”Neutroni osuu uraanin ytimeen. Ydin halkeaa. Tätä kutsutaan fissioksi. Fission yhteydessä syntyy energiaa ja uusia neutroneja. Syntyy lisää fissioita haljenneiden neutroneiden törmätessä uusiin uraaniytimiin. Tätä kutsutaan ketjureaktioksi, sillä jokaista edellistä neutronia kohden muodostuu vähintään yksi uusi. Ydinräjähdyksessä tämä ketjureaktio karkaa muodostuen hallitsemattomaksi, mutta ydinreaktorissa sama prosessi tapahtuu hallitusti.”
Ydinvoiman turvallisuutta pidetään mediassa nykyään itsestäänselvyytenä ja sen puolesta puhutaan kritiikittä. Ydinvoimaloissa on kuitenkin vuosien saatossa tapahtunut lukuisia onnettomuuksia, vakavimmissa tapauksissa reaktorin ydin on sulanut. Reaktorin sydämessä tapahtuneet onnettomuudet ovat varsin harvinaisia, joskin ne ovat synnyttäneet kansan parissa pelkoa ja kääntäneet yleistä mielipidettä ydinvoiman vastaiseksi.
Ydinvoimalan mahdollinen räjähtäminen mielletään kansan syvissä mielikuvissa pahimmillaan samantasoiseksi tapahtumaksi kuin taivaalta takapihalle putoava ydinpommi. Ydinvoimaan liittyvät pelot ovat usein jäsentämättömiä ja ydinvoimaa tuottavat laitokset pelottavia harmaita kolosseja. Pelot syntyvät monesti tietämättömyydestä. Onko nykyaikainen ydinvoimala keskuudessamme tikittävä aikapommi? Mitä atomin ydintä halkaistessa oikeasti tapahtuu?
Tuoreimmat ydinvoimalaonnettomuudet
Vakavin ydinvoimalalle tapahtunut onnettomuus sattui Tšernobylissä 1986 jo valmiiksi epävakaaksi tiedetylle reaktorityypille RBMK. Samantasoisia onnettomuuksia ydinvoimaloille ei ole maailmassa tapahtunut muita. Samantyyppisiä reaktoreita on käytössä Venäjällä enää kymmenkunta, ja ne tullaan poistamaan käytöstä yhtä lukuun ottamatta tällä vuosikymmenellä. Toimivia ydinvoimaloita maailmalla on 447 (2016).
Tšernobylin onnettomuuteen johtaneena osasyynä 1986 nähtiin IAEA:n selvitysten mukaan käyttöhenkilökunnan koulutuksessa ja ohjauksessa tapahtuneet laiminlyönnit. He eivät olleet tietoisia reaktorin epästabiilista tilasta ohjaamossa ennen onnettomuutta. Onnettomuus, kuten suuronnettomuudet yleensä, oli kuitenkin monien asioiden yhteensattuma.
Tšernobylin onnettomuus johti entisen Neuvostoliiton alueella ydinturvallisuuden voimakkaaseen parantamiseen. Turvallisuussäännöstöä kehitettiin ja koulutukseen panostettiin. Ydinturvallisuutta valvovat nykyisin itsenäiset viranomaiset ja maat ovat mukana myös kansainvälisessä ydinturvallisuuden kehittämiseen tähtäävässä yhteistyössä.
Fukushimassa vuonna 2011 tapahtuneen onnettomuuden syy oli laitoksen vanhentuneessa turvallisuussuunnittelussa. Sen pohjana oli 50-vuotta vanha turvallisuusajattelu ja teknologia, minkä johdosta alueen yli pyyhkineen tsunamin onnistui tuhota kerralla kaikki jäähdytysjärjestelmien sähkönsyötön varmistusgeneraattorit. Tämä johti reaktorin sulamiseen. Onnettomuudessa vapautuneet päästöt jäivät pieniksi Tšernobyliin verrattuina. Väestösuojelutoimenpiteet kuitenkin onnistuivat, ja väestön saamat säteilyannokset jäivät pieniksi.
Niin Tšernobylin kuin Fukushimankaan onnettomuudet eivät aiheutuneet alun perin reaktorien ongelmista, vaan ihmisten piittaamattomasta asenteesta omaan turvallisuuteensa. Nykyaikaisella turvallisuusajattelulla Fukushima olisi todennäköisesti ollut turvallinen onnettomuuden tapahtuessa. Tšernobylin reaktorilla taas suoritettiin kokeita, joiden ajaksi osa turvajärjestelmistä kytkettiin pois päältä, ja reaktorin teho pudotettiin sallittujen raja-arvojen ulkopuolelle.
Seitsemän asiaa, jotka on hyvä tietää nykyaikaisesta reaktorista
Ydinvoimateknologia on vuosien saatossa kehittynyt, ja turvallisuuskulttuuriin on panostettu. Mutta mitä se tarkoittaa käytännössä? Alla on lueteltuna seitsemän seikkaa, jotka on hyvä tietää nykyaikaisen reaktorin toiminnasta:
1) Vuosihuollot. Vuosihuoltojen yhteydessä vaihdetaan reaktorien polttoaineet ja tehdään tarkastus- ja huoltotyöt. Tämä vaihe kestää muutamasta viikosta kuukauteen. Suomalaisessa turvallisuusajattelussa lähdetään siitä, että laitokset ovat koko ajan uutta vastaavassa kunnossa.
2) Länsimaisen ydinvoimalan reaktorityyppi ei voi räjähtää. Tämä johtuu reaktoriturvallisuuden perusvaatimuksesta, jossa reaktorin on käyttäydyttävä kaikissa käyttötilanteissa stabiilisti. Tehon on pysyttävä hallinnassa ilman ohjauskeskuksen tai automatiikan aktiivisia toimia. Lukuunottamatta niitä muutamaa RBMK-reaktoreita Venäjällä, tämä määritelmä pätee myös kaikkiin venäläisiin reaktoreihin.
3) Pommeissa on fissiiliä uraania yli 80 %, mutta siviilikäytössä olevissa reaktoreissa uraanin väkevöintiaste on alle 5 %. Käytännössä räjähdystä ei näillä pitoisuuksilla voi saada reaktorissa aikaan.
4) Ydinreaktori ei voi palaa, sillä palavia aineita ei ole. Reaktori itsessään ja koko reaktorirakennus suunnitellaan niin, ettei siellä ole syttyviä aineita. Nykyaikaisissa kevytvesireaktoreissa hidastinaineena toimii vesi.
5) Ydinreaktorin toiminta perustuu neutronien aikaansaamaan ketjureaktioon, jossa vesi toimii hidasteena ja jäähdytteenä. Hidastamalla neutronien nopeutta moderaattorissa, saadaan ne osumaan helposti fissioituviin ytimiin. Tämä kompensoi fissiilin isotoopin eli uraanin matalaa alle 5 %:n väkevöintiastetta. Neutronien hidastaminen on välttämätön vaihe ketjureaktiossa, jotta reaktori pystyy tuottamaan energiaa. Niin ikään jäähdytteenä toimivan veden kiehuminen hillitsee ketjureaktion etenemistä pienentämällä neutronitiheyttä. Tästä voidaan vetää johtopäätös, että neutronien prosessissa läpikäymä ketjureaktio on jo luonnostaan reaktorin stabiiliuteen vaikuttava tekijä.
6) Vapautumisesteet. Radioaktiivisten aineiden karkaaminen estetään ns. syvyyssuuntaisen puolustuksen periaatteella rakentamalla laitoksen sisälle toisistaan riippumattomia vapautumisesteitä. Mikäli reaktorissa tapahtuisi sulamisonnettomuus, näillä esteillä voidaan lievittää onnettomuuden seurauksia. A) Polttoainesauvaa ympäröi tiivis suojakuori. Ydinpolttoaine on osana keraamista polttoainemateriaalia, ja sen olomuoto on kiinteä. Jäähdytyspiirissä on seinämä, ja mikäli polttoainesauva vuotaa, sen sisältämät radioaktiiviset korroosiotuotteet ja sauvan fissiossa vapautuneet tuotteet jäävät tiiviin jäähdytyspiirin sisälle, mistä ne voidaan myöhemmin poistaa ja käsitellä ydinjätteenä. B) Reaktoria ympäröi lisäksi toinen suojakerros, joka on paineenkestävä ja kaasutiivis. Se poimii niin ikään radioaktiiviset aineet ja kaasut suojakuoren sisään, mikäli niitä jäähdytyspiirin vaurioituessa sinne pääsee. C) Kolmas suojakerros on fyysinen suojakuori. Uudet ydinvoimalat ja esimerkiksi Olkiluoto 3:n suojakuori kestävät matkustajalentokoneen törmäämisen.
7) Kaksi muuta ydinturvallisuuden perusperiaatetta ovat kriittisten toimintojen varmistaminen (redundanssi) sekä hajauttaminen (diversiteetti). Turvallisuushaaste ei koske varsinaisesti reaktoria, sen räjähtämistä, vaan järjestelmän hallittua alasajoa, sillä polttoaine tuottaa jälkilämpöä reaktorin sammuttamisen jälkeen. Esimerkiksi mahdollisen sähkökatkon aikana haaste ei ole niinkään fissiotehon sammuttamisessa vaan veden pysymisessä reaktorissa laitoksen alasajon aikana. Laitoksista löytyy myös erilaisia hätäjäähdytysjärjestelmiä.
Näillä periaatteilla varmistetaan mm. jäähdytysjärjestelmien sähkönsyöttö. Tämä toteutetaan moninkertaisilla varavoimageneraattoreilla, laitosyksiköiden välisillä kytkennöillä ja esimerkiksi muille voimalaitoksille vedetyillä erillisillä sähkölinjoilla.
Turvajärjestelmät on sijoitettu rinnakkain lohkoihin niin, että yhden ottaessa vaurion vastaan, muut lohkoon sijoitetut vastaavat elementit pystyvät jatkamaan toimintaansa turvallisuuden varmistajina. Lisäksi yksiköt erotellaan niin, että niiden yhtäaikainen vaurioituminen tulipalossa tai hirmumyrskyssä on epätodennäköistä. Turvalaitteiden toimintaperiaatteet voivat myös olla erilaisia järjestelmän luotettavuuden varmistamiseksi. Erilaisilla järjestelmillä vähennetään myös samanaikaisesti ilmenevien osavikojen ilmenemisen mahdollisuutta.
Turvajärjestelmien automaattinen sähköinen käynnistyminen onnettomuuden alussa antaa ohjaajille mahdollisuuden keskittyä olennaisiin jatkotoimenpiteisiin. Suojausjärjestelmän automaattisia suojausjärjestelmiä ei voida pysäyttää valvomosta, elleivät järjestelmän mittausarvot ole palanneet normaalille tasolle.
Tarua vai totta: Totta
Vallitsevissa olosuhteissa ei tutkimuksen aikana tullut esille yhtään sellaista seikkaa, joiden vuoksi nykyaikaisen ydinvoimalan reaktori voisi räjähtää tai aiheuttaa joukkotuhon. Todennäköisesti näin voi käydä, sillä voi tapahtua onnettomuuksia ja katastrofeja, joita ihmiskunta ei voi kuvitellakaan. Mutta silloin puhutaan jo kerrannaisvaikutuksista, joiden rinnalla ydinreaktorin sulaminen ei ole suurin ongelmamme. Vallitsevan teknologisen osaamisen valossa ydinvoimalan reaktoria on syytä pitää turvallisena, joskin kalliina energian tuottomuotona, eikä myyttisille peloille ydinvoimalan tai reaktorin räjähtämisestä löydy nykytieteen eikä teknologian valossa faktoihin pohjautuvia perusteita.
Kiitokset Fissioreaktori-blogille ja Jaakko Leppäselle faktojen tarkistamisesta ja täydentämisestä.
Muut jutun tekemisessä käytetyt verkkosivut ja sivustot:
https://www.vattenfall.fi/sahkosopimukset/tuotantomuodot/ydinvoima/
http://www.tammilehto.info/ydinglob.php
https://www.tvo.fi/tuotanto/laitosyksikot/ol3/turvallisuusominaisuudet.html
https://www.iltalehti.fi/talous/a/c98e28c5-518a-40e5-901b-4e0d191a3db2
Ydinvoimala ei voi räjähtää samalla tavalla kuin ydinpommi. Mutta se voi räjähtää samalla tavalla kuin kaikki paineastialla varustetut teollisuuskoneistot. Monia paineastioita on historian kuluessa räjähtänyt.
Räjähdysvaaran aiheuttaa mm. tietyissä tilanteissa reaktoriin kertyvä vety.
Virheitä tekevät ihmiset eivät ole ydinvoimlan ulkopuolinen tekijä. Täydellisellä automatisoinnillakaan ei päästä inhimillisistä virheistä eroon, koska ihmiset tekevät tietokoneiden ohjelmat.
Jutun alkupuolella mainitaan haljenneiden neutronien aiheuttavan uusia hajoamisia.
Mitä ovat ”haljenneet neutronit”.
”Länsimaisen ydinvoimalan reaktorityyppi ei voi räjähtää.”
Käsitin että Saksassa lopetettiin ydinvoimalat suurimmalta osalta räjähtämispelon takia.