Mitä Fukushimassa tapahtuu?

Fukushiman ydinvoimalan ykkös reaktori
ennen ja jälkeen räjähdyksen

Perjantaina 11.3.2011 Japanin itärannikon edustalla tapahtui voimakas maanjäristys, joka aiheutti valtavan tsunamin. Järistys ja tsunami johtivat 11 ydinreaktorin automaattiseen sulkeutumiseen. Ydinreaktori vaatii sulkemisen jälkeen jäähdyttämistä useiden päivien ajan. Osassa Fukushiman ydinvoimaloiden reaktoreista jäähdytysjärjestelmät kuitenkin pettivät.

Fukushima I (Daiichi)

Vedenpinta laski tänä aamuna kolmannessa yksikössä paljastaen kolme metriä polttoainesauvoista. Polttoaine ylikuumeni ja vaurioitui, mutta Japanin viranomaisten mukaan täydellinen sulaminen pystyttiin estämään. Rakennukseen kuitenkin muodostuu vetyä, jonka aiheuttama räjähdys saattaisi vahingoittaa reaktorin ydintä suojaavia rakenteita ja vapauttaa radioaktiivisuutta.
Pahasti vaurioitunutta ensimmäistä yksikköä jäähdytetään ja radioaktiivisia kaasuja päästetään ulos säännöllisin väliajoin.
Vedenpinta on epänormaalin alhaalla myös toisessa yksikössä, eikä jäähdytys toimi. Yksikön raportoitiin vuotavan lauantaina, mutta lisätietoja mahdollisesta vuodosta ei ole saatu.

Fukushima II (Daini)

Uusimpien tietojen mukaan yksiköt 1, 2 ja 4 ovat edelleen vailla jäähdytystä ja radioaktiivisia kaasuja päästetään ulos säännöllisesti.

Radioaktiivisen säteilyn taso voimalaitosten ympärillä on edelleen merkittävästi normaalia korkeampi, mikä viittaa radiologiseen päästöön voimaloilta. Korkeita lukemia on raportoitu jopa sadan kilometrin päässä voimaloista, mutta näiden syytä ei ole kyetty selvittämään.

Ihmiset on evakuoitu 20 kilometrin säteellä Fukushima I:stä ja 10 kilometrin säteellä Fukushima II:sta. Raportit evakuoitujen määrästä vaihtelevat 80 000 ja 300 000 välillä.

Ainakin 19 ihmisen raportoidaan saaneen haitallisen säteilyannoksen.

Mikä on ongelmana?

Ydinreaktorit generoivat lämpöä pilkkomalla uraaniatomeja neutroneilla. Näissä reaktioissa syntyy suuri määrä muita radioaktiivisia aineita. Nämä polttoaineeseen muodostuneet muut radioaktiiviset aineet tuottavat edelleen lämpöä sen jälkeen, kun reaktori on suljettu, eli uraaniatomien halkominen lopetettu. Lämpöä syntyy aluksi noin seitsemän prosenttia reaktorin täydestä tehosta, ja se vähenee noin prosenttiin ensimmäisen vuorokauden aikana. Tämän jälkeen jäähtyminen jatkuu melko hitaasti.

Prosentti on edelleen melko suuri määrä lämpöä - esimerkiksi Fukushima I-1:n 460 MW yksikkö tuottaa noin 1300 MW lämpöä normaalissa käytössä. Ydin tuottaa siis vuorokauden jäähdyttämisen jälkeen edelleen 10 MW lämpöä, eli tarpeeksi kiehuttamaan 16 kuutiometriä vettä tunnissa. Jäähdyttämistä täytyy jatkaa päiviä tai jopa viikkoja radioaktiivisten päästöjen ehkäisemiseksi.

Jos jäähdytys menetetään, ydin ylikuumenee ja alkaa sulaa, jolloin polttoaine-elementteissä olevat radioaktiiviset kaasut vapautuvat, vesi höyrystyy ja saattaa syntyy vetyä, joka voi vaurioittaa reaktorirakennusta. Paineen kasvu aiheuttaa radioaktiivisten kaasujen vapautumista silloinkin, kun kun reaktoria suojaavat rakenteet eivät ole vaurioituneet.

Mitä eroa Fukushima I:n ensimmäisellä ja kolmannella yksiköllä on?

Tilanne on vakavin Fukushima I:n kolmannessa yksikössä. Tärkein ero ensimmäisen ja kolmannen yksikön välillä on koko - kolmosyksikkö on noin kaksi kolmasosaa ensimmäisten suurempi, mikä tarkoittaa vastaavasti lisää jälkilämpöä. Kolmannessa yksikössä käytetty sekaoksidipolttoaine (mixed plutonium-uranium fuel, MOX) on myös kuumempaa kuin tavallinen uraanipolttoaine.

Yksikkö kolmen sekaoksidipolttoaine voi vaurioitua kuumetessaan helpommin, koska sen kiemuspiste on alempi ja koska siihen muodostuu enemmän kaasuja. Sekaoksidipolttoaineen käyttäytymisestä onnettomuusoloissa on paljon vähemmän kokeellista ja käytännöllistä tietoa kuin tavallisesta uraanipolttoaineesta.

Jos polttoaine sulaa, spontaanin ydinreaktion tai kriittisyyden palautumisen riski on suurempi sekaoksidipolttoainetta käytettäessä. Tämä olisi pahin mahdollinen skenaario. Boorivettä käytetään onnettomuustilanteessa estämään kriittisyys, mutta plutoniumin määrä vähentää boorin tehoa.

MOX Fuel Behavior Under Reactivity Accicent Conditions »» (pdf)

Jos ydin vahingoittuu, suurin uhka ovat polttoaineeseen muodostuvat radioaktiiviset kaasut. Näiden kaasujen määrä on karkeasti ottaen tuplasti suurempi sekaoksidipolttoaineessa kuin “tavallisessa” uraanipolttoaineessa, jolloin myös radiologisten päästöjen määrä on kaksi kertaa suurempi.

Nuclear Fuel Behaviour in Loss-of-coolant Accident (LOCA) Conditions »» (pdf 9,9 Mt)

Jos reaktori vaurioituu pahasti, plutoniumia voi päästä ympäristöön aiheuttaen hyvin pitkäaikaisen saastumisen. Sekaoksidipolttoaine sisältää noin viisi kertaa enemmän plutoniumia kuin säteilytetty uraanipolttoaine.

MOX FUEL PRODUCTION STANDARDS, QUALITY CONTROL AND NUCLEAR POWER...... »» (pdf 191 kt)

Avoimia kysymyksiä

Kaikkien kuuden pysäytetyn ja jäähdytysongelmista kärsineen reaktorin tilanne on epäselvä.
On epäselvää, miten cesiumia ja jodia pääsi voimalaitoksen ympäristöön. Ovatko reaktoria suojaavat rakenteet vahingoittuneet pahemmin kuin on luultu?
Ensimmäisen ja kolmannen reaktorin ytimien mahdollisista vahingoista ei ole tarkkoja tietoja.
Toisen yksikön aiemmin raportoidusta vuodosta ei ole saatu uusia tietoja.
Vapautuneen radioaktiivisuuden määrä räjähdyksen ja radioaktiivisten kaasujen päästämisen yhteydessä on epäselvä.
Räjähdys ensimmäisessä yksikössä paljasti ylemmän säteilytetyn polttoaineen säilytysaltaan kokonaan. Onko allas vahingoittunut? jäähdytetäänkö sitä vai onko siellä olemassa sulamisen riski? Onko pääasiallinen käytetyn polttoaineen allas maantasolla vahingoittunut?
Ainakin 19 raportoidaan saaneen haitallisen määrän säteilyä. Ainoastaan yhden kohdalla määrä on selvillä. Ei ole tiedossa, saivatko jotkut heistä voimakkaan annoksen muualla kuin voimalaitoksen välittömässä läheisyydessä, mikä viittaisi merkittäviin radioaktiivisiin päästöihin.