:: wikimiki.org ::

Sähkö

Sähkö

Sähkö syntyy varattujen hiukkasten, yleensä elektronien, liikkeestä. Sähkön vanha nimi elektrisiteetti tulee kreikan meripihkaa tarkoittavasta sanasta ηλεκτρον (elektron). Sanan sähkö keksi 1840-luvulla suomen kielen kehittäjä, lääketieteen ja kirurgian tohtori Samuel Roos. Sähkövaraus syntyy, kun johonkin tulee varausten ylijäämä (negatiivinen varaus) tai alijäämä (positiivinen varaus). Sähkövirta syntyy, kun eri suuruisten sähkövarausten välille kytketään sähkönjohde (esim. kupari sähköjohdossa). Tällöin elektronit virtaavat ylijäämästä alijäämään, kunnes varaukset ovat tasoittuneet. Sähköneristeessä (esim. sähköjohdon muovipäällyste) elektronit eivät voi edetä, joten siihen ei myöskään sähkövirtaa muodostu. Sähkövarauksien siirtyminen pystyy siirtämään sähköenergiaa.

Sähkön historiaa

Sähköenergian tuottaminen ja siirtäminen

Sähköenergiaa voidaan tuottaa monista energianlähteistä erilaisissa sähkövoimalaitoksissa. Eri energialähteitä ovat muiden muassa vesivoima, ydinvoima, tuulivoima ja maalämpö. Sähköä tuotetaan kemiallisten ja magneettisten ilmiöiden avulla tai suoraan auringon valosta. Kemiallinen sähkö tarkoittaa esimerkiksi paristoa, akkua tai polttokennoa ja magneettista generaattoria. Aurinkoenergiaa voidaan muuttaa sähköksi aurinkokennolla. Sähkö siirretään käyttökohteisiin (esim tehtaisiin ja kotitalouksiin) sähkönsiirtoverkkoa pitkin. Valtakunnallisessa siirtoverkossa on monia muuntamoja, joissa sähkön jännitetasoa vaihdetaan kyseiselle siirtovälille soveltuvaksi.

Sähköiset ilmiöt ja suureet

Jännite (sähköinen potentiaali) on volteissa (V) mitattava eräänlainen sähkön "voimakkuuden" yksikkö, jota voitaisiin verrata vaikkapa putouksen korkeuteen tai hydraulisen laitteen paineeseen. Verkkojännite suomessa on 230 volttia. Pienissä paristoissa voi olla esim. 1,5 voltin tai 9 voltin jännite. Sähkövirtaa voitaisiin verrata virtauksen määrään putousvertauksessa tai hydrauliikassa. Sähkövirta on putouksen veden tai hydrauliikan öljyn sijaan sähkövarauksen siirtymistä. Virtaa mitataan ampeereissa (A). Tyypillinen kodin sähkötaulun sulake rajoittaa sähköjohdon virran 10 tai 16 ampeeriin ylikuormitustilanteessa. Sähkön tuottamaa tehoa mitataan wateissa (W) tai kilowateissa (1 kW = 1 000 W). Esim. sähkölämmittimen teho saattaa olla 2 000 wattia. Sähköinen teho on virran ja jännitteen tulo, joten 230 V sähköverkossa tuo 2 000 W lämmitin aiheuttaa noin 9 A virran. Energia on tietynlainen "tehdyn työn määrä" ja sitä mitataan yleensä sähköisissä yhteyksissä kilowattitunteina (kWh), vaikka joule onkin yleinen energian yksikkö muuten. Jos kahden kilowatin tehoista laitetta käytetään vaikkapa kolmen tunnin ajan, kuluu sähköenergiaa 6 kilowattituntia.

Sähkölaitteet

Useat teollisuuden ja kotien koneista ja laitteista toimivat nykyään sähköllä. Sähkölämmitys toimii siten, että sähköisissä vastuksissa sähkövirta muuttuu lämpöenergiaksi. Sähkömoottorit käyttävät monia kodinkoneita kuten vatkaimia, pölynimureita, astianpesukoneita ja pyykinpesukoneita sekä pyörittävät teollisuuden koneita. Sähkömoottoreissa sähköinen energia muuttuu mekaaniseksi energiaksi. Radio, televisio ja puhelin ovat sähköllä toimivia elektronisia laitteita.

Sähkön tutkimus

Sähköä ja siihen liittyviä ilmiöitä tutkii sähköoppi ja sen alaisina sähködynamiikka, sähkömagnetismi ja sähköstatiikka. Sähköenergian tuottamista ja siirtämistä tutkii sähkövoimatekniikka. Elektroniikka on taas ala, joka tutkii ja kehittää elektronisista komponenteista tehtyjä laitteita kuten vaikkapa radioita ja laskimia. Automaatio käsittelee esimerkiksi tehtaiden sähköisiä tuotantolinjoja. Luokka:sähkötekniikka Luokka:elektroniikka ko:전기 ja:電気 simple:Electricity

Elektroni

Elektroni on alkeishiukkanen. Sillä on -1.6 × 10^-19 coulombin negatiivinen sähkövaraus. Sen massa on 9.10 × 10^-31 kg (0.51 MeV/c²). Elektronin spin on 1/2 eli se on fermioni. Elektroni on kevyin varattu leptoni. Muut varatut leptonit ovat myoni ja tau. Elektronia merkitään tavallisesti e^-. Elektronin antihiukkanen on positroni, joka on positiivista sähkövarausta lukuun ottamatta identtinen elektronin kanssa. Elektroni tuntee kaikki muut perusvuorovaikutukset paitsi vahvan vuorovaikutuksen eli värivoiman. Elektronit ovat atomien osasia, muita ovat protonit ja neutronit. Elektronit sijaitsevat atomissa elektronikuorella. Luokka:Fysiikka Luokka:Alkeishiukkaset Luokka:Kemia Luokka:Sähkötekniikka Luokka:Sähköstatiikka Luokka:Elektroniikka ko:전자 ja:電子 simple:Electron th:อิเล็กตรอน

Meripihka

Meripihka on 20-60 miljoonaa vuotta sitten kasvaneiden havupuiden kivettynyttä pihkaa, joka on kerrostunut meren pohjaan. Sieltä sitä huuhtoutuu myrskyjen jälkeen Itämeren ja Pohjanmeren rannoille. Kivikautena meripihkaa saatiin erityisen runsaasti Liettuan ja entisen Itä-Preussin rannoilta. Sitä käytettiin mm. korujen raaka-aineena. Suomessa raakameripihkaa on löydetty pieneltä alalta pellolta Inkoosta, lisäksi on muutamia hajalöytöjä Paraisilta ja Nauvosta. Mahdollisesti jäät ovat kuljettaneet sitä jostain eteläisemmältä Itämereltä. Kreikkalaiset ja roomalaiset hankkivat arvostamansa meripihkan vaihtamalla sitä metalleihin ja pronssiesineisiin. Meripihka oli tärkeä vaihdon välinen tuohon aikaan. Useiden indoeurooppalaisten kielten sähköä tarkoittava sana tulee kreikan kielen meripihkaa merkitsevästä sanasta elektron, sillä meripihka sähköistyy helposti hangattaessa. Luokka:Geologia ja:コハク

Sähkövaraus

Sähkövaraus (tunnus Q) on yksi alkeishiukkasten perusominaisuuksista. Se synnyttää sähkömagneettisen kentän. Sähkövarausta mitataan SI-järjestelmässä yksiköllä coulombi (1 C = 1 A·s). Yksi coulombi on noin 6,24 · 10¹⁸ alkeisvarausta eli yksittäisen elektronin tai protonin varausta. Suurissa varausmäärissä, kuten sähköakkujen kapasiteeteissa, käytetään mittayksikkönä ampeerituntia (Ah). Jos kappaleessa on ylimäärin elektroneja, se on negatiivisesti varautunut. Elektronien alijäämästä syntyy positiivinen varaus. Erimerkkiset sähkövaraukset vetävät toisiaan puoleensa ja samanmerkkiset hylkivät toisiaan. Varausten kokonaissumma pysyy aina vakiona, sillä sähkövaraus säilyy ydinreaktioissa ja kemiallisissa reaktioissa. Pistemäistä varausta saatetaan joskus kutsua sähköiseksi monopoliksi. Atomia tai molekyyliä, joka on menettänyt tai vastaanottanut elektronin, sanotaan ioniksi. Sähkövirta on varausten liikettä johtimessa.

Osittaisvaraus

Molekyylissä olevalla atomilla sanotaan olevan osittaisvarausta, kun atomin ympärillä on eri määrä elektronitiheyttä kuin samalla neutraalilla atomilla yksinään. Esimerkiksi hiilidioksidin (CO₂) hiiliatomi vetää yhteisiä sidoselektroneja puoleensa heikommin kuin happiatomit, joten sen osittaisvaraus on positiivinen (merkitään +δ). Happiatomien osittaisvaraukset ovat hiilidioksidissa negatiiviset (−δ). Toisaalta esimerkiksi happimolekyylissä (O₂) elektronit jakautuvat atomien kesken tasan, joten siinä ei esiinny osittaisvarauksia. Luokka:Fysiikka Luokka:Suureet Luokka:Sähköstatiikka ko:전하 ja:電荷

Kupari

K (2562 °C) |- | Moolitilavuus || -- · 10^-6 m³/mol |- | Höyrystymislämpö || 300.4 kJ/mol |- | Sulamislämpö || 13.26 kJ/mol |- | Höyrynpaine || -- Pa K:ssa |- | Äänen nopeus || 3810 m/s K:ssa |- bgcolor=#E7E7E7 | colspan=2 align=center | Muuta |- | Elektronegatiivisuus || 1,90 (Paulingin asteikko) |- | Ominaislämpökapasiteetti || 24.440 J/(kg·K) |- | Sähkönjohtavuus || -- S/m |- | Lämmönjohtavuus || 401 W/(m·K) |- bgcolor=#E7E7E7 | colspan=2 align=center | Tiedot SI-yksiköissä ja NTP-olosuhteissa jollei toisin mainita. |- |{{

Energia

Energiaa on kaikki se joka pystyy vaikuttamaan johonkin. Se voi kiihdyttää jotakin tai hidastaa jotakin. Joule (1 J = 1 Nm) on SI-järjestelmän perusyksikkö energialle ja työlle. Sähköisen energian yksikkönä käytetään usein kilowattituntia (1 kWh = 3,6 MJ). Suureesta energia käytetään fysiikassa tunnuksia E ja W. Energialla käsitetään yleensä kykyä tehdä työtä: liike-energia, potentiaalienergia, lämpöenergia, sähkömagneettinen energia... Energia noudattaa energiaperiaatetta. Exergia on energian käytettävissä oleva osuus, anergia on se osa, jota ei voi hyödyntää, esimerkiksi lämpöenergia ympäristön lämpötilassa. Suhteellisuusteorian mukaan myös aine (massa) on energiaa. Energia voi vapautua aineesta esimerkiksi ydinreaktiossa. Energian hyödyntämisen tehokkuutta mitataan hyötysuhteella.

Liike-energia

Liike-energia on kappaleen liikkeeseen varastoitunutta energiaa. Kappaleella on sitä enemmän liike-energiaa, mitä suurempi on sen nopeus ja mitä painavampi kappale on. Klassisen fysiikan kaava kappaleen liike-energialle on ::

E_k=\fracmv^2

, missä m on kappaleen massa ja v sen nopeus.

Potentiaalienergia

Potentiaalienergia on kappaleeseen varastoitunutta energiaa. Energia varastoituu kappaleeseen, kun kappaleeseen kohdistetaan voima, joka aiheuttaa muutoksen kappaleessa. Esimerkkejä potentiaalienergiasta ovat jouseen varastoitunut voima ja kappaleen asemaan nostettaessa varastoituva energia. Jousta jännitettäessä tehdään työtä jousen jäykkyysvoimia vastaan. Kappaletta nostettaessa taas tehdään maan painovoimaa vastaan työtä, joka varastoituu kappaleen asemaan potentiaalienergiaksi. Nostotyön varastoima potentiaalienergia voidaan laskea kaavasta ::

E_=m\cdot g\cdot h

, missä m on kappaleen massa, g painovoimakiihtyvyys ja h nostokorkeus.

Sähköenergia

Sähköenergiaa mitataan laskemalla kuinka kauan (aika t) kuinka suurta tehoa (teho P) kulkee. Teho on puolestaa jännitteen U ja virran I tulo. Näin ollen energia on: ::

E_=P\cdot t=U\cdot I\cdot t

Käytössä olevia energialähteitä

- polttoaineet
- fossiiliset polttoaineet
- kivihiili
- öljy
- maakaasu
- turve
- uusiutuvat biopolttoaineet
- ydinenergia
- fissio
- luonnonvirtaukset
- vesiputous
- tuuli
- auringon säteily
- geoterminen lämpö

Energianvälitystapoja

- sähkö
- kulkeutuminen
- säteily
- johtuminen Luokka:Suureet Luokka:Fysiikka Luokka:sähkötekniikka Luokka:Klassinen mekaniikka Luokka:Energia ms:Tenaga ko:에너지 ja:エネルギー simple:Energy th:พลังงาน

Ydinvoima

Tätä artikkelia on ehdotettu suositelluksi sivuksi. Tämän artikkelin ehdokassivulla voit ottaa asiaan kantaa.

: Ydinvoima tarkoittaa myös atomiytimen hiukkasten välistä vuorovaikutusta: katso ydinvoima (fysiikka) Ydinvoima tai ydinenergia on energiantuotantomuoto, joka perustuu hallittuun atomiydinten fissio- tai fuusioreaktioon tai muihin ydinreaktioihin, kuten radioaktiiviseen hajoamiseen. Ydinvoiman tuotannossa osa ydinpolttoaineen atomien massasta muuttuu energiaksi, joten ydinpolttoaineen energiasisältö on hyvin suuri tavanomaisiin polttoaineisiin verrattuna. Sanat atomivoima ja atomienergia ovat ydinvoiman synonyymejä, mutta eivät yhtä suositeltavia, koska ydinvoima perustuu nimenomaan atomin ytimen reaktioiden hyödyntämiseen. Ydinvoima on siten linjassa sanojen ydinfysiikka ja ydinreaktori kanssa. ydinpolttoainehöyryä. Etualan rakennukset ovat varsinaisia voimalaitoksia, joiden yhteenlaskettu sähköteho 5200 MW vastaa noin puolta Suomen sähkön kulutuksesta.]]

Ydinvoiman muodot

Ydinvoimaa käytetään pääasiassa ydinvoimalaitoksissa sähköntuotantoon ja ydinkäyttöisillä aluksilla voimanlähteenä. Ydinvoimaa käytetään jossain määrin myös mm. avaruudessa, majakoissa, vedenpuhdistuksessa ja tutkimuksessa. Suurin osa ydinvoimasta on sähkön tuotantoa ydinreaktorilla. Reaktorissa hallittu fissioketjureaktio tuottaa lämpöä, joka jäähdytyskierrolla johdetaan turbiineihin ja muunnetaan siten mekaaniseksi energiaksi ja jälleen generaattorilla sähköenergiaksi. Täten toimivat ydinvoimalaitokset ja ydinkäyttöisten laivojen ydinreaktorit. Harvinaisempaa on radioaktiivisen hajoamisen tuottaman energian hyödyntäminen, jota käytetään mm. avaruusluotaimissa. Hallitulla fuusioreaktiolla ei toistaiseksi ole tuotettu energiaa, mutta ydinfuusio saattaa tulevaisuudessa muodostua tärkeäksi energianlähteeksi.

Fissio

:Pääartikkeli: Fissio Fissio Ylivoimaisesti merkittävin ydinvoiman muoto on hallitun fissioreaktion hyödyntäminen. Fissiossa atomiydin halkeaa kahdeksi tai useammaksi kevyemmäksi atomiytimeksi ja atomi hajoaa yhtä moneksi kevyemmän alkuaineen atomiksi. Lisäksi reaktiossa ytimestä sinkoutuu neutroneita ja osa sen massasta muuttuu energiaksi. Eräissä alkuaineissa voi suotuisissa olosuhteissa syntyä ketjureaktio, jossa fissiossa vapautuvat neutronit törmäävät muihin atomeihin ja aiheuttavat täten uusia fissioita. Jos kussakin fissiossa vapautuneet neutronit aiheuttavat keskimäärin ainakin yhden uuden fission, ketjureaktio pysyy käynnissä, muutoin se väistämättä pysähtyy. Ydinreaktorin säätö perustuu yleensä vapaiden neutronien absorbointiin säätösauvoilla tai muilla keinoilla. Vain harvat aineet pystyvät ylläpitämään ketjureaktiota eli ovat fissiilejä. Ydinpolttoaineessa käytetään yleensä uraanin fissiiliä isotooppia U-235 tai plutoniumin fissiiliä isotooppia Pu-239 tai molempia. Plutonium tuotetaan keinotekoisesti ydinreaktorilla, mutta uraania esiintyy luonnossa. Luonnon uraaniesiintymissä tiedetään jopa syntyneen luonnonydinreaktoreita, joissa ketjureaktio on käynnistynyt itsestään ja pysynyt käynnissä kunnes polttoaine on loppunut.

Fuusio

:Pääartikkeli: Fuusioreaktio Fissiolle vastakkainen reaktio on fuusio, jossa kaksi kevyen alkuaineen atomiydintä yhdistyy muodostaen uuden raskaamman alkuaineen. Samalla vapautuu hyvin suuria määriä energiaa. Yleensä fuusiossa yhdistyy kaksi vetyatomia muodostaen heliumatomin. Fuusioreaktion vaatima suunnattoman korkea lämpötila ja siihen liittyvät ongelmat ovat tähän asti osoittautuneet suureksi tekniseksi esteeksi hallitun fuusioreaktion energiakäytössä. Toistaiseksi fuusion voimalaitoskäyttö vaikuttaisi olevan vähintään vuosikymmenien päässä. Luonnossa Auringon ja muiden tähtien energia on peräisin fuusioydinreaktiosta. Auringon energia on maapallon pääasiallinen energianlähde, sillä kaikki ihmisen käytössä oleva energia ydinvoimaa ja maanlämpöä lukuun ottamatta ovat tavalla tai toisella lähtöisin Auringosta.

Radioaktiivisuus energianlähteenä

Radioaktiivisessa hajoamisessa vapautuu energiaa, jota voidaan hyödyntää suhteellisen vähän energiaa kuluttuvissa käyttötarkoituksissa. Radioaktiivisuudelle perustuva isotooppiparisto (RTG) on ennustettavissa oleva, vakaa ja pitkäikäinen voimanlähde syrjäisiin tai muuten eristettyihin järjestelmiin. Tyypillisiä käyttötarkoituksia ovat majakat, avaruusluotaimet ja satelliitit, aiemmin myös sydämentahdistimet. Hyvin pienet määrät radioaktiivista ainetta riittävät myös antaman energiaa valonvahvistimen toimintaan, itsevalaiseviin pintoihin joissain pimeässä näkyvissä kylteissä sekä mittaristojen, kompassien tai kellojen viisareissa yms. Luonnossa radioaktiivinen hajoaminen on maan sisäisen lämmön lähde ja siten mm. tulivuorten ja kuumien lähteiden voimanlähde. Tätä kautta radioaktiivista hajoamista käytetään energiantuotannossa maalämpövoiman avulla mm. Islannissa ja Japanissa.

Ydinvoiman historia

:Pääartikkeli: Ydinvoiman historia Ydinvoiman historia Ensimmäiset vihjeet siitä, että atomin itsensä sisällä esiintyy reaktioita, saatiin vuonna 1896, kun Antoine Henri Becquerel löysi radioaktiivisuuden. Ytimen olemassaolosta saatiin viitteitä vuonna 1919, kun Ernest Rutherford altisti typpikaasun alfahiukkassäteilylle: osa hiukkasista törmäsi ja jäi typpiatomiin transmutatoiden eli muuttaen ne hapeksi. Reaktiossa atomi emittoi protonin, jonka myöhemmät tutkimukset osoittivat ydinhiukkaseksi. Toisen ydinhiukkasen, neutronin, löysi Sir James Chadwick vuonna 1932. Pian italialainen Enrico Fermi kollegoineen havaitsi, että uraaniin törmätessään hitaat neutronit synnyttävät kohteessa ainakin neljää erilaista ainetta. Vähän myöhemmin saksalaiset Otto Hahn ja Fritz Strassmann osoittivat, että reaktiossa uraaniatomit halkeavat. Keinotekoinen fissio oli keksitty. Vuonna 1939 Fermi pakeni Italian fasisteja Yhdysvaltoihin; Niels Bohr puolestaan pakeni natsimiehitystä Tanskasta. He aloittivat yhteistyön Columbian yliopistossa ja kehittivät energianlähteeksi käyvän ketjureaktion käsitteen. Energiakäytöstä tutkimuksen painopiste siirtyi kuitenkin nopeasti ydinaseen kehittämiseen. Vuonna 1940 alkoi Yhdysvaltain hallituksen Manhattan-projekti, jonka tavoitteena oli ydinaseen kehittäminen. Vuonna 1942 Enrico Fermin johdolla rakennettiin ensimmäisen kokeellinen ydinreaktori Chicagon yliopistoon. Tämä oli ensimmäinen kerta maailmanhistoriassa kun ihminen toteutti hallitun fissioiden ketjureaktion. Vuotta myöhemmin Oak Ridgessä kokeiltiin plutoniumin tuotantoon tarkoitettua reaktoria ja vuoteen 1945 mennessä Hanfordissa oli käynnissä kolme täysimittaista reaktoria. Sodan jälkeen ydinohjelmat ympäri maailman keskittyivät ydinaseiden hankkimiseen. Huoli ytimen energian sotilaallisen käytön vaaroista johti vaatimuksiin sen energian käyttämisestä ennemmin ihmiskunnan tarpeiden palveluksessa. Ensimmäinen sähköntuotantoon tarkoitettu ydinreaktori saavutti kriittisyyden 27. kesäkuuta 1954 kello 17:30 Neuvostoliitossa, Obninskissa lähellä Moskovaa. Vuonna 1956 Calder Hallissa, Englannissa aloitti toimintansa ensimmäinen kaupallinen ydinvoimala. Vuonna 1957 aloitti toimintansa ensimmäinen ydinvoimala Yhdysvalloissa Shippingportissa. 1950-luvun jälkeen ydinvoimaloiden määrä on kasvanut huomattavasti. Vuoteen 1964 mennessä maailmassa oli 14 reaktoria kytkettynä sähköverkkoon, vuonna 1970 81 reaktoria, vuonna 1975 jo 167, vuonna 1985 365 ja vuonna 1999 428. Ydinvoimalla tuotetaan tätä nykyä noin 16 % maailman sähköstä [http://www.uic.com.au/nip07.htm] ja 6,5 % kaikesta energiasta [http://energy.cr.usgs.gov/energy/stats_ctry/Stat1.html#WProduction].

Ydinvoimalaitos

Ydinvoimalaitoksen pääosat ovat:
- Reaktori
- Pääkiertopiiri eli primääripiiri
- Toisiopiiri eli sekundääripiiri
- Turbiinigeneraattori eli turbogeneraattori
- Lauhdutin Ydinvoimalaitoksessa ydinreaktori tuottaa lämpöä, joka kuumentaa pääkiertopiirin vettä. Laitostyypistä riippuen joko pääkiertopiirin vesi höyrystyy, pyörittää turbiinia ja lauhdutetaan, tai sitten pääkiertopiirin vesi johdetaan erillisiin höyrystimiin, joissa toisiopiirin vesi höyrystetään turbiiniin ja lauhduttimeen. Turbiiniin on kytketty generaattori, jolla tuotetaan sähköä. Lauhduttimessa suljetun vesikierron vesi lauhdutetaan höyrystä jälleen vedeksi. Lauhdutinta jäähdytetään joko vesistöstä saatavalla vedellä tai jäähdytystornien avulla. Ydinvoimalaitoksen materiaalivirrat ovat käytön aikana suljettuja: polttoaineen syöttöä ei tapahdu, eikä savukaasuja tai muita haitallisia päästöjä muodostu. jäähdytystorni

Painevesireaktori eli PWR	Kiehutusvesireaktori eli BWR
260px	260px

C polttoaine
M reaktori
B höyrystin (vain PWR)
P2 toisiopiirin pumppu (vain PWR)

D säätösauvakoneisto
V reaktoripaineastia
P1 tai P pääkiertopumppu

G generaattori
T turbiini
K lauhdutin

Radioaktiivisten aineiden selkeä pääosa on eristetty ensisijaisesti reaktoripaineastiaan, ja lisäksi ympäristöstä eristettyyn suojarakennukseen. Reaktori sisältää kaiken ydinvoimalaitoksen ydintekniikan. Muut osat ovat tavallista voimalaitostekniikkaa ja niistä saa tietoa yleistä energiatekniikka käsittelevistä artikkeleista. Tässä artikkelissa keskitytään ydinvoimalaitoksen ydintekniseen osaan.

Ydinreaktori

:Pääartikkeli: Ydinreaktori Ydinreaktoreita voidaan jaotella monella eri tavalla. Yksi tapa on jakaa ne hidastinaineen mukaan kevytvesireaktoreihin, raskasvesireaktoreihin ja grafiittihidasteisiin reaktoreihin. Toinen tapa on luokittelu jäähdytyksen mukaan mm. kaasujäähdytteisiin ja kiehutus- ja painevesireaktoreihin. Maailman voimalaitosreaktorit ovat pääosin kevytvesireaktoreita, joko painevesi- tai kiehutusvesityyppiä. Varsinkin uudet voimalaitokset käyttävät lähes yksinomaan kevytvesireaktoreita. Reaktoriin ladataan ydinpolttoainetta yleensä 3-5 vuoden ajaksi huoltoseisokkien yhteydessä lukuun ottamatta eräitä harvinaisia reaktorityyppejä (mm. CANDU).

Reaktorin säätö

Kevytvesireaktorin käynnissä pysyminen vaatii kolmea asiaa:
- rikasta ydinpolttoainetta, joka reagoi,
- neutroneja, jotka aiheuttavat fissiot sekä
- hidastinainetta, joka jarruttaa neutroneja niin, etteivät ne karkaa reaktorista aiheuttamatta fissiota. Tätä voi verrata tulisijaan, jossa tarvitaan polttoainetta, kuumuutta ja happea tulen ylläpitämiseksi. Jos yksikin menetetään, reaktio ei kykene jatkumaan. Kevytvesireaktori on suunniteltu siten, että sen toimiessa kolme ehtoa täyttyvät juuri ja juuri. Reaktorin säätöä varten reaktorisydämestä voidaan poistaa tai sinne voidaan käytön aikana lisätä neutroneja absorboivia säätösauvoja. Reaktori voidaan sammuttaa milloin tahansa työntämällä tarpeeksi säätösauvoja reaktoriin. Sammuttaminen kestää noin sekunnin. Kevytvesireaktorin luonteeseen kuuluu, että se on itsestään, fysikaalisten ominaisuuksiensa ansiosta vakaa. (Choppin et al., 2002)

Reaktorityypit

; Kevytvesireaktorit Ydinvoimareaktorien selkeä pääosa on kevytvesireaktoreita. Varsinkin uusista voimalaitoksista miltei kaikissa on kevytvesireaktori, joita on kahta tyyppiä:
- painevesireaktori (PWR (engl.)/VVER (ven.))
- kiehutusvesireaktori (BWR) ; Grafiittihidasteiset reaktorit
- kaasujäähdytteinen reaktori (GCR)
- grafiittihidasteinen vesijäähdytteinen kanavareaktori (RBMK) ; Raskasvesireaktorit
- paineistettu raskasvesireaktori (CANDU) ; Kehittyneet reaktorit
- nopea hyötöreaktori
- erittäin kuuma reaktori (VHTR)
- fuusioreaktori
- nestemäisellä metallilla jäähdytetty reaktori (LMFBR) Nopeassa reaktorissa ei käytetä hidastinainetta. Fuusioreaktorin toiminta perustuu fission sijasta fuusioon.

Ydinvoiman käyttö

:Pääartikkeli: Ydinvoiman käyttökohteet. Ydinvoimaa käytetään hyvin vaihtelevissa käyttötarkoituksissa voimalaitoksista sukellusveneisiin ja satelliiteista majakoihin. Ydinpolttoaineen suuri energiasisältö mahdollistaa toisaalta suurten energiamäärien tuottamisen pienillä materiaalivirroilla ja toisaalta sallii pitkäkestoisen energiantuotannon ilman tarvetta lisätä polttoainetta.

Ydinvoimalaitokset

Ydinvoiman käyttökohteet Ydinvoimalaitoksia pidetään teollisuusmaiden jatkuvaan, mittakaavaltaan suureen sähkönkulutukseen sopivana energiamuotona, sillä jo varsin pienellä määrällä voimalaitoksia ja suhteellisen vähäisellä polttoainemäärällä voidaan kattaa teollisuusmaan sähköntarve miltei kokonaan tai suurelta osin. Esimerkiksi Ranskassa 78% kaikesta sähköstä tulee ydinvoimasta ja ydinvoiman tuotantoa pyritään edelleen kasvattamaan. Koska sähkömarkkinoilla voimalaitosten ajojärjestyksestä tavallisesti muotoutuu sellainen, että kulutuksen laskiessa ensimmäisinä alas ajetaan kalliiden muuttuvien kustannusten voimalaitokset, suhteellisen edullista sähköä tuottavia ydinvoimaloita käytetään yleensä miltei tauotta. Ydinvoimalan tuotantoa voidaan toki myös säätää ja niin myös yleisesti tehdään paljon ydinsähköä tuottavissa maissa. Maailman ydinvoimajärjestön WNA:n mukaan ([http://www.world-nuclear.org/info/info.htm]) 25. toukokuuta 2005 maailmassa oli 439 ydinvoimareaktoria 30 maassa ja niiden yhteenlaskettu sähköteho oli 366 GW. Uusia voimalaitosreaktoreita oli rakenteilla 25, suunnitteilla 39 ja ehdotettu 73. Kaikesta maailman sähköstä noin 16% tuotetaan ydinvoimalla – mikä tekee ydinvoimasta vesivoiman veroisen, maailman toiseksi merkittävimmän kasvihuonekaasupäästöttömän sähköenergianlähteen. Kaikesta tuotetusta energiasta ydinvoimalla tuotetaan noin 7%. Tuotantoon kulutetaan vuodessa noin 68 000 tonnia uraania. Tämä määrä mahtuisi kuutioon, jonka särmät ovat 15 metriä pitkät. Laskennallisesti siis koko maailman sähkönkulutus voitaisiin kattaa 400 000 uraanitonnilla vuodessa, mikä mahtuisi kuutioon, jonka särmät ovat 30 metriä pitkät. Kevytvesireaktori (hidastinaineena tavallinen vesi) on selvästi yleisin voimalaitoskäytössä, niitä on yhteensä 355, joista 263 painevesireaktoreita ja 92 kiehutusvesireaktoreita. Seuraavaksi yleisin on CANDU-reaktori, joita on 38. Loput 46 ovat harvinaisempia reaktorityyppejä.

Ydinvoima, ydinaseet ja ydinaseriisunta

:Katso myös: Ydinase ja Ydinaseriisunta Luonnonuraanista alle prosentti on fissiiliä eli ketjureaktiota ylläpitävää isotooppia U-235. Ydinvoimaloissa käytetään yleensä rikastettua uraania, jossa U-235-pitoisuus on noin kolme prosenttia. Ydinaseissa sen sijaan käytetään yli 95 prosentin rikastusastetta. Tästä syystä ydinaseen tekeminen ei onnistu käyttämällä ydinvoimaloiden polttoainetta sellaisenaan. Tavanomaisen ydinvoimalan kevytvesireaktori kuluttaa käydessään fissilejä aineita, joten polttoaineen rikastusaste edelleen laskee reaktorissa ollessaan. Ydinase Vaikka tavanomaisesta kevytvesireaktorilla toimivasta ydinvoimalasta ei aseenhankinnassa olekaan juuri apua, montaa muunlaista ydintekniikkaa, kuten rikastusteknologiaa, voi käyttää sekä rauhanomaisesti että sotilaallisesti. Ydinpolttoainetta voidaan edelleen rikastaa ydinaseisiin kelpaavaksi, minkä takia ydinaineista pidetään kirjaa ja niiden määrä varmennetaan tarkastuksin ja valvonnalla. Suomessa ydinainevalvonnasta huolehtii säteilyturvakeskus ja kansainvälisesti IAEA. Valvonnan laajentamista fissiilien aineiden lisäksi sotilastekniikaksi kelpaavaan ydintekniikkaan on ehdotettu, sillä esimerkiksi Intia ja Pakistan hankkivat paljon asetuotantoon käytettyä ydinteknologiaa länsimaista ilmoittaen aikeekseen sen rauhanomaisen käytön. Ydinasehankkeen naamionti rauhanomaiseksi on yleensä kömpelöä tarvittavan tekniikan erilaisuuden ja IAEA:n tarkastusten takia. Kertaakaan peittelyllä ei ole onnistuttu salaamaan ydinasehanketta pommin valmistumiseen asti. Sellainen ei ole välttämättä tarpeenkaan, sillä jos maa ei kuulu ydinsulkusopimuksen piiriin, saa se täysin laillisesti hankkia ydinaseen. Ydintekniikan sotilaallinen käyttö ilman rauhanomaista voimalaitoskäyttöä on siis varsin mahdollista. Näin ovat toimineet ainakin Israel ja Pohjois-Korea. Huomattavasti yleisempää on kuitenkin ydinvoiman rauhanomainen käyttö ilman sotilaallisia pyrkimyksiä: yhteensä 27 ydinaseetonta maata käyttää ydinvoimaa yksinomaan rauhanomaisesti. Ydinaseen tavoittelua ehkäisevät toisaalta tässä kuvatut tekniset esteet, toisaalta kansainväliset sitoomukset. Ilman edistyksellistä teknologista kykyä rikastaa fissiilien aineiden osuutta noin 90 prosenttiin luonnonuraanissa tai ydinpoltoaineessa ei ole teknisesti mahdollista valmistaa ydinasetta. Lisäksi miltei kaikki maailman maat ovat ydinsulkusopimuksella sitoutuneet olemaan valmistamatta ydinasetta, eikä tätä sitoomusta ole tähän mennessä rikottu kertaakaan. Ydinsulkusopimukseen kuulumattomia maita on tällä hetkellä koko maailmassa neljä. Ydinaseen hankkineet maat ovat – riippumatta siitä käyttävätkö ne ydinvoimaa vaiko eivät – poikkeuksetta joko hankkineet aseen ennen ydinsulkusopimuksen olemassaoloa tai olleet harvoja sopimuksen ulkopuolisia maita ja siten myös YK:n ydinainevalvonnan ulkopuolella. Ydinvoimaloiden käyttö ydinaseriisunnan palveluksessa on merkittävää. Kun ydinpommi puretaan, ydinräjähteeksi käyvät aineet jäävät jäljelle. Niistä voisi rakentaa uuden pommin, jollei niitä hävitetä. Hävittäminen tapahtuu yleensä laimentamalla ne ydinpolttoaineeksi kelpaavaksi ja sen jälkeen käyttämällä niitä ydinvoimalassa sähkön tuottamiseen. Ilman luotettavaa tapaa tuhota ydinasemateriaaleja ydinaseriisunnan käytännön toteutus olisi vaikeaa tai miltei mahdotonta. Ydinaseista saatavan MOX-polttoaineen käyttäminen voimalaitoksissa on kohdannut vastustusta eri järjestöiltä (katso ydinvoimakeskustelu). (Hore-Lacey, 2003)

Ydinpolttoainekierto

:Pääartikkeli: Ydinpolttoainekierto Ydinpolttoainekierto Ydinpolttoainekierto Ydinvoimalat käyttävät tavallisesti polttoaineenaan uraanioksidia, jossa on 3–5 % fissiiliä uraani-235:ttä tai plutonium-239:ää, mikäli kyseessä on kierrätetty polttoaine. Ydinpolttoaineen energiatiheys on erittäin suuri, koska ydinvoimaloiden energiantuotanto perustuu fissioreaktioon eikä hapettamiseen, kuten polttolaitoksissa. Laskennallisesti kuutiosenttimetri uraania riittäisi henkilöauton voimanlähteeksi koko sen käyttöiäksi, mutta nykytekniikalla sellainen käyttötarkoitus olisi teknisesti epäkäytännöllinen. Sen sijaan voimalaitoskäyttöön ydinvoima on teknisesti sovelias. Ydinpolttoaineen valmistus alkaa uraanikaivokselta. 1000 MW:n ydinvoimalan kuluttaman polttoaineen valmistusta varten kaivetaan tyypillisesti noin 50 000 tonnia uraanimalmia vuodessa. Vastaavan kokoisen hiilivoimalan kuluttaman hiilen tuottamiseen tarvitaan monikymmenkertaisesti kaivostoimintaa ([http://www.uic.com.au/nfc.htm], [http://www.helsinginenergia.fi/ymparisto/yr00/Ymparistoraportti2000_1.pdf]). Koska luonnonuraanista vain 0,7 % on uraanin fissiiliä isotooppia U-235, täytyy luonnonuraani rikastaa kevytvesireaktoreissa käyttöä varten tarvittavaan pitoisuuteen. Poltoaineen valmistuksessa uraanioksidi puristetaan ja sintrataan keraamisiksi tavallisesti sylinterinmuotoisiksi napeiksi, jotka ovat tilavuudeltaan yleensä alle kuutiosenttimetrin kokoisia. Keraaminen olomuoto on kemiallisesti hyvin kestävä ja reagoimaton. Napit ovat kovia, kiinteitä ja liukenemattomia. Kukin nappi riittää noin 10 000 kilowattitunnin sähkön tuottamiseen. Uraaninapit pinotaan zirkoniumsauvoihin, jotka hitsataan umpinaisiksi ja kootaan nipuiksi. Niput laitetaan reaktoriin, jossa vesi kulkee sauvojen välissä ja lämpenee. Ydinvoiman voimalaitoskäytölle on tyypillistä suhteellisen alhainen ydinpolttoaineen kulutus: keskikokoinen ydinvoimala kuluttaa noin kuutiometrin ydinpolttoainetta vuodessa. Tämä vastaa yli miljoonan hiilitonnin polttamista hiilivoimalassa. Käytettäessä ydinpolttoaineen olomuoto ei muutu, savukaasuja ei muodostu, eikä täten itse energiantuotantoprosessi aiheuta päästöjä tavallisten lämpövoimalaitosten tapaan. hiilitonnin
Käyttämätön ydinpolttoaine on turvallista oikein käsiteltynä. Vasta kun käytetty ydinpolttoaine poistetaan reaktorista, se säteilee voimakkaasti ja voi aiheuttaa vaaraa lähellä oleskeleville, jos säteilysuojelusta ei huolehdita. Käytetyn polttoaineen säilytys ja käsittely tapahtuu vesialtaassa, joka vaimentaa säteilyn miltei täysin. Käytetty ydinpolttoaine voidaan kierrättää 95-prosenttisesti jälleenkäsittelyn avulla, jolloin vain noin 5% polttoaineesta jää jätteeksi. Suomessa jälleenkäsittelyä ei kuitenkaan harjoiteta. Jos jälleenkäsittelyä ei tehdä, käytetty ydinpolttoaine on ydinjätettä. (Hore-Lacey, 2003) Käytetyn ja käyttämättömän ydinpolttoaineen kuljetuksia on käsitelty artikkelissa ydinpolttoainekierto.

Ydinpolttoaineen riittävyys

Uraani on uusiutumaton luonnonvara, mutta sangen yleinen (yhtä yleinen kuin tina) eikä sillä tunneta ydinteknisen käytön lisäksi muita merkittäviä käyttötarkoituksia. Kaivostoiminnan lisäksi ydinpolttoainetta saadaan vanhoista varastoista, kierrätyksellä jälleenkäsittelystä sekä ydinaseriisunnasta. Maailman taloudellisesti hyödynnettävissä olevat tunnetut uraanivarat ovat noin 3 miljoonaa tonnia, joka nykyisellä noin 35 000 tonnin vuosittaisella kaivostoiminnalla riittäisi reiluksi 80 vuodeksi. Jos uraanin hinta nousisi huomattavasti, käytettävissä olevat malmivarannot kasvaisivat hyvinkin 100 miljoonan tonnin mittaluokkaan. Täten ydinvoimalla voitaisiin tuottaa energiaa huomattavasti nykyistä suuremmankin kulutuksen kattamiseksi ainakin useita vuosisatoja. (OECD ja IAEA, 2000; Fells, 2005) Uraanin riittävyydessä ei siis niinkään ole kyse uraanin määrästä, vaan pikemminkin siitä kuinka paljon ollaan valmiita maksamaan malmin hankinnasta. Voimakkaastikaan kallistuva uraani ei välttämättä vaarantaisi ydinvoiman taloudellisuutta, sillä uraaniraaka-aineen osuus ydinsähkön hinnasta on vain joitain prosentteja - täten uraanin hinnan kaksinkertaistuminen merkitsisi vain muutaman prosentin nousua sähkön hinnassa. Jos uraanin hinta edelleen nousisi aina satoihin euroihin kilolta, yllä mainittujen malmivarantojen lisäksi jopa uraanin eristäminen merivedestä tai tavallisesta graniitista tulisi kannattavaksi. Graniitissa on tyypillisesti verrattain suuri uraanitiheys. Uraanin korkean energiasisällön vuoksi kilogramma graniittia sisältää huomattavasti suuremman määrän energiaa kuin hiilivoimalassa poltettu kivihiilikilo. Kaikkiaan uraania on siis saatavilla hyvinkin kymmenien tuhansien vuosien tarpeeseen ja pidemmällekin. (Cohen, 1983; Fells, 2005) Uraanin lisäksi voidaan ydinpolttoaineena hyödyntää myös huomattavasti yleisempää toriumia. Toistaiseksi toriumin käyttö ei ole ollut kannattavaa koska uraania on saatavilla edullisesti, mutta tarvittaessa sillä voidaan kasvattaa saatavilla olevan ydinpolttoaineen riittävyyttä entisestään. (IAEA, 2000) Toinen mahdollisuus liittyy fuusioenergiaan, joka hyödyntää polttoaineenaan vetyä. Vetyä on mahdollista erottaa vedestä, joten maailman meret tarjoaisivat fuusiovoimaloille miltei ehtymättömän polttoainevarannon. fuusio fuusio

Ydinjätehuolto

:Pääartikkeli: Ydinjätehuolto Ydinvoiman käytössä syntyy ydinjätteitä, jotka eroavat tavallisista jätteistä radioaktiivisuutensa takia. Ydinjätteitä syntyy merkittävässäkin ydinvoiman käytössä pieniä määriä verrattuna muiden teollisuusalojen synnyttämiin ongelmajätteisiin tai radioaktiivisiin jätteisiin. Kaikkien ydinjätteiden määrä verrattuna kaikkiin teollisuuden ongelmajätteisiin on alle 1% ja korkea-aktiivisten jätteiden määrä noin 0,03%. Tilavuutensa puolesta suurenkin ydinvoimalan koko elinkaaresta jäljelle jäävät ydinjätteet mahtuvat yhteen varastoon. (Euroopan Komissio, 1985) Suomessa matala- ja keskiaktiiviset jätteet varastoidaan laitospaikalle yhteen keskitettyyn varastoon ja samoin välivarastoidaan käytetty ydinpolttoaine. Ydinvoimateollisuutta suurempia määriä radioaktiivisia jätteitä syntyy muualla yhteiskunnassa: EU:n alueella maatalous, öljyn- ja kaasuntuotanto, hiilen ja turpeen poltto, jätevesien puhdistus ja muu ihmisen toiminta synnyttävät vuosittain kymmeniä miljoonia tonneja luonnon radioaktiivisuutta sisältäviä jätteitä, jotka ylittävät radioaktiivisuudeltaan ydinjätteiden vapaarajan. Määrä on huomattavasti suurempi kuin ydinvoimateollisuuden radioaktiivisten jätteiden määrä. Näitä ei yleensä kuitenkaan eristetä, käsitellä ja loppusijoiteta ydinjätteen tavoin koska ne eivät ole syntyneet ydintekniikan käytössä. (STUK, 2004) Ydinvoiman käytössä määrällisesti selvästi eniten syntyy matala- ja keskiaktiivisia ydinjätteitä, joihin kuuluvat mm. heikosti radioaktiiviset aineet tai aktiivisten aineiden tahrimat työvaatteet, suojavarusteet, työvälineet, laitteet, osat sekä suodattimet ja suodatusjätteet. Näiden ydinjätteiden aktiivisuus laskee nopeasti. Suurimman osan jätteistä kohdalla radioaktiivisuuden puoliintumisaika on niin lyhyt, että jätteet yksinkertaisesti varastoidaan odottamaan radioaktiivisuuden häipymistä omia aikojaan. Kun aktiivisuus on laskenut tarpeeksi jätteet kierrätetään tai toimitetaan tavalliseen jätehuoltoon. Ne jätteet, joiden kohdalla odottaminen kestäisi liian pitkään - noin vuosisadan tai enemmän - säilytetään vartioiduissa varastoissa tai loppusijoitetaan paikkaan, jossa vartiointi ei ole tarpeen, yleensä suljettuun kallioluolaan. Matala- ja keskiaktiivisen ydinjätteen loppusijoitusta toteutetaan aktiivisesti ympäri maailman. (STUK: [http://www.stuk.fi/ydinturvallisuus/ydinjatteet/mita_tehda/fi_FI/loppusijoitus/]) Määrällisesti selvästi vähemmän syntyy korkea-aktiivista jätettä, joka on pääasiassa käytettyä ydinpolttoainetta. Kuten matala- ja keskiaktiivisellakin ydinjätteellä, laskee käytetyn ydinpolttoaineen aktiivisuus nopeasti: ensimmäisenä vuonna reaktorista poiston jälkeen aktiivisuus on laskenut 99%. Tällöin pääosa fissiotuotteista on hajonnut. Koska korkea-aktiivinen ydinjäte sisältää myös puoliintumisajaltaan pitkäkestoisia jätteitä, kestää kauan, ennen kuin säteily on vaimentunut niin paljon, että käytetyn polttoaineen lähellä on turvallista oleskella. Kuparisen loppusijoituskapselin vieressä voi olla muutaman vuosikymmenen kuluttua. Itse polttoaineen läheisyydessä voi turvallisesti oleskella vajaan tuhannen vuoden kuluttua. Sen jälkeen käytetty polttoaine voisi aiheuttaa varaa lähinnä nieltynä tai hengitettynä, sillä se on luonnossa esiintyvän uraanin tavoin myrkyllistä. Loppusijoituksen suunnittelussa tavoitellaan huomattavasti pidempiä eristysaikajänteitä. (NEA, 1996) Käytetyn ydinpolttoaineen jätehuoltoon on esitetty lukuisia erilaisia ratkaisuja. Noin 95% käytetystä polttoaineesta voidaan kierrättää jälleenkäsittelyllä, jota tehdään mm. Ranskassa ja Japanissa. Muista jätehuollon vaihtoehdoista geologinen loppusijoitus on merkittävin. Yhdistyneiden kansakuntien alaisen Kansainvälisen atomienergiajärjestön, OECD:n ydinenergiajärjestö NEA:n, ja Euroopan yhteisöjen yhteinen kanta on (OECD, 1999), että :"nykyisin on olemassa menetelmiä arvioida riittävällä tarkkuudella hyvin suunnitellun loppusijoitusjärjestelmän mahdollisia pitkän aikavälin radiologisia vaikutuksia ihmisiin ja ympäristöön, ja [...] että oikeanlainen turvallisuuden arviointi yhdistettynä riittävään tietotasoon ehdotetusta loppusijoituspaikasta voi tarjota teknisen perustan päättää tarjoaako tietty loppusijoitusratkaisu riittävän turvallisuustason nykyiselle ja tuleville sukupolville." Toisaalta ydinvoimakeskustelussa esiintyy myös loppusijoituksen vastaisia mielipiteitä ja epäilyksiä sen onnistumisesta jätehuoltoratkaisuna, koska loppusijoituksen erittäin pitkä kesto asettaa haasteita sen turvallisuuden varmistamiselle. Toistaiseksi käytetyn polttoaineen loppusijoitusta ei ole vielä toteutettu missään, mutta loppusijoitushankkeita on käynnissä useissa maissa, mm. Ranskassa, Yhdysvalloissa, Saksassa, Ruotsissa ja Suomessa. (STUK: [http://www.stuk.fi/ydinturvallisuus/ydinjatteet/mita_tehda/fi_FI/loppusijoitus/])

Ympäristö ja turvallisuus

ydinvoimakeskustelu Ydinvoiman normaalikäytön ympäristövaikutukset ovat elinkaaritarkastelussa vähäiset verrattuna muihin huomattaviin energianlähteisiin, koska ydinvoimalaitos ei suunnitellusti toimiessaan synnytä ympäristölle haitallisia päästöjä tai kasvihuonekaasuja (Euroopan komissio, 2003). Merkittävimmät ydinvoimalaitoksen haittavaikutukset ovat kaikille lämpövoimalaitoksille yhteisiä, eivätkä ne koske erityisesti ydinvoimalaitoksia. Näistä ydinvoiman tapauksessa huomattavin on lauhduttimen jäähdytykseen käytetyn meriveden lämpeneminen. Mereen palatessaan se lämmittää vesistöjä ja saattaa aiheuttaa paikallisia ekosysteemimuutoksia suosien paikallisesti lämpimän alueen lajeja kylmän alueen lajien kustannuksella. Muita vaikutuksia ovat mm. paikallinen melu ja liikenne laitosalueelle.

Säteilyturvallisuus

:Pääartikkeli: Säteilyturvallisuus Ydinvoiman käyttöön liittyy ionisoiva säteily ja radioaktiivisuus, joiden huomioon ottaminen tekee ydinvoiman käytöstä erilaista muihin energianlähteisiin verrattuna. Ydinvoimalan prosessissa esiintyy ionisoivan säteilyn eri lajeja ja radioaktiivisia aineita, joille altistuminen suurina määrinä on terveydelle vaarallisia. Ydinvoimalaitoksen eräät työntekijät voivat työssään altistua ionisoivalle säteilylle ja heidän kohdallaan on huolehdittava säteilysuojelusta. Ympäristössään ydinvoimalan käyttö ei kasvata ionisoivan säteilyn tai radioaktiivisuuden määrää kuin korkeintaan hyvin pieniä määriä luonnolliseen säteilyyn verrattuna; tyypillisesti eniten altistuvien ulkopuolisten ihmisten kohdalla ydinvoimala aiheuttaa korkeintaan tuhannesosien muutoksen normaalissa vuotuisessa säteilyannoksessa. Muu väestö altistuu tätä vähemmän. (STUK, 2001)

Ydinturvallisuus

:Pääartikkeli: Ydinturvallisuus Ydinturvallisuus Ydinvoiman käytölle on ominaista, että siihen liittyvä ionisoiva säteily ja radioaktiivisuus voivat aiheuttaa vaaraa, jos ydinturvallisuudesta ei ole huolehdittu. Radioaktiivisuutta ja ionisoivaa säteilyä hyödynnetään laajalti myös ydintekniikan ulkopuolella (muun muassa radiologisessa lääketieteessä), jolloin täytyy myös huolehtia toiminnan säteilyturvallisuudesta. Ydinturvallisuuden takaamiseksi ydinvoimalaitoksissa pyritään noudattamaan ydinturvallisuusperiaatteita, joista merkittävimmät ovat
- Paras mahdollinen turvallisuus: turvallisuusfilosofia, jonka mukaan turvallisuustaso tehdään niin korkeaksi kuin käytännöllisin toimin on mahdollista
- Syvyyssuuntainen turvallisuusajattelu: onnettomuuden estäminen tapahtuu usealla peräkkäisellä toisiaan varmentavalla tasolla
- Konservatiiviset arviot: suunnittelun lähtökohdaksi valitaan pahimpia mielekkäästi kuviteltavissa olevia tapahtumia ja olosuhteita
- Varautuminen: turvallisuussunnittelu perustuu vikoihin ja virheisiin varautumiseen
- Stabiilin tekniikan käyttö: tekniikan suunnittelu siten, että se pyrkii luonnostaan turvalliseen tilaan
- Moninkertainen varmentaminen: turvallisuuden kannalta olennaisten laitteiden suunnittelussa noudatetaan rinnakkais-, erilaisuus- ja erotteluperiaatetta (kts. ydinturvallisuus)
- Peräkkäiset esteet: ydinpolttoaineen radioaktiiviset aineet eristetään ympäristöstä peräkkäisin estein siten, että vaikka yksi este pettäisi, on jäljellä useita muita esteitä
- Suuret turvallisuusmarginaalit sekä laitosten mitoituksessa että hyväksymiskriteereissä
- Henkilökunnan koulutus ja ammattitaidon ylläpito turvallisuutta ja odottamattomissa olosuhteissa toimimista painottaen
- Turvallisuuskulttuuri, jonka mukaan turvallisuus varmistetaan jokaisella tasolla ja jokaisen toimenpiteen yhteydessä
- Valvonta: laitoksen ja sen operoinnin riippumaton ja läpitunkeva valvonta (kts. Säteilyturvakeskus) Länsimaisissa ydinvoimalaitoksissa mainittuja turvallisuusperiaatteita on noudatettu ja niiden toimivuus on varmennettu käytännössä: yksittäiset puutteet ydinvoimalaitoksen turvallisuudessa eivät ole kertaakaan johtaneet ympäristölle aiheutuvaan vaaratilanteeseen, koska muut ydinturvallisuustoimet ovat toimineet suunnitellusti. Muualla kuin länsimaissa ydinturvallisuusperiaatteiden noudattaminen ei välttämättä ole yhtä hyvällä tasolla. (STUK, 2004)

Ydinonnettomuudet

:Pääartikkeli: Ydinonnettomuus :Katso myös: Luettelo ydinonnettomuuksista Ylläkuvattuja periaatteita ydinturvallisuudessa noudattamalla on ydinonnettomuudet länsimaissa saatu suhteellisen harvinaisiksi ja niiden vaikutukset rajattua kauttaaltaan voimalaitoksen sisälle: yhdessäkään tapauksessa onnettomuudella ei tunneta ympäristö- tai terveysvaikutuksia laitoksen ulkopuolella. Heikomman ydinturvallisuuden maissa historia tuntee muunkinlaisia kokemuksia. Pahimmillaan onnettomuudelle alttiilla reaktorilla varustettua voimalaitosta, joka on suunniteltu noudattamatta ydinturvallisuuden perusperiaatteita, operoi turvallisuuden osalta puutteellisesti koulutettu ja huonosti motivoitunut henkilökunta välittämättä turvallisuusmääräyksistä ja ilman riippumatonta valvontaa. Tällainen oli tilanne Tšernobylissä, jossa tapahtui erittäin vakava onnettomuus. Länsimaisten voimaloiden, joissa ylläkuvattuja ydinturvallisuuperiaatteita on noudatettu, onnettomuustodennäköisyyttä on hankala arvioida. Tavallisesti onnettomuustodennäköisyys lasketaan yksinkertaisesti jakamalla tapahtuneet onnettomuudet toiminnan kestolla. Länsimaisten ydinvoimaloiden kohdalla näin ei kuitenkaan voida menetellä siksi, että vaikka niille on kertynyt yhteensä yli 10 000 reaktorinkäyttövuotta, ei tuona aikana ole kertaakaan tapahtunut ympäristölle vaarallista onnettomuutta. Nykyisen kokemuksen perusteella siis tiedetään, että sellaisen onnettomuuden mahdollisuus on hyvin vähäinen. Vakavan reaktorionnettomuuden todennäköisyyttä hyvän ydinturvallisuuden voimalaitoksessa on arvioitu laskennallisesti. Tällöin määritetään ensin vakavan onnettomuuden edellytykset ja sitten arvioidaan todennäköisyys näiden edellytysten yhtäaikaiselle ilmenemiselle. Historiallisesti laskennallinen todennäköisyys reaktorisydämen vaurioitumiselle on ollut reaktorityypistä riippuen noin yksi tapaus 1 000 - 100 000 vuodessa. Nykyaikaisessa ydinvoimalassa todennäköisyys on tyypillisesti selvästi vähäisempi kuin yksi tapaus 100 000 vuodessa. Eurooppalaiset viranomaiset edellyttävät uudelta reaktorilta suunnitteluperusteena laskennallisesti alle yhtä tapausta miljoonassa vuodessa. Näinkin harvinaisiin onnettomuuksiin on varauduttu ja ydinvoimalaitokset suunnitellaan siten, että onnettomuuden vaikutukset rajataan ensisijaisesti reaktorin ja toissijaisesti laitoksen sisälle. Tarkempi kuvaus ydintekniikkaan liittyvän riskin arvioinnista on artikkelissa ydinturvallisuus. (STUK, 2004; Francois, 2000) Vaikka ydinvoimalaitosten historia ei Tšernobylin onnettomuuden lisäksi tunne muita ympäristölle vaaraa aiheuttaneita onnettomuuksia, on vaikutuksiltaan lievempiä ydinonnettomuuksia sattunut useita. Korkean ydinturvallisuuden voimalaitoksissa vaikutukset ovat aina rajoittuneet laitoksen sisälle. Koska Tšernobyl on tästä ainoa poikkeus, voidaan sanoa, että tyypillisen ydinonnettomuuden vaikutukset ovat laitoksen sisäisiä. Länsimaisista onnettomuuksista vakavin oli Three Mile Islandin onnettomuus. Onnettomuuden katsotaan olleen tähän asti merkittävin nykyaikaisen ydinturvallisuuden toimivuuden koettelu. Three Mile Islandilla turvallisuusjärjestelyjen toiminta esti vaaran aiheutumisen ympäristölle. (STUK, 2004)
Ydinvoiman valvonta
Suomessa ydinvoiman käytöstä määrätään ydinenergialaissa ([http://www.stuk.fi/saannosto/19870990.html]) seuraavaa:
- 5 § Yhteiskunnan kokonaisetu Ydinenergian käytön tulee olla, sen eri vaikutukset huomioon ottaen, yhteiskunnan kokonaisedun mukaista.
- 6 § Turvallisuus Ydinenergian käytön on oltava turvallista eikä siitä saa aiheutua vahinkoa ihmisille, ympäristölle tai omaisuudelle. Muunlainen ydinenergian käyttö on Suomessa laitonta. Ydinenergialain ja muiden ydinenergiaa koskevien lakien ja määräysten noudattamista valvotaan sekä kansallisesti, että kansainvälisesti.
Kauppa- ja teollisuusministeriö
Three Mile Island Kauppa- ja teollisuusministeriö eli KTM vastaa ydinenergian ylimmästä valvonnasta sekä ydinenergian käytön johdosta Suomessa. Ministeriö valmistelee alan lainsäädännön ja huolehtii sen täytäntöönpanosta. KTM osallistuu Suomen edustajana ydinalan kansainvälisten sopimusten valmisteluun. KTM valvoo Suomen ydinjätehuoltoa ja hallinnoi ydinsähkön hintaan lisätyistä maksuista kerrättyä Valtion ydinjäterahastoa. KTM edustaa Suomea Euratomissa, IAEA:ssa ja OECD:n atomienergiajärjestössä (NEA) sekä pohjoismaisessa ydinturvallisuuden tutkimusohjelmassa (NKS).

Säteilyturvakeskus
NEA Säteilyturvakeskus eli STUK on ydinvoimalaitosten suunnittelua ja käyttöä valvova laitosoperaattoreista ja poliittisista päättäjistä riippumaton viranomainen. Muissa maissa on vastaavat ydinturvallisuuden valvontaviranomaiset.

Euroopan atomienergiayhteisö
Säteilyturvakeskus Euroopan atomienergiayhteisö eli Euratom on Euroopan unionin ydinvoima-alan yhteisö, jolla on viranomaisvaltuudet. Se valvoo ydinvoiman käyttöä Euroopan unionin alueella.

Kansainvälinen atomienergiajärjestö
Euroopan unioni Kansainvälinen atomienergiajärjestö eli IAEA on Yhdistyneiden kansakuntien ydinenergiajärjestö, joka valvoo ydintekniikan ja ydinaineiden käyttöä kansainvälisesti. Sillä on valvontaoikeus kaikissa ydinsulkusopimuksen allekirjoittajamaissa.

Ydinvoiman taloudellisuus
Ydinvoiman tuotantoon liittyy monia eri maksuja. Ydinsähkön hinta sisältää muun muassa ydinjätehuollon kustannukset, ydinlaitosten viranomaisvalvonnan kustannukset, ydinvoimalaitoksen purkukustannukset mukaan lukien jätehuollon sekä ydinvastuuvakuutuksen. Ydinvastuuvakuutus on lailla määrätty otettavaksi ydinonnettomuuden mahdollisten vahinkojen korvaamiseksi. Ydinvastuuvakuutuksen korvauskatto 2,3 miljardia euroa riittää vakavienkin onnettomuusvahinkojen korvaamiseen, mutta ei hyvin epätodennäköisten katastrofivahinkojen korvaamiseen. Tämän vuoksi vakuutussumman korottamisesta on keskusteltu. Huolimatta hintaa kasvattavista maksuista on ydinvoima osoittautunut suhteellisen halvaksi energiamuodoksi. Teollisuuden Voiman mukaan uusimman Suomeen rakennettavan voimalan sähkön hinnaksi tulee 2,2 senttiä/kWh. EU:n komissio on arvioinut ydinsähkön hinnaksi 4,5 senttiä/kWh. Ydinvoima tuottaa siis kokonaisuutena tarkasteltuna halpaa sähköä: sen yleisen hintatason alittaa ainoastaan vesivoiman hintataso.
Ydinvoima ja yhteiskunta
ydinsulkusopimuksen kulutus tapahtuu pääosin liikenteessä ja lämmityksessä. Suomi on varsin keskimääräinen ydinvoimamaa, jossa ydinvoiman käyttöön otolla ja samaan aikaan tapahtuneella voimakkaalla lisäyksellä biopolttoaineiden käytössä katkaistiin fossiilisten polttoaineiden kulutuksen nopea kasvu. Saksassa oli aluksi voimakas pyrkimys lisätä ydinvoimaa, mutta sen merkitys jäi suhteellisen pieneksi ydinvoiman jouduttua poliittiseen vastatuuleen. Tanska on tyypillinen ydinvoimaton maa, jonka energiantuotanto tapahtuu marginaalisia poikkeuksia lukuun ottamatta kokonaan fossiilisilla polttoaineilla.]] :Pääartikkeli: Ydinvoimakeskustelu Ydinvoimalla voidaan nähdä olevan sekä etuja ja haittoja, joita ydinvoiman kannattajat ja vastustajat usein tuovat julkisesti esille. Ydinvoiman käyttö on voimakkaasti polarisoitunut poliittinen kysymys ja sitä koskevaa keskustelua ja argumentointia esiintyy toisinaan medioissa. Ydinvoimaan liittyen järjestetään myös mielenosoituksia, mielenilmauksia ja mainoskampanjoita. Ydinvoimakielteiset mielenosoitukset ovat myönteisiä yleisempiä. Useimmissa mielipidemittauksissa ydinvoiman käyttö saa osakseen enemmän kannatusta kuin vastustusta. Vastustajia on kuitenkin merkittävä vähemmistö. Ydinvoiman lisärakentamisesta mittaukset antavat vaihtelevia tuloksia. Ydinvoimasta käytävä poliittinen kiistely on sikäli merkittävää, että ydinvoiman tuotantoon liittyy vahvasti poliittinen lupamenettely, johon yleensä liittyy laaja julkinen keskustelu. Toisin sanoen ydinvoiman tuotantomäärä ei kasva tai vähene vapaasti kysynnän mukaan, vaan sen käytön sallimisesta ja rajoittamisesta päättävät vaaleilla valitut poliitikot. Silloin kun ydinvoimaloiden rakentamiselle on lupa myönnetty, niitä yleensä käytetään suurella käyttöasteella, koska edullisen, vakaasti tuotetun perusenergian kysyntä on teollisuusmaissa suurta. 1950-1980-luvuilla ydinvoiman kasvu oli erittäin nopeaa ja eräissä maissa, kuten Ranskassa, sillä korvattiin fossiilisten polttoaineiden käyttö sähköntuotannossa lähes kokonaan. (Choppin et al., 2002) Ydinvoimasta tehtävään poliittiseen päätöksentekoon on vaikuttanut paljon viime vuosikymmenien näkyvä ydinvoimakeskustelu, jossa molemmat puolet ovat käyttäneet erilaisia argumentteja. Monissa maissa ydinvoiman rakentaminen on polittisella päätöksellä hidastunut, ellei jopa pysähtynyt. Suomi ja Ruotsi (kts. kaavio oikealla) ovat esimerkkejä maista, joissa ydinvoiman tuotantoa on pitkään kasvatettu määrätietoisesti. Sen seuraksena fossiilisten polttoaineiden osuus on selvästi pienempi kokonaisenergiantuotannossa, kuin teollisuusmaissa yleensä. Ruotsissa ja Suomessa on lisäksi mahdollista käyttää biopolttoaineita ja vesivoimaa merkittävästi, mikä myös näkyy kaavioissa. Saksa ja Tanska ovat maita, joissa ydinvoiman käyttö on vähäistä. Tanskassa ydinvoimaan tuotantoa ei ikinä edes aloitettu ja Saksassa aluksi kasvanut ydinvoiman tuotanto on päätetty lopettaa. Näin ollen maiden energiantuotanto tapahtuu enimmäkseen fossiilislla polttoaineilla, sillä huolimatta yrityksistä lisätä uusiutuvien energianlähteiden käyttöä, ei niillä ole ollut muuta kuin marginaalista merkitystä kokonaisenergiankulutuksen kannalta, varsinkin kun Saksassa ja Tanskassa biopolttoaineiden ja vesivoiman käyttöön on rajalliset mahdollisuudet.
Ydinvoima Suomessa
Ydinvoimaa piti rakentaa aikoinaan Suomeen nykyistä enemmän, muun muassa Helsinki osti Vuosaaren vierestä Sipooseen kuuluvan Granön saaren uutta ydinvoimalaa varten. Voimaloita ei lopulta rakennettu läheskään visioituja määriä. Tällä hetkellä Suomessa on neljä ydinreaktoria, joilla tuotetaan noin neljännes Suomessa käytetystä sähköstä. Lisäksi Espoon Otaniemessä on pieni tutkimusreaktori Triga. Reaktorin tuottamaa säteilyä käytetään tutkimuksen lisäksi aivokasvainten hoidossa käytettävään boorineutronikaappaushoitoon. Sähköntuotannossa olevista ydinreaktoreista kaksi sijaitsee Satakunnassa Eurajoen Olkiluodon saarella, lähellä Raumaa. Niiden omistaja on TVO eli Teollisuuden Voima. Toiset kaksi Fortumin reaktoria sijaitsevat Itä-Uudellamaalla Loviisassa, ne on sijoitettu Hästholmenin saarelle. Eurajoen kiehutusvesireaktorit (BWR) valmisti ruotsalainen Asea-Atom, nykyinen monikansallinen ABB. Loviisan painevesireaktorit (PWR) ovat neuvostoliittolaisen Atomenergoexportin tuotosta. Loviisan 1. yksikkö aloitti sähköntuotannon helmikuussa 1977 ja 2. yksikkö marraskuussa 1980. Olkiluodon reaktorit otettiin tuotantokäyttöön vuosina 1979 ja 1982. Eduskunta antoi vuonna 2002 TVO:lle luvan rakentaa viidennen ydinvoimalaitosyksikön Olkiluotoon. Yksikköon tarkoitus ottaa tuotantokäyttöön keväällä 2009. Uusi laitos on tekniikaltaan ns. kolmannen sukupolven kevytvesireaktori ja malliltaan eurooppalainen painevesireaktori eli EPR. Voimala tulee olemaan sähköteholtaan (1600 MW) maailman suurin yksikkö. Laitoksen höyryturbiini on maailman suurin höyryturbiini. Uuden voimalan toimittaa saksalais-ranskalainen Framatome-Siemens-konsortio.
Ydinvoiman tulevaisuus
Ydinvoiman kehitystyö jatkuu aktiivisena ympäri maailman. Ydinvoimalle etsitään jatkuvasti uusia sovelluskohteita ja olemassaolevaa tekniikkaa parannetaan. Toisaalta myös uusia ydinenergiamuotoja tutkitaan. Ydinvoiman käytön hyväksyttävyyteen vaikuttavat toisaalta ydinvoimaan kriittisesti suhtautuvien ihmisten huolet ydinvoiman haitoista ja toisaalta myönteisesti suhtautuvien painottamat edut. Ydinvoimakeskustelu jatkunee siis aktiivisena tulevaisuudessakin.
Kiihdytinreaktori
Eräs ydinreaktoreiden kehityssuunta on kiihdytinreaktori eli ADS (Accelerator Driven Systems). ADS:ssä saattaa muodostua merkittäväksi tavaksi hävittää pitkäikäisiä radioaktiivisia aineita ja tehdä samalla sähköä. Samaan pystyvät myös jossain määrin hyötöreaktorit. Tällä käsittelyllä käytetyn ydinpolttoaineen aktiivisuus tippuu tuhannen vuoden kuluessa alle luonnonuraanin aktiivisuuden. Nykyisin geologinen loppusijoitus on yleisesti parhaana pidetty, mutta silti erittäin kiistelty käytetyn polttoaineen ydinjätehuollon vaihtoehto. Hyötöreaktoreilla tai kiihdytinvoimaloilla voitaisiin myös parantaa polttoaineiden saatavuutta huomattavasti, sillä ne pystyvät käyttämään uraanin ja toriumin kaikki luonnossa esiintyvät isotoopit hyödyksi.
Polttoainetaloudellisuus
Uudet polttoaineet ja reaktorit voivat ottaa energian tehokkaammin irti uraanista, ja täten samasta määrästä polttoainetta saadaan enemmän sähköä ja lämpöä poistopalaman kasvaessa. Nykyinen energiatehokkuus lienee Suomessa noin 45 MWd/kg, ja tulevaisuudessa on mahdollista saavuttaa 65 MWd/kg tai enemmän, jopa perinteisellä reaktoritekniikalla. Uusilla reaktorityypeillä polttoaineen käyttö tehostuu entisestään. hyötöreaktoreiden käyttö mahdollistaa uuden polttoaineen tuottamisen samalla kun reaktori toimii. Sen lisäksi on olemassa uusia kaasuturbiinivoimaloita ja suunnittelupöydällä superkriittisiä kevytvesireaktoreja, joiden hyötysuhde on jopa lähes 50 prosenttia verrattuna nykyiseen noin 30 prosenttiin. kevytvesireaktoreja
Fuusio
:Pääartikkeli: Fuusioreaktori Tulevaisuudessa fuusioreaktio saattaa tarjota miltei ehtymättömän energianlähteen. Fuusioenergian hyödyntäminen käytännössä on kuitenkin vuosikymmenten päässä. Fuusioenergian hinta saattaa myös muodostua suhteellisen korkeaksi. Kansainvälinen ITER-tutkimushanke tähtää toimivan, voimalaitoskoon fuusioreaktorin prototyypin rakentamiseen Cadarcheen Ranskaan. Kun ITER:n käyttö näillä näkymin 2016 alkaa, voidaan alkaa suunnitella ensimmäisiä prototyyppivoimalaitoksia reaktorin käytöstä saatujen kokemusten perusteella. Fuusiovoiman on arveltu olevan tuotantokäytössä aikaisintaan 2050. Fuusio hyödyntää vedyn kahta isotooppia, Deuteriumia ²H ja Tritiumia ³H ja perustuu atomien yhdistämiseen päinvastoin kuin fissio. Reaktiotuote on helium: kemiallisesti stabiili ja myrkytön jalokaasu. Merivedestä saadaan deuteriumia ja litiumista tritiumia, joten fuusioreaktorin polttoainetta riittää koko näköpiirissä olevaan tulevaisuuteen. Valmistusprosessi on kuitenkin suhteellisen monimutkainen.
Lähteet

- [1] [http://www.uic.com.au/nip07.htm Uranium information center] - Australian uraanintuottajien tilastoja
- [2] [http://energy.cr.usgs.gov/energy/stats_ctry/Stat1.html#WProduction U.S. Geological Survey] - Maailman energiankulutus
- [3], [4] [http://www.world-nuclear.org/info/info.htm Maailman ydinvoimajärjestö WNA] - päivitetyt ydinvoimatilastot
- Uraanimalmin ja hiilen määrä laskettu lähteistä [5] [http://www.uic.com.au/nfc.htm Uranium Information Centre: The nuclear fuel cycle] - Australian uraanintuottajien ylläpitämä sivusto ja [6] [http://www.helsinginenergia.fi/ymparisto/yr00/Ymparistoraportti2000_1.pdf Helsingin Energia: Ympäristöraportti 2000]
- [7], [8] [http://www.stuk.fi/ydinturvallisuus/ydinjatteet/mita_tehda/fi_FI/loppusijoitus/ Loppusijoituslaitokset ja suunnitelmat eri maissa] - Säteilyturvakeskuksen laatima yhteenveto
- [9] [http://www.stuk.fi/saannosto/19870990.html Ydinenergialaki] - Eduskunta, 11.12.1987/990
- Euroopan komissio: External Costs - Research results on socio-environmental damages due to electricity and transport, Bryssel, 2003, EUR 20198, ISBN 92-894-3353-1
- Euroopan komissio: Radioactive Waste Management and Disposal, Bryssel, 1985, EUR 10163, ISBN 0-521-32580-3
- Säteilyturvakeskus (STUK): [http://www.stuk.fi/ydinturvallisuus/ydinvoimalaitokset/sateily_ymparistossa/fi_FI/paastot/ Säteily ydinvoimalaitosten ympäristössä], Helsinki, 2001
- Choppin et al.: [http://book.nc.chalmers.se/KAPITEL/CH19NY3.PDF Principles of Nuclear Power], 19. luku kirjasta Radiochemistry and Nuclear Chemistry, MA, USA, 2002, ISBN 0-7506-7463-6
- Hore-Lacey, Ian: Nuclear Electricity, Melbourne, Australia, 2003, ISBN 0-9593829-8-4
- Nuclear Energy Agency (NEA): Radioactive Waste Management in Perspective, Pariisi, 1996, ISBN 92-64-14692-X
- Säteilyturvakeskus (STUK): Ydinturvallisuus, Hämeenlinna, 2004, ISBN 951-712-500-3
- Francois, B: [http://www.npcil.nic.in/nupower_vol14_3/np143_3.htm European Passive Reactor (EPR)], Nu-Power Vol.14 No.3, Mumbai, 2000
- Spadaro, J. et al.: [http://www.iaea.org/Publications/Magazines/Bulletin/Bull422/article4.pdf Greenhouse Gas Emissions of Electricity Generating Chains], IAEA Bulletin Vol.42, Wien, 2000, ISSN 0020-6067
- OECD ja IAEA: [http://www.nea.fr/html/general/press/2000/2000-12.html Uranium 1999: Resources, Production and Demand], Pariisi, 2000 ISBN 92-64-17198-3
- IAEA: [http://www.iaea.or.at/inis/aws/fnss/abstracts/abst_31030535.html Thorium based fuel options for the generation of electricity: Developments in the 1990s], Wien, 2000, IAEA-TECDOC–1155, ISSN 1011-429
- Cohen, B.: [http://scitation.aip.org/getabs/servlet/GetabsServlet?prog=normal&id=AJPIAS000051000001000075000001 Breeder Reactors: a Renewable Energy Source], American Journal of Physics, 51, Melville, NY, USA, 1/1983, ISSN 0002-9505
- Fells, N.: [http://uk.encarta.msn.com/encyclopedia_761558960_4/Nuclear_Power.html Nuclear Power], MS Encarta Online Encyclopedia, 2005
Aiheesta muualla

Yliopistojen ja tutkimuslaitosten sivuja

- [http://leeh.ee.tut.fi/ymppi/yleis/Koodi4/4_1p.html Tampereen teknillisen yliopiston artikkeli eri ydinvoimasta]
- [http://www.tkk.fi/Units/AES/courses/crspages/Tfy-56.126_04/yetp_04.html Teknillisen korkeakoulun Ydinenergiatekniikan perusteet -kurssin sivu] - kohdassa kirjallisuus voi ladata ydinvoimaa koskevaa tietoa.
- [http://web.mit.edu/nuclearpower/ Massachussettsin teknillisen korkeakoulun (MIT) tutkimus ydinvoiman tulevaisuu

Akku

Akku on laite, joka varaa energiaa ja vapauttaa sen sähköisessä muodossa. Akkua voidaan ladata uudelleen, paristo on puolestaan kertakäyttöinen sähkökemiallinen sähkövarasto. Elektrostaattinen varaaminen on käytännöllistä joissain tapauksissa (ks. kondensaattorit). Yleensä akut ovat elektrokemiallisia laitteita, jotka koostuvat esimerkiksi galvaanisista kennoista tai polttokennoista. Vuosittainen akkuteollisuuden liikevaihto on noin 2.35 miljardia euroa.

Akkutyyppejä

- Lyijyakku
- Lyijyhyytelöakku (Suljettu lyijyakku SLA)
- Nikkeli-kadmiumakku (Ni-Cd)
- Nikkeli-metallihydridiakku (Ni-MH)
- Litium-akku (Li-Ion)
- Li-polymer akku (Li-Po)

Nikkeli-kadmiumakku (Ni-Cd)

Nikkeli-kadmium-akku on keksintönä vanha, se keksittiin alun perin jo vuonna 1899. Markkinoille se tuli vasta 1950 luvulla, mutta se on silti vanhimpia markkinoilla oleva akku tyyppejä. Akun positiivinen elektrodi on valmistettu nikkelihydroksidista ja negatiivinen kadmiumista. Elektrolyyttinä on kaliumhydroksidiliuosta. Vaikka uusia akkutekniikoita on lähiaikoina kehitetty, ovat myös NiCd-akkujen ominaisuudet kehittyneet. Kapasiteetti on kasvanut ja muisti-ilmiötäkin on saatu vähennettyä.

Ominaisuudet

NiCd-akun kestoikä on suuri oikein käytettynä. NiCd-akun virranantokyky on suuri: Akkua voidaan kuormittaa yli 10C:n virralla (eli esim. 1,2Ah:n akkua 12A:n virralla) ja hetkellisesti akku kykenee antamaan vielä huomattavan paljon suurempiakin virtapulsseja johtuen sen matalasta sisäisestä resistanssista. Käyttölämpötila-alue on laaja, eli akku antaa virtaa hyvin pakkasellakin. NiCd akku kestää muita akkutyyppejä paremmin väärinkäyttöä, esim. ylilatausta. Huonona puolena on akun ns. muisti-ilmiö: Jos akkua ei hoideta oikein se menettää osan kapasiteetistaan. NiCd-kennoja valmistetaan erilaisilla ominaisuuksilla erilaisiin käyttötarkoituksiin. Esimerkkinä suurempia lämpötiloja kestävät kennot.

Lataus ja käyttö

NiCd akkussa ei ole uutena täyttä kapasiteettia. Ensimmäisellä kerralla sitä pitää ladata pitkään (yleensä 24h). Täysi kapasiteetti saavutetaan vasta 2-3 lataus ja purku kerran jälkeen. Kapasiteetti vähenee käytön ja latausten myötä. NiCd-akku suosii pikalatausta (n.1 h.) mikäli lämpötila on välillä 5-45° C. Akku ottaa latausta vastaan alhaisemmissakin lämpötiloissa, mutta kehittää kaasuja jotka nostavat painetta kennojen sisällä. Tämän vuoksi kylmässä olisi käytettävä hidaslatausta sopivan latausajan ollessa 10 tunnin luokkaa. Kuumemmassa kuin 45° C akku ei ota vastaan latausta täyden kapasiteetin edestä, vaan esim. 60° C:ssa saavutettava varaustaso on enää 50% nimellisestä kapasiteetista. Myös akun lataaminen kuumemmaksi kuin 45° C alentaa akun ikää. Akku on täynnä kun sen napajännite kääntyy laskuun. Tällöin myös sen lämpötila on alkanut nousta. Laturi tunnistaa em. ilmiöt ja lopettaa pikalatauksen siirtyen hitaaseen ylläpitolataukseen. Vaikka NiCd kestääkin ylilatausta, sitä ei kannata pitää pitkiä aikoja ylläpitolatauksessa, vaan akku tulisi mielummin ottaa käyttöön. NiCd-akku kärsii muisti-ilmiöstä: Mikäli akkua ei pureta välillä tyhjäksi tai pidetään jatkuvasti ylläpitolatauksessa sen sähkönvarauskyky, kapasiteetti, alenee. Tämä johtuu akkukennojen elektrodien materiaalikiteiden suurenemisesta joka aiheuttaa varauspinnan pinta-alan pienenemisen. Tämä ilmiö huomattiin ensimmäistä kertaa kun akkuja käytettiin satelliittien akkuina. Satelliitti kiersi maapalloa ja akut purkaantuivat vain osittain satelliitin ollessa maan pimeällä puolella. Kun virtaa sitten oltaisiinkin tarvittu enemmän ei se onnistunutkaan sillä akut olivat "oppineet" kuinka tyhjäksi ne yleensä käytetään. Muisti-ilmiö on myös puhelimen käyttäjälle varsin epämiellyttävä tuttavuus, akun kapasiteetti ikään kuin "häviää" jonnekin. Muisti-ilmiön voi välttää purkamalla akun aika-ajoin kunnolla tyhjäksi (siten että kennojen napajännite laskee 1V:iin). Nykyisille NiCd akuille jotka ovat päivittäisessä käytössä pitäisi riittää yksi kunnon "tyhjennysharjoitus" kerran kuukaudessa. Jos akkua ei ole hoidettu asianmukaisesti ja se on päässyt huonoon kuntoon, sitä voi elvyttää purkamalla akun pienellä virralla hitaasti hyvin tyhjäksi (U<0.6V) ja sen jälkeen lataamalla normaalisti se täyteen. Jos täyttä akkua säilytetään käyttämättä, purkaantuu se itsestään. 24h:n sisällä akku on menettänyt 10 % varauksestaan ja normaalilämpötilassa itsepurku jatkuu sen jälkeen vauhdilla 10%/kk.

Säilytys

NiCd-akkua voi säilyttää käyttämättä jopa 5 vuoden ajan. Parhaiten akku säilyy kun se puretaan aivan tyhjäksi ja oikosuljetaan navoistaan säilytyksen ajaksi. Jos tätä on mahdotonta toteuttaa, niin akku kannattaa purkaa niin tyhjäksi kuin on mahdollista. Säilytys kuivassa ja viileässä paikassa.

Ympäristöystävällisyys ja hävittäminen

NiCd-akut ovat ympäristölle kaikkein haitallisin akkutyyppi. NiCd-akun sisältämä kadmium on erittäin myrkyllistä jo pieninä pitoisuuksina ja siksi NiCd-akut ovat ongelmajätettä. Ainoa tapa päästä niistä eroon, on viedä ne paristojen- ja akkujenkeräyspisteeseen joita on lasinkeräyspaikkojen yhetydessä. Myös jotkin valokuvaus- ja radioliikkeet ottavat niitä vastaan. NiCd-akuille on olemassa kierrätysmenetelmä jossa niiden sisältämät raaka-aineet otetaan talteen ja ohjataan uudelleenkäyttöön. NiCd-akkujen myrkyllisyyden vuoksi niiden käytöstä ollaan luopumassa, mutta silti niille ei vieläkään ole löydetty kunnollista korviketta hetkellisesti paljon virtaa tarvitsevien laitteiden tarpeita palvelemaan.

Nikkeli-metallihydridi (NiMH)

1970-luvulla alettiin tehdä tutkimustyötä Nikkeli-metallihydridi-akkujen kehittämiseksi ja 80-luvun lopulla NiMH-akku oli saatu markkinakelpoiseen kuntoon. NiMH-kennossa positiivisena elektrodina on nikkelihydroksidi ja negatiivisena metallihydridi elektrolyytin ollessa kaliumhydroksidia.

Ominaisuudet

NiMH-akulla on suurempi kapasiteetti mutta lyhyempi kestoikä verrattuna NiCd-akkuun. Muisti-ilmiö vaivaa tätäkin akkutyyppiä, mutta selvästi vähemmin kuin NiCd-akkua. Heikkouksina ovat matala virranantokyky (ei sovellu esim. akkuporakoneisiin) sekä suuri itsepurkaus: Akun varauksesta purkautuu itsestään noin 20% kuukaudessa. Matkapuhelimissa tai tietokoneissa em. huonot puolet eivät ole merkittävästi haitaksi käytön luonteesta johtuen. Pakkasella NiMH-akku ei kykene antamaan yhtä hyvin virtaa kuin NiCd.

Lataus ja käyttö

NiMh kehittää latauksen aikana lämpöä eikä se pysty ottamaan virtaa vastaan yhtä nopeasti kuin NiCd. Täten lataaminen käy vähän hitaammin, ehdottoman minimilatausajan ollessa 1 h. NiMH-akun kestoikään vaikuttaa purkukertojen määrä, ja se kuinka tyhjäksi akkua puretaan. Akun käyttöikää voi pidentää merkittävästi siten, että akku ladataan ennekuin se on kokonaan tyhjentynyt. Muisti-ilmiön eliminoiminen vaatii akku että tyhjennetään ajoittain kokonaan, mutta koska NiMH-akun muisti ei ole yhtä vahva kuin NiCd-akuissa, riittää kun akku tyhjennetään kunnolla kerran 2-3 kuukaudessa. Lataus pitäisi suorittaa lämpötilassa 10-45° C sillä kylmemmässä latauksen aikana kennojen sisäinen paine nousee haitallisesti.

Säilytys

Pitkään käyttämättä jäävä NiMH-akku on parasta purkaa mahdollisimman tyhjäksi säilytyksen ajaksi. Säilytyslämpötila ei ole kovin kriittinen. Ympäristöystävällisyys ja hävittäminen NiMH-akut eivät sisällä ympäristömyrkyllisiä aineita ja täten ne voidaan hävittää talousjätteen mukana. NiMH-akuille ei ole vielä toistaiseksi Suomessa järjestetty kierrätystä.

Litium-ioni (Li-ion)

Litium on metalleista kevyin, sillä on suurin sähkökemiallinen jännite ja täten suuri energiatiheys. Mutta koska litium on luonnostaan epästabiili olivat 80-luvulla kehitetyt litium-metalli rakenteiset akut hieman vaarallisia eikä niitä voitu turvallisuussyistä ottaa kaupalliseen käyttöön. Alettiin kehittää stabiilimpaa Litium-ioni-akkua, joka on turvallinen kunhan lataus, purkaminen ja akun käsittely suoritetaan asiamukaisesti. Ensimmäisenä Li-ion akun sai markkinoille Sony vuonna 1991. Akun positiivinen elektrodi on valmistettu litiumoksidista ja negatiivinen grafiitista tai muusta hiilipohjaisesta aineesta. Elektrolyyttinä voi olla esim. etyleenikarbonaatti.

Ominaisuudet

Li-ion kennon nimellisjännite on muita akkutyyppejä huomattavasti korkeampi: 3.6V. Kapasiteettia painoon nähden on tuplaten NiCd-akkuun verrattuna. Li-ion-akku kykenee antamaan virtaa paremmin kuin NiMH, mutta siitäkään ei ole akkuporakonekäyttöön. Pakkasessa Li-ion hyytyy samaan tapaan kuin NiMH. Li-ion akkuja on ainakin kolmea eri tyyppiä sen mukaan, mistä negatiivinen elektrodi on valmistettu. Ominaisuudet vaihtelevat hieman sen mukaan. Li-ion-akun ikä on rajattu ja akku vanhenee vaikkei sitä käytettäisikään. Se alkaa ikääntyä heti tehtaalta lähtiessään, ja kestoikä on 2 vuoden paikkeilla. Li-ion-akku on sikäli huono ratkaisu harvoin käytettävään laitteeseen, että käyttöiän rajoittaa juuri aika eivätkä akun käyttökerrat ja akku menee täten osittain hukkaan. Muista akkutyypeistä poikkeavana hyvänä puolena on, että muisti-ilmiötä Li-ion akussa ei esiinny ollenkaan. Akun kapasiteetti ei alene oli lataus kuinka epäjärjestelmällistä tahansa. Li-ion-akun itsepurkautuminen on hyvin hidasta nopeuden ollessa vain muutamia prosentteja kuukaudessa.

Lataus ja käyttö

Li-ion-akku on herkkä: Kennot tulisi turvallisuussyistä olla varustettu ylilataussuojalla, sillä Li-ion ei siedä ylilatausta, vaan muuttuu epästabiiliksi kehittäen lämpöä ja painetta. Myöskään akun oikosulkeminen tai purkaminen aivan tyhjäksi (U<2,5V) eivät tiedä hyvää. Latauksen kesto on luokkaa 3 tuntia ja akku ei juurikaan lämpene sen aikana. Lataus suoritetaan aluksi suuremmalla virralla ja sen jälkeen kun tietty jännitetaso on saavutettu virtaa alennetaan siten, että jännite ei enää nouse. Kun virta on pienentynyt 3%:iin alkuperäisestä lataus katkaistaan, eikä ylläpitolatausta suoriteta. Useimmissa akuissa on monimutkainen suojapiiri, joka katkaisee sähköisen yhteyden akkuun, jos se havaitsee yli- tai alijännitettä tai liikaa lämpöä. Tämä suojapiiri on sikäli hyvin olellinen, että Li-ion akku on erittäin epävakaa. Ilman suojapiiriä akun lataaminen ja jopa käyttö olisi vaarallista räjähdysvaaran vuoksi.

Säilytys

Li-ion akut tulisi säilyttää varattuina, suositeltavin varaustaso on 70-90%. Varaustaso ei saa päästä laskemaan niin alhaiseksi että kennon napajännite putoaa alle 2,5V 3kk pidemmäksi ajaksi. Jos niin pääsee käymään osa akun kapasiteetista on mennyttä lopullisesti, akku voi vuotaa ja sen lataaminen voi olla vaarallista. Toisinaan akun syväpurkaantuminen voi vaurioittaa sitä välittömästi. Tästä hyvä esimerkki on kannettavien tietokoneiden akut jotka voivat menettää suurimman osan kapasiteetistaan jo yksittäisen syväpurkautumisen yhteydessä. Syväpurkautumista estämään akussa on yleensä erillinen ohjain piiri. Piiri ei kuitenkaan suojele akkua mikäli se ensin käytetään tyhjäksi ja tämän jälkeen jätetään lataamatta jolloin se syväpurkaantuu hyvinkin pian itsestään.

Ympäristöystävällisyys ja hävittäminen

Li-ion-akut eivät sisällä ympäristömyrkyllisiä aineita ja täten ne voidaan hävittää talousjätteen mukana. Li-ion-akuille ei ole vielä toistaiseksi Suomessa järjestetty kierrätystä.

Suljettu lyijyhyytelöakku (SLA)

Lyijyakku on ensimmäinen kaupalliseen käyttöön tullut akku, ja se on käytössä edelleenkin raskaanpuoleisissa sovelluksissa. Akun elektrodit on valmistettu lyijystä ja elektrolyyttinä on geelimäinen rikkihappoliuos joka on usein imeytetty esim lasikuitu mattoon. Tavalliseen lyijyakkuun verrattuna erona on SLA:n suljettu rakenne. Lyijyakkujen energiatiheys on matala, ja se rajaakin käyttömahdollisuuksia.

Ominaisuudet

SLA-akut soveltuvat käyttöön, jossa hinta halutaan pitää edullisena, eikä akun paino ole kriittinen. SLA:ta käytetään nykyisin esim. UPSeissa, pyörätuoleissa ja hätävalaistuksessa. SLA soveltuukin hyvin valmiustilakäyttöön, koska sen itsepurkatuminen on hidasta (5%/kk) ja sitä voidaan sen kärsimättä pitää ylläpitolatauksella täytenä. Kylmässä SLA ei anna kovin hyvin virtaa, eikä se normaalilämpöisenäkään pidä kovin suurivirtaisesta purkamisesta.

Lataus ja käyttö

SLA ei suvaitse pikalausta latauksessa käytettävän pulssimaisen sekä suuren virran vuoksi vaan lataus suoritetaan hidaslatauksena, jolloin aikaa akun varaamiseen menee 8-16h. Tämän takia SLA:ta ei saisi koskaan ladata normaalilla auton akkulaturilla joka on tarkoitettu normaali lyijyakuille. SLA:n lataamiseen pitäisi aina käyttää sille tarkoitettua laturia. SLA ei tykkää siitä että se puretaan aivan tyhjäksi, vaan se olisi syytä ladata aiemmin. Akun kestoikä on 200-500 sykliä, riippuen purkamisten syvyydestä ja ympäristöolosuhteista.

Säilytys

SLA säilytetään aina täyteen varattuna. Tyhjänä säilytetty akku ei suostu enää myöhemmin suosiolla ottamaan latausta vastaan. Tyhjä akku voi myös jäätyä pakkasella.

Ympäristöystävällisyys ja hävittäminen

Lyijyhyytelöakun sisältämä lyijy on myrkyllistä ja haitallista ympäristölle. Lyijyakut tulee toimittaa ongelmajätteidenkeräyspisteeseen josta ne päätyvät raaka-aineiden kierrätykseen. Luokka:Sähkötekniikka ko:전지 ja:電池

Polttokenno

lla toimiva polttokenno]] Polttokennot ovat akkuja korvaavia laitteita jossa nestemäisellä vedyllä tai vastaavalla aineella voidaan tuottaa pitkäaikaisesti sähköä. Prosessissa yleensä energian lisäksi vapautuu lämpöä ja puhdasta vettä. Merkittävin ero perinteiseen akkuun on polttokennon helppo ja nopea lataus, sekä mahdollisesti pidempi toimintaika tasaisella virransyötöllä. Polttokennojen sähköinen hyötysuhde on yleensä n. 50%, mutta kokonaishyötysuhde on nostettavissa yli 90% mikäli polttokennon käytössä syntyvä lämpö hyödynnetään. Polttokennojen käyttökohteet ovat laajat, matkapuhelimista ja autoista aina sähkön ja lämmöntuottoon asuinrakennuksille tai jopa laivoille. Polttokennon toimintaperiaatteen keksi brittifyysikko Sir William Grove jo vuonna 1839. Polttokennojen laajemman käytön esteenä ovat olleet tuotantokustannukset sekä polttokennoissa käytettävien polttoaineiden jakeluverkkojen puuttuminen.

Erilaisia polttokennoja

- alkalipolttokenno
- alkoholipolttokenno
- biopolttokenno
- fosforihappopolttokenno
- kiinteäoksidipolttokenno
- polymeerielektrolyyttinen membraanipolttokenno (PEM)
- sulakarbonaattipolttokenno

Linkki

- [http://www.hut.fi/nyt/polysteekki/polttokenno.htm Artikkeli polttokennosta Polysteekki-lehdessä]
- [http://www.fuelcelltoday.com Fuel Cell Today, polttokennoihin erikoistunut englanninkielinen portaali]
- [http://www.hydrocell.fi Hydrocell, suomalainen alan yritys] Luokka:Sähkötekniikka ja:燃料電池 th:เซลล์เชื้อเพลิง

Generaattori

Generaattori tuottaa sähköenergiaa mekaanisesta energiasta. Yleisin tapa on pyörittää sähköjohdinta magneettikentässä, mikä synnyttää johtimeen sähkövirran. (tasavirtageneraattorit..) (vaihtovirtageneraattorit, tahtigeneraattori..) (sanan muut merkitykset - "jotakin tuottava", esim. satunnaislukugeneraattori) Luokka:Energiantuotanto ja:発電機

Aurinkokenno

Aurinkokenno on piistä tehty komponentti, joka muuntaa valoa sähköksi. Aurinkokenno on usein väriltään tumma, jolloin se absorboi auringonvaloa mahdollisimman tehokkaasti. Aurinkokenno on yksi aurinkopaneelin osa. Aurinkokennoja on yhdessä aurinkopaneelissa useita, jolloin ne tuottavat enemmän sähköä.

Katso myös

- Aurinkopaneeli Luokka:Energiantuotanto ko:태양 전지 ja:太陽電池

Jännite

Sähköinen jännite (tunnus U) tai sähköinen potentiaali on SI-järjestelmässä volteissa (V) mitattava suure. Lyhyesti sanottuna jännite on sähköinen korkeusero, kun elektronit ja protonit pyrkivät "toistensa luo". Eli niiden välillä on aina tietty jännite. Jännitettä voidaan mitata esim. yleismittarilla. Jännitettä ajan funktiona (jännitteen signaalimuotoa) voidaan mitata oskilloskoopilla. "Kotitaloussähkössä" jännite on nykyään 230 V (vaihejännite eli vaihtojännitteen tehollisarvo vaiheen ja nollan välillä). Pääjännite on 400 V (jännite kahden vaihejohtimen välillä). Ennen jännitemuutoksia ko. jännitteet olivat 220 / 380 V. Tyypilliset paristojen jännitteet vaihtelevat 1,5-9 V. Ajoneuvojen akkujen jännitteet ovat yleensä joko 12 V (henkilöautot) tai 24 V (raskaat ajoneuvot). Yleensä alle 50 V jännitteet ovat ihmiselle vaarattomia kosketeltaessa (pienjännitelaitteet). Esimerkiksi paristossa miinus- ja plusnavan välillä on jännite, jonka ansiosta virta alkaa toimimaan, koska elektronit yrittävät saada jännite eron tasattua.

Katso myös

- Sähköisten suureiden analogiat Luokka:Suureet Luokka:elektroniikka Luokka:sähkötekniikka Luokka:Sähköstatiikka Luokka:Sähködynamiikka ja:電圧

Voltti

Voltti (tunnus V) on SI-järjestelmän jännitteen yksikkö. Jos johteessa syntyy watin tehohäviö ja siitä kulkee läpi ampeerin virta, sen yli jää yhden voltin jännite. Voltteina mitataan myös sähköistä potentiaalia: sähköinen potentiaali on sähkökentän potentiaalienergia sähkövarausta kohden. 1 V = 1 W/A = 1 J/C. Luokka:yksiköt ko:볼트 ja:ボルト (単位) th:โวลต์

Sähkövirta

Sähkövirta on sähkövarauksen liikettä. Mittasuureena sähkövirran tunnus on I ja SI-järjestelmän mukaisesti sen yksikkö on ampeeri (tunnus A). Yhden ampeerin sähkövirta kahdessa toisistaan metrin päässä samansuuntaisesti tyhjiössä kulkevassa äärettömän pitkässä ja ohuessa johtimessa aiheuttaa näiden johtimien välille 2x10-7 newtonin suuruisen voiman. Metallijohtimissa sähkövirta muodostuu liikkuvista negatiivisesti varatuista elektroneista. Sähkövirta voi kulkea myös muiden varauksenkuljettajien avulla; elektrolyyttisissä seoksissa virtaa kuljettavat varautuneet ionit, plasmassa sekä elektronit että ionit. Koska historiallisesti sähkövirta ajateltiin positiivisten varausten virtana, sähkövirta tänäkin päivänä määritellään vastakkaissuuntaiseksi elektronien liikkeen kanssa. Sähkövirta synnyttää aina ympärilleen magneettikentän. Sähkövirran mittaus voi perustua tämän magneettikentän voimakkuuteen: virran aiheuttama magnettikenttä vääntää mittarin viisaria. Sähkövirtaa voidaan mitata myös johtamalla virta sivuvastuksen läpi ja sitten mittaamalla jännittemittarilla sivuvastuksen yli vaikuttava jännitettä. Yleismittari on laite, jolla voidaan mitata sähkövirtaa, jännitettä tai vastusta. Se perustuu herkkään virta- tai jännitemittariin, sekä virtalähteeseen, jotka kytketään mittauksessa tarvittavaan kytkentään yhdessä erilaisten vastusten kanssa.

Katso myös

- sähkö
- jännite
- virtapiiri
- tasavirta
- vaihtovirta
- sähköisten suureiden analogiat Luokka:Fysiikka Luokka:Suureet Luokka:Elektroniikka Luokka:Sähkötekniikka Luokka:Sähköstatiikka Luokka:Sähködynamiikka ko:전류 ja:電流

Hydrauliikka

Hydrauliikka tarkoittaa tehonsiirtoa nesteen avulla. Neste sopii hyvin tehonsiirtoon, koska neste ei puristu helposti kokoon mutta toisaalta pystyy vastustamaan vain leikkausmuodonmuutosta.

Hydraulisen tehon synnyttäminen

Hydraulinen teho synnytetään pumpulla mekaanisen tehon avulla. Pumppu kehittää vain tilavuusvirran, mutta heti kun virtausta kuormitetaan esimerkiksi toimilaitteella, syntyy painetta ja siten myös tehoa.

Hydraulisen tehon siirtäminen

Pumpun avulla synnytetty tilavuusvirta siirretään putkien ja letkujen avulla haluttuun paikkaan. Letkujen avulla on mahdollista siirtää tilavuusvirta helposti liikkuviin osiin. Tämä on yksi hydrauliikan eduista mekaaniseen tehonsiirtoon nähden.

Hydraulisen tehon ohjaaminen

Tavallisesti hydraulista tehoa ohjataan venttiilien avulla. Esimerkiksi suuntaventtiilillä virtaus voidaan ohjata halutulle toimilaitteelle ja paineenrajoitusventtiilillä voidaan estää painetta kohoamasta asetettua arvoa suuremmaksi.

Hydrauliset toimilaitteet

Hydraulisilla toimilaitteilla muunnetaan hydraulinen teho mekaaniseksi tehoksi. Joissain sovelluksissa, kuten puristimissa, pääasiallinen tarkoitus on tehon sijasta voiman tuottaminen. Suoraviivaista liikettä voidaan tuottaa hydraulisylintereillä ja pyörivää liikettä hydraulimoottoreilla.

Sovelluksia

Hydraulista tehonsiirtoa hyödynnetään mm. kulkuneuvoissa, teollisuudessa ja työkoneissa.

Etuja

Hydrauliikalla on mahdollista siirtää varsin suuria tehoja. Esimerkiksi suurten kaivinkoneiden hydraulinen teho voi olla satoja kilowatteja. Kuitenkin komponentit ovat tehoonsa nähden pieniä. Teho voidaan siirtää letkujen avulla liikkuviin osiin ja erikoisten liitosten avulla jopa pyöriviin osiin kuten laivan säätölapapotkuriin.

Haittoja

Hydraulineste on yleensä öljypohjaista ja myrkyllistä ja vuodot pilaavat ympäristöä. Nykyään kuitenkin käytetään useissa tapauksissa kasvipohjaisia hydrauliikkaöljyjä, joiden ominaisuudet käyttötarkoituksessaan saattavat olla jonkin verran huonommat (eivät esim. aina kestä kuumuutta). Ne eivät kuitenkaan aiheuta niin suuria ympäristöhaittoja. Letkurikon sattuessa korkeapaineinen nestesuihku on vaarallinen. Paineilmaan verrattuna monimutkaistava tekijä on paluulinjan tarve. Luokka:Tekniikka Luokka:Virtausmekaniikka ja:水理学

Ampeeri

Ampeeri (tunnus A) on elektromagnetismin keksijän André-Marie Ampèren mukaan nimetty SI-järjestelmän mukainen yksikkö sähkövirralle. Määritelmän mukaisesti yhden ampeerin sähkövirta kahdessa toisistaan metrin päässä tyhjiössä samansuuntaisesti kulkevassa äärettömän pitkässä ja ohuessa johtimessa aiheuttaa näiden johtimien välille 2x10^-7 newtonin suuruisen voiman. Pienempiä ampeerin yksiköitä ovat milliampeeri (1 mA = 1 tuhannesosa ampeeria) ja mikroampeeri (1 µA = 1 miljoonasosa ampeeria). Luokka:yksiköt ko:암페어 ja:アンペア

Teho

Teho on myös suomalainen virvoitusjuoma. Fysiikassa teho (tunnus P) on tehdyn työn tai käytetyn energian määrä jossakin aikamäärässä. Tehon SI-yksikkö on watti (W), joka vastaa joulen energiamäärää sekunnissa.

Mekaaninen teho

Mekaaninen teho saadaan voiman F ja nopeuden v tulona: :P = F·v Teho on myös energian E kulutus (tai tuotto) aikaa t kohti: :P = E/t

Sähköteho

Sähköinen teho saadaan laskettua virran I ja jännitteen U tulona: :P = U·I Vaihtoehtoisesti teho saadaan sähköisessäkin järjestelmässä energian E kulutuksena (tai tuottona) aikaa t kohti: :P = E / t Vaihtovirtapiirissä teho jaetaan pätötehoon (yksikkö watti), loistehoon (yksikkö vari) on ja näennäistehoon (yksikkö volttiampeeri). Luokka:Fysiikka Luokka:Suureet Luokka:Elektroniikka Luokka:Sähkötekniikka Luokka:Klassinen mekaniikka ms:Kuasa (fizik) ja:仕事率

Energia

Liike-energia

E_k=\fracmv^2

, missä m on kappaleen massa ja v sen nopeus.

Potentiaalienergia

E_=m\cdot g\cdot h

, missä m on kappaleen massa, g painovoimakiihtyvyys ja h nostokorkeus.

Sähköenergia

Sähköenergiaa mitataan laskemalla kuinka kauan (aika t) kuinka suurta tehoa (teho P) kulkee. Teho on puolestaa jännitteen U ja virran I tulo. Näin ollen energia on: ::

E_=P\cdot t=U\cdot I\cdot t

Käytössä olevia energialähteitä

Energianvälitystapoja

Kilowattitunti

Kilowattitunti (tunnus kWh) on energia, joka kuluu käytettäessä kilowatin tehoa tunnin ajan. Kilowattituntia käytetään etenkin kulutetun sähköenergian määrää mitattaessa. Joule on SI-järjestelmän energian varsinainen yksikkö, joka on toisessa muodossa wattisekunti. Joulen suhde kilowattituntiin on seuraava: 1 kWh = 3,6 MJ
1 MJ ≈ 0,277778 kWh Luokka:energian yksiköt

Category:1057年逝世

gry ruletka samsung true tone sylwester w g�rach hoteles amsterdam

:: RELATED NEWS ::