vardad asendada uutega.
Üleliigsete neutronite eemaldamiseks kasutatakse neid neelavast ainest kontrollvardaid, mida saab vastavalt vajadusele sügavamale reaktorisse lasta, et võimsust vähendada. Elektrijaama seisma panemiseks tuleb kontrollvardad täielikult alla lasta. Just seda tehti, kui algas maavärin.
Uraanivarraste ümber on vesi, mis juhib tekkiva soojuse eemale. Kuumenenud vett pumbatakse ringi, et sellega aurustada vesi, mis reaktorist läbi ei käi, vaid saadetakse turbiinilabadele.
Peale reaktori rohkem suuri erinevusi tuumajaamal näiteks kivisöega töötava elektrijaamaga ei olegi. Veeaur paneb käima turbiini, mis omakorda ajab ringi elektrit tekitava generaatori. Veeaur jahutatakse maha jahutustornides ning kasutatakse uuesti ära auru tootmiseks.

 Vesi seiskus

Kõik on korras, kuni vesi käib ringi. Kuid 11. märtsi 9,0 magnituudiga maavärinas tekkis probleem just jahutusvee ringlusega. Fukushima esimeses reaktoris vett ringi ajama pidanud diiselgeneraatorid langesid rivist välja, kui maavärinale järgnenud tsunamilained olid jaama üleujutanud.
Kui reaktorit ei ole võimalik jahutada, siis hakkab reaktorisüdamikus temperatuur tõusma. Reaktorisse jäänud jahutusvesi aurustus ning selle tulemusena tõusis surveanumas rõhk. Jaamu opereeriva firma Tepco teatel kerkis Fukushima Daiichi esimeses reaktoris rõhk 840 kilopaskalini, normväärtus on 400 kilopaskalit.
Kui temperatuur surveanumas oli tõusnud umbes tuhande kraadini Celsiuse järgi, siis hakkas kütusevardaid ümbritsev tsirkoon sulama. Selle tulemusel reageeris tsirkoon auruga, tekkis vesinik, mis on äärmiselt plahvatusohtlik.
Laupäeval otsustati esimeses reaktoris rõhku alandada, selle tulemusel tekkis vesinikuplahvatus, mis rebis reaktorihoonelt katuse. Surveanum, mille sees on reaktor ise, jäi terveks. Tuleb märkida, et katuseta jäänud reaktorihoone oli siiski kergkonstruktsiooniga rajatis.
Jaama ümber mõõdeti kiirgustasemeks 500 mikrosiivertit tunnis, see ületab kiirgusnorme. Avarii liigitati rahvusvahelise tuumaõnnetuste hindamisskaalal neljanda kategooria, ehk kohalike tagajärgedega tuumaõnnetuseks. Tšernobõl liigitus samal skaalal seitsmenda, ehk kõrgeima kategooria tuumaõnnetuseks. Tuumajaamast 20 kilomeetri raadiusest on inimesed evakueeritud.
Täna varahommikul toimus analoogiline vesinikuplahvatus kolmandas reaktorplokis, vigastusi sai 11 inimest. Reaktorit ümbritsev surveanum kahjustusi ei saanud.

Ohtlik segu

Tsirkooni sulamise tõttu pääses kütusevarrastest välja uraan ja plutoonium, mis vajus surveanuma põhja. Esimese ja kolmanda tuumareaktori surveanumad on nüüd täitunud sulanud tsirkooni, vee ja tuumkütuse seguga. See on väga ohtlik olukord.
Eriti ohtlik on ülesulanud tuumkütus. Kui sulanud kütust on kriitilisel hulgal, siis võib see üles sulatada reaktorit ümbritseva terassüdamiku. Halvimal juhul võib kontrolli alt väljunud tuumkütuse pinnalt taasalata tuumareaktsioon, mida enam pole võimalik kuidagi kontrollida. Kui see peaks juhtuma, sulab reaktorisüdamik üles.
Selle vältimiseks on tuumajaama opereeriv firma asunud reaktoreid jahutama, pumbates reaktoritesse merevett. See on meeleheitlik samm: merevees leiduvad soolad pikas perspektiivis hävitavad reaktorikatte. Mereveega jahutatud reaktoreid pole enam kunagi võimalik uuesti tööle panna.
Esialgu peaks aga vesi reaktorisüdamikus temperatuuri langetama, see aitab ära hoida ülejäänud kütusevarraste sulamise ja tuumkütuse väljapääsu kütusevarrastest. Lisaks täidetakse reaktorid boorhappega, boor neelab neutroneid ja peatab tuumareaktsiooni ka sel juhul, kui tuumkütuse tabletid on kütusevarrastest välja sulanud.
Mis saab edasi? Positiivne stsenaarium: veega õnnestub tuumkütust piisavalt jahutada ja situatsioon stabiliseerida. Kuid reaktoris soojuse teket pole võimalik kuidagi seisma panna. Praegu ei näi olevat võimalust, et tuumkütus reaktoritest eemaldada, seega vajavad reaktorid ülessulamise ärahoidmiseks jahutamist pika ajal jooksul.
Kui esialgne hädaolukord on üle elatud, siis reaktorite neutraliseerimine on aastakümneid kestev töö.

Artikkel põhineb World Nuclear Newsi, Nature Newsi artiklitel ja Tartu Ülikooli füüsikainstituudi vanemteadur Enn Realo artiklitel portaalis tuumaenergia.ee.