Tämä on hyvä artikkeli.

Ydinvoima

Kohteesta Wikipedia
Siirry navigaatioon Siirry hakuun

Tämä artikkeli kertoo energiatuotannosta. Atomiytimen hiukkasten välisestä vuorovaikutuksesta: katso ydinvoima (fysiikka).
Neljän ydinvoimalaitoksen ryhmä Cattenomissa Ranskassa. Taustalla näkyvät jäähdytystornit, joista kohoaa vesihöyryä. Etualan rakennukset ovat varsinaisia voimalaitoksia, joiden yhteenlaskettu sähköteho 5200 MW vastaa noin puolta Suomen sähkön kulutuksesta.

Ydinvoima eli ydinenergia (vanhahtavasti atomivoima eli atomienergia) on energiantuotantoa, joka perustuu atomiytimien sidosenergian vapautumiseen[1] fissio- tai fuusioreaktiossa tai muissa ydinreaktioissa, kuten radioaktiivisessa hajoamisessa. Ydinvoiman tuotannossa osa ydinpolttoaineen atomien massasta muuttuu energiaksi, joten ydinpolttoaineen energiasisältö on tavanomaisiin polttoaineisiin verrattuna hyvin suuri. Vapautuneen energian määrää voidaan ilmaista Albert Einsteinin löytämällä massan ja energian ekvivalenssin määräävällä yhtälöllä E = mc2. Fissioreaktiossa atomeita halkaistaan ja fuusioreaktiossa atomeita yhdistetään. Ydinvoima perustuu vahvaan vuorovaikutukseen fissio- ja fuusiovoimien tapauksessa ja heikkoon vuorovaikutukseen radioaktiivisuuden käytössä energianlähteenä.

Ydinvoimalla katetaan noin 10,3 prosenttia maailman sähköntuotannosta ja 4,4 prosenttia primäärienergiasta (vuonna 2017).[2] Fissiovoimaloiden hiilidioksidipäästöt ovat alhaiset, mutta fissiovoimalat tuottavat radioaktiivista ydinjätettä, jonka loppusijoituksesta tai kierrätyksestä tulee huolehtia. Fuusiovoimalat ovat tutkimuksen alaisena ja koevoimala ITER sijaitsee Cadarachessa, Ranskassa. Fuusiovoiman ei uskota olevan valmista kaupalliseen käyttöön ennen vuotta 2050.[3][4]

Ydinvoiman muodot[muokkaa | muokkaa wikitekstiä]

Kaikki ihmiskunnan käyttämä energia on alun perin lähtöisin ydinreaktioista, mutta toistaiseksi vain fissio on suoraan laajamittaisessa käytössä energiantuotannossa. Fuusion käyttöönottoa tutkitaan jatkuvasti, sillä jokainen väliporras lisää hukkaenergian määrää.
Fissioreaktiossa atomi halkeaa ja vapauttaa energiaa.

Ydinvoimaa hyödynnetään pääasiassa sähköntuotantoon ydinvoimalaitoksissa ja ydinkäyttöisillä aluksilla. Ydinvoimaa käytetään jossain määrin myös muun muassa avaruudessa, majakoissa, vedenpuhdistuksessa ja tutkimuksessa. Suurin osa ydinvoimasta on sähkön tuotantoa ydinreaktorilla. Reaktorissa hallittu fissioketjureaktio tuottaa lämpöä, jolla kiehutetaan vettä. Höyry johdetaan turbiiniin, joka muuttaa lämpöenergian liike-energiaksi, jonka generaattori muuttaa edelleen sähköenergiaksi. Tämä on ydinvoimalaitosten ja ydinkäyttöisten laivojen ydinreaktorien toimintatapa. Harvinaisempaa on radioaktiivisessa hajoamisessa syntyvän energian hyödyntäminen muun muassa avaruusluotaimissa. Hallitulla fuusioreaktiolla ei toistaiseksi ole tuotettu energiaa, mutta ydinfuusio saattaa tulevaisuudessa muodostua tärkeäksi energianlähteeksi.[5]

Fissio[muokkaa | muokkaa wikitekstiä]

Pääartikkeli: 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 uusia fissioita. Jos kussakin fissiossa vapautuneet neutronit aiheuttavat keskimäärin ainakin yhden uuden fission, ketjureaktio pysyy käynnissä, muutoin se väistämättä pysähtyy. Ydinreaktorin tehon säätö perustuu yleensä vapaiden neutronien absorbointiin säätösauvoilla tai muilla keinoilla.

Ydinpolttoaineiksi kelpaavilta aineilta vaaditaan muutamia tekijöitä. Ensinnäkin vain harvat aineet pystyvät ylläpitämään ketjureaktiota eli ovat fissiilejä. Toisaalta taas energiaa saadaan vapautettua ainoastaan raskaista ytimistä, jotka hajoavat keskiraskaiksi ytimiksi. Tämä johtuu siitä, että keskiraskaiden alkuaineiden ytimien sidososuus (ytimen sidosenergia ytimen hiukkasten lukumäärää kohti) on suurempi kuin raskaiden tai keveiden aineiden sidososuus. Sidososuuden kasvaessa vapautuu ytimien rakenneosasten väliltä potentiaalienergiaa. Keveiden aineiden potentiaalienergiaa saadaan vapautettua fuusiolla.

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.[5]

Fuusio[muokkaa | muokkaa wikitekstiä]

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, jolloin muodostuu heliumatomi. 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 fuusioreaktiosta. Auringon energia on maapallon pääasiallinen energianlähde, sillä kaikki ihmisen käyttämä energia on tavalla tai toisella lähtöisin Auringosta, lukuun ottamatta ydinvoimaa ja geotermistä energiaa.[6]

Radioaktiivisuus energianlähteenä[muokkaa | muokkaa wikitekstiä]

Radioaktiivisuuden käyttö energianlähteenä perustuu heikkoon vuorovaikutukseen. Radioaktiivisessa hajoamisessa vapautuvaa energiaa voidaan hyödyntää laitteissa, jotka kuluttavat suhteellisen vähän energiaa. Radioaktiivisuuteen perustuva isotooppiparisto (RTG) on 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 antamaan energiaa itsevalaiseviin pintoihin joissain pimeässä näkyvissä kylteissä sekä mittaristojen, kompassien tai kellojen viisareissa yms. Luonnossa radioaktiivinen hajoaminen on maan sisäisen lämmön lähde ja siten muun muassa tulivuorten ja kuumien lähteiden voimanlähde. Tätä kautta radioaktiivista hajoamista hyödynnetään geotermisessä energiassa esimerkiksi Islannissa ja Japanissa.[7]

Ydinvoiman historia[muokkaa | muokkaa wikitekstiä]

Pääartikkeli: Ydinvoiman historia
Ydinvoimaa käytettiin ensimmäisen kerran vuonna 1951, kun Idaho National Laboratoryn tutkijat sytyttivät neljä hehkulamppua EBR-1-reaktorin avulla.

Ensimmäiset vihjeet atomin sisällä tapahtuvista reaktioista saatiin vuonna 1896, kun Antoine Henri Becquerel havaitsi 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 yhteistyössä Lise Meitnerin kanssa, että reaktiossa uraaniatomit halkeavat. Keinotekoinen fissio oli keksitty.

Vuonna 1939 Fermi pakeni Italian fasisteja Yhdysvaltoihin; Niels Bohr puolestaan pakeni saksalaisten miehitystä 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.[5]

Vuonna 1942 Enrico Fermin johdolla rakennettiin ensimmäinen 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 jo vuoteen 1945 mennessä Hanfordissa oli käynnissä kolme täysimittaista reaktoria.

Aloitettujen ydinreaktorien rakennusprojektien lukumäärä vuosittain. Vilkkainta ydinvoimarakentaminen oli 1970-luvulla.

Toisen maailmansodan päätyttyä atomiytimen energian hyödyntäminen oli kaksijakoista: toisaalta ydinaseiden tuhovoima ja määrä kasvoivat nopeasti, mutta toisaalta myös ydinvoiman, säteilyn ja radioaktiivisuuden rauhanomainen hyödyntäminen lisääntyi monissa käyttökohteissa kuten lääketieteessä, tutkimuksessa, energiantuotannossa, merenkulussa, maanviljelyssä ja avaruustutkimuksessa. Ensimmäinen sähköntuotantoon tarkoitettu ydinreaktori saavutti kriittisyyden 27. kesäkuuta 1954 Neuvostoliitossa, Obninskissa lähellä Moskovaa. Vuonna 1956 Calder Hallissa, Englannissa aloitti toimintansa ensimmäinen kaupallinen ydinvoimalaitos. Vuonna 1957 aloitti toimintansa ensimmäinen ydinvoimalaitos 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.[5][8]

Ydinvoiman käyttö[muokkaa | muokkaa wikitekstiä]

Eri energianlähteiden osuudet maailman primäärienergian kulutuksesta vuonna 2015.
Eri energianlähteiden osuudet maailman sähköntuotannosta vuonna 2015.

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.[5]

Vuonna 2017 ydinvoimalla tuotettiin 4,4 prosenttia maailman primäärienergiasta. Se oli toiseksi merkittävin päästötön energianlähde vesivoiman jälkeen. Noin 85 prosenttia maailman primäärienergiasta tuotettiin fossiilisilla polttoaineilla. Energiasisällöltään ydinvoiman käyttö vastasi 596 miljoonan öljytonnin polttamista vuodessa.[2]

Maailman sähköntuotannosta ydinvoiman osuus oli 10,3 prosenttia vuonna 2017.[2] Vielä 1990-luvulla ydinvoiman osuus oli noin 17 prosenttia. 2000-luvulla osuus on laskenut, koska maailman sähkönkulutus on kasvanut, mutta ydinvoimalla tuotetun sähkön määrä on pysynyt suunnilleen ennallaan. Kulutuksen kasvu on katettu hiilivoimalla, maakaasulla ja uusiutuvilla energiamuodoilla.[9]

NS Savannah. Ydinkäyttöiset laivat voivat toimia jopa koko käyttöikänsä alkuperäisellä polttoaineella.
Cassini-luotain. Avaruudessa hyödynnetään ydinparistoja silloin, kun auringonvalo ei riitä.
Maailman sähköntuotannosta ydinvoima kattaa 10,3 prosenttia.
Aktaun vedenpuhdistuslaitos, tuottaa makeaa vettä merivedestä.
Triga-reaktori, jollaista käytetään muun muassa opetuksessa, sädehoidossa ja tutkimuksessa.
Prometheus-raketti. NASA suunnittelee ydinkäyttöisiä raketteja miehittämättömille ja miehitetyille avaruuslennoille.

Ydinvoima maailmalla[muokkaa | muokkaa wikitekstiä]

Suurimmat ydinvoiman tuottajamaat vuonna 2017.[10]
Japanissa ydinvoiman osuus oli pieni, koska suurin osa reaktoreista oli sammutettuna Fukushiman onnettomuuden takia.
Maa Reaktorit Teho MW Sähköstä
ydinvoimaa
Yhdysvallat 99 99 952 20,0 %
Ranska 58 63 130 71,6 %
Japani 42 39 752 3,6 %
Kiina 39 34 514 3,9 %
Venäjä 35 26 142 17,8 %
Etelä-Korea 25 23 070 27,1 %
Kanada 19 13 554 14,6 %
Ukraina 15 13 107 55,1 %
Saksa 8 10 799 11,6 %
Ruotsi 9 9 102 39,6 %
Iso-Britannia 15 8 918 19,3 %
Ydinvoiman lisärakentaminen maittain
   Rakentaa lisää ydinvoimaa
   Rakentaa ensimmäistä voimalaa
   Suunnittelee lisäydinvoimaa
   Suunnittelee ensimmäistä voimalaa
   Ydinvoiman määrä vakaa
   Harkitsee luopumista
   Luopunut ydinvoimasta

Ydinvoimaa pidetään useissa maissa jatkuvaan, mittakaavaltaan suureen sähkönkulutukseen sopivana energiamuotona. Suurin ydinvoiman osuus on Ranskassa, joka tuottaa 72 prosenttia sähköstään ydinvoimalla (vuonna 2017)[10]. Sähkömarkkinoilla voimalaitosten ajojärjestyksestä tavallisesti muotoutuu sellainen, että kulutuksen laskiessa ensimmäisinä tuotantoa vähennetään kalliiden muuttuvien kustannusten voimalaitoksissa, kuten maakaasuvoimaloissa. Suhteellisen edullista sähköä tuottavia ydinvoimaloita käytetään yleensä miltei tauotta perusvoimantarpeen kattamiseen. Ydinvoimalaitoksen tuotantoa voidaan toki tarvittaessa myös säätää ja niin yleisesti tehdään paljon ydinsähköä tuottavissa maissa.

Tammikuussa 2019 maailmassa tuotettiin sähköä 454 ydinreaktorilla 30 eri maassa. Niiden teho oli yhteensä 400 285 megawattia.[11] Vuonna 2017 10,3 prosenttia maailman sähköstä tuotettiin ydinvoimalla.[2] EU-maissa lähes 30 prosenttia sähköstä tuotetaan ydinvoimalla.[12] Tammikuussa 2019 rakenteilla oli 55 uutta reaktoria 18 eri maahan: Arabiemiraatteihin, Argentiinaan, Bangladeshiin, Brasiliaan, Etelä-Koreaan, Intiaan, Iso-Britanniaan, Japaniin, Kiinaan, Pakistaniin, Ranskaan, Slovakiaan, Suomeen, Ukrainaan, Turkkiin, Valko-Venäjälle, Venäjälle ja Yhdysvaltoihin.[13]

Suurimmat ydinvoiman tuottajamaat ovat Yhdysvallat, Ranska ja Kiina. Näissä kolmessa maassa sijaitsee lähes puolet maailman ydinreaktoreista, ja yhdessä ne tuottavat hieman yli puolet maailman ydinenergiasta. Muita suuria ydinenergiamaita ovat Japani, Venäjä ja Etelä-Korea. Suomi on 17. suurin ydinvoiman tuottaja 2 769 megawatin teholla neljässä reaktorissa.[11] Vuodesta 1998 vuoteen 2010 maailmassa ydinvoimalla tuotetun sähkön määrä kasvoi 14 prosenttia. Seuraavien kahden vuoden aikana se laski 11 prosenttia, kun monet maat sulkivat reaktoreita Fukushiman onnettomuuden jälkeen. Vuodesta 2012 vuoteen 2017 ydinsähkön tuotanto on taas kasvanut 6 prosenttia.[14]

Pohjoismaissa ydinvoimaa tuotettiin tammikuussa 2019 Suomessa neljällä ja Ruotsissa kahdeksalla reaktorilla.[11] Ruotsin hallitus päätti 1980 luopua ydinvoimasta sen jälkeen, kun maassa oli järjestetty kansanäänestys, jossa kaikki vaihtoehdot sisälsivät ydinvoimasta luopumisen.[15][16] Vuonna 2009 Ruotsin hallitus päätti kumota päätöksen ydinvoimasta luopumisesta ja sallia uusien ydinreaktoreiden rakentamisen.[17]

Reaktorityypeistä kevytvesireaktori on selvästi yleisin. Tammikuussa 2019 niitä oli toiminnassa yhteensä 373, joista 301 painevesireaktoreita ja 72 kiehutusvesireaktoreita. Seuraavaksi yleisin on raskasvesireaktori, joita oli 49 kappaletta. Lisäksi toiminnassa oli 29 grafiittihidasteista reaktoria, joista 15 vesijäähdytteistä ja 14 kaasujäähdytteistä, sekä 3 hyötöreaktoria.[18]

Ydinvoima Suomessa[muokkaa | muokkaa wikitekstiä]

Loviisan voimalaitos, jossa kaksi painevesireaktoria.
Olkiluoto ja sen kolme ydinreaktoria. Kaksi oikeanpuoleista reaktoria on rakennettu 1970-luvulla, vasemmanpuoleinen reaktori on kuvamanipulaatio rakenteilla olevasta Suomen viidennestä ydinreaktorista.
Pääartikkeli: Ydinvoima Suomessa

Suomessa on neljä kaupallista ydinreaktoria. Vuonna 2017 ne tuottivat 17 prosenttia Suomen primäärienergiasta[19] ja 33 prosenttia Suomen sähköntuotannosta[20]. Suomessa ydinvoimaloiden käyttöaste on yleensä ollut yli 90 prosenttia, mikä on parempi kuin maailman keskiarvo.[21]

Espoon Otaniemessä on pieni Triga-tutkimusreaktori, joka käynnistettiin 1962. Reaktorin tuottamaa säteilyä käytettiin tutkimuksen lisäksi aivokasvainten boorineutronikaappaushoitoon. Hoitotoiminta päättyi 2012, ja reaktori suljettiin lopullisesti 2015. Reaktorin omistaja VTT aikoo purkaa sen.[22]

Sähköntuotannossa olevista ydinreaktoreista kaksi sijaitsee Satakunnassa Eurajoen Olkiluodon saarella, lähellä Raumaa. Niiden omistaja on Teollisuuden Voima TVO. Toiset kaksi reaktoria ovat Fortumin omistuksessa, ja ne sijaitsevat Itä-Uudellamaalla Loviisassa Hästholmenin saarella.[23]

Olkiluodon 900 megawatin kiehutusvesireaktorit valmisti ruotsalainen Asea-Atom, nykyinen monikansallinen ABB. Loviisan 500 megawatin painevesireaktorit ovat neuvostoliittolaisen Atomenergoexportin tuotosta. Loviisan ensimmäinen yksikkö aloitti sähköntuotannon helmikuussa 1977 ja toinen yksikkö marraskuussa 1980. Olkiluodon reaktorit käynnistettiin vuosina 1978 ja 1980.[23]

Ydinvoimaa piti rakentaa aikoinaan Suomeen nykyistä enemmän. Muun muassa Helsinki osti 1970-luvulla osan Sipooseen kuuluvasta Granön saaresta uutta ydinvoimalaitosta varten. Pääkaupunkiseudulle perustettiin myös yhtiö, Helsingin Seudun Lämpövoima Oy, ydinvoimalan rakentamiseksi. Voimaloita ei lopulta rakennettu läheskään suunniteltua määrää. Suurin syy lisärakentamisen tyssäämiseen oli ydinvoiman riskejä pelännyt kansa. Toisen syy oli maakaasun ja kivihiilen hintojen lasku.[24]

Rakenteilla ja suunnitteilla olevat ydinvoimalat[muokkaa | muokkaa wikitekstiä]

Eduskunta antoi vuonna 2002 TVO:lle luvan rakentaa kolmannen ydinvoimalaitosyksikön Olkiluotoon. Alun perin yksikkö oli tarkoitus ottaa käyttöön vuonna 2009, mutta nyt uusimpien uutisten mukaan voimala otetaan käyttöön vuonna 2019 [25]. 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. Rakennusprojektin aikana on raportoitu huomattava määrä laatu- ja toimintopoikkeamia, joiden johdosta hankkeen toteutusaikataulu on viivästynyt. Merkittävimmät ongelmat on kirjattu Säteilyturvakeskuksen uutisiin [26].

Eduskunta päätti 1. heinäkuuta 2010 myöntää luvat vielä kahden uuden ydin­voimalan rakentamiseksi. Näistäkin luvista toinen myönnettiin TVO:lle, joka aikoi rakentaa Olkiluotoon vielä yhden ydin­voimala­yksikön. Edus­kunta myönsi luvan Olkiluoto 4:lle äänin 120-72, mutta TVO perui projektin vuonna 2015 [27]. Toinen lupa myönnettiin uudelle tulokkaalle, vuonna 2007 perustetulle Fennovoimalle, äänin 121-71. Uusi ydin­voimala rakennetaan Pyhä­joelle.[28]

Ydinvoimalaitos[muokkaa | muokkaa wikitekstiä]

Pääartikkeli: Ydinvoimala

Ydinvoimalaitoksessa ydinreaktori tuottaa lämpöä, joka kuumentaa pääkiertopiirin vettä. Kiehutusvesireaktorissa pääkiertopiirin vesi höyrystyy. Höyry pyörittää turbiinia ja lauhdutetaan takaisin vedeksi lauhduttimessa. Painevesireaktorissa taas pääkiertopiirin kuuma vesi johdetaan höyrystimiin, joissa toisiopiirin vesi höyrystetään. Höyry johdetaan turbiiniin ja sieltä lauhduttimeen. Lauhdutinta jäähdytetään joko vesistöstä saatavalla vedellä tai jäähdytystornin avulla. Turbiini pyörittää generaattoria, joka tuottaa sähköä.[29]

Ydinpolttoainekierto[muokkaa | muokkaa wikitekstiä]

Olkiluoto 3 kuluttaa käydessään 32 tonnia uraanioksidia vuodessa eli kuvassa havainnollistetun suorakulmaisen särmiön verran.
Polttoainesauva ja polttoainenappeja
Pääartikkeli: Ydinpolttoainekierto

Ydinvoimalaitokset käyttävät tavallisesti polttoaineenaan uraanioksidia, jossa on 3–5 prosenttia fissiiliä uraani-235:ttä. Polttoaineena voidaan käyttää myös plutonium-239:ää, jota syntyy ydinreaktorin toimiessa ja joka voidaan kierrättää uudeksi polttoaineeksi. Ydinpolttoaineen energiatiheys on erittäin suuri, koska ydinvoimaloiden energiantuotanto perustuu fissioreaktioon eikä hapettamiseen, kuten polttolaitoksissa. Maailman kaikkien reaktoreiden vuodessa kuluttama uraani – noin 70 000 tonnia – mahtuisi kuutioon, jonka särmät ovat 15 metriä pitkät.[21]

Ydinpolttoaineen valmistus alkaa uraanikaivokselta. Tyypillinen tuhannen megawatin ydinvoimalaitos kuluttaa vuodessa polttoainetta noin kolmen kuutiometrin verran, minkä polttoaineen valmistusta varten kaivetaan noin 50 000 tonnia[30] uraanimalmia. Vastaavan kokoinen hiilivoimala kuluttaa hiiltä yli kolme miljoonaa tonnia vuodessa[31], ja tavallisesti hiilikaivoksissa kutakin hiilitonnia kohti on täytynyt kaivaa yli kymmenen kertaa suurempi määrä kiveä[32]. Näin ollen samansuuruisen energiamäärän tuottamiseen hiilellä tarvitaan kaikkiaan yli 500-kertainen määrä kaivostoimintaa.

Koska luonnonuraanista vain 0,7 prosenttia on uraanin fissiiliä isotooppia U-235, täytyy luonnonuraani väkevöidä kevytvesireaktoreissa tarvittavaan suurempaan pitoisuuteen erillisissä väkevöintilaitoksissa. Polttoaineen valmistuksessa uraanioksidi puristetaan ja sintrataan keraamisiksi, tavallisesti sylinterinmuotoisiksi napeiksi, joiden pituus ja halkaisija ovat noin 1 cm. Napit ovat kovia, kiinteitä ja materiaali vaikeasti liukenevaa. Kukin nappi riittää noin 10 000 kilowattitunnin sähkön tuottamiseenlähde?. Uraaninapit pinotaan sauvoiksi ohutseinämäisten zirkoniumputkien sisälle. Putket hitsataan päistään umpinaisiksi ja kootaan nipuiksi. Nämä niput laitetaan reaktoriin, jossa vesi kulkee sauvojen välissä ja lämpenee ydinreaktioiden tapahtuessa nippujen sisällä.[21] Ydinpolttoainetta valmistetaan kaupallisessa mittakaavassa Argentiinassa, Belgiassa, Brasiliassa, Kanadassa, Kiinassa, Ranskassa, Saksassa, Intiassa, Japanissa, Kazakhstanissa, Etelä-Koreassa, Pakistanissa, Romaniassa, Venäjällä, Espanjassa, Ruotsissa, Englannissa ja Yhdysvalloissa[33].

Rahtilaiva NS Savannahin ydinpolttoainenippu, joka koostuu 164 polttoainesauvasta (nippu lyhennetty keskeltä kuvaan).

Ydinpolttoaineen olomuoto ei muutu käytön aikana, vaan käytetty polttoaine pysyy kokonaisuudessaan reaktorissa polttoaineen vaihtojen välillä. Käyttämätön ydinpolttoaine ei säteile merkittävästi, eikä sen lyhytaikainen käsittely vaadi erityisiä suojatoimia. Käytetty ydinpolttoaine sen sijaan säteilee voimakkaasti ja aiheuttaa vaaran lähellä oleskeleville, jos säteilysuojelusta ei huolehdita.[21] Käytettyä polttoainetta säilytetään ja käsitellään vesialtaassa, joka vaimentaa säteilyn miltei täysin. Polttoainenippuja on säilytettävä vesialtaissa useita vuosia, ennen kuin ne voidaan siirtää muualle jatkokäsittelyyn. Käytetty ydinpolttoaine on mahdollista kierrättää 95-prosenttisesti jälleenkäsittelyn avulla, jolloin vain noin 5 prosenttia polttoaineesta jää jätteeksi. Suomalaisten ydinvoimaloiden polttoainetta ei kuitenkaan jälleenkäsitellä, koska ydinenergialaki kieltää käytetyn ydinpolttoaineen maastaviennin ja maahantuonnin[34]. Jos jälleenkäsittelyä ei tehdä, käytetty ydinpolttoaine on ydinjätettä.[35]

Käytetyn ja käyttämättömän ydinpolttoaineen kuljetuksia on käsitelty artikkelissa ydinpolttoainekierto.

Ydinpolttoaineen riittävyys[muokkaa | muokkaa wikitekstiä]

Pääartikkeli Uraanin esiintyminen
Uraanin riittävyys on sitä suurempi, mitä enemmän varoja hyväksytään arvioon mukaan. Luvut ilmaisevat varojen keston vuosissa nykykulutuksella.
   Nykyisten kaivosten varannot[36]
   Tunnetut taloudelliset varannot[37]
   Tavanomaiset, taloudelliset varat[38]
   Maankuoren kokonaismalmivarat nykyhinnoin[36]
   Epäkonventionaaliset varat (ainakin 4 miljardia tonnia, kesto hyvin pitkä)[38]

Uraani on uusiutumaton luonnonvara, jota kuitenkin on maankuoressa suhteessa sen kulutukseen niin huomattava määrä, ettei sen ehtyminen ennakoitavissa olevalla aikajänteellä ole realistinen mahdollisuus. Uraania on maapallolla kaikkiaan noin 63 biljoonaa tonnia, ja maankuoressa sen pitoisuus on noin 4 miljoonasosaa.[36] Tämän lisäksi käytössä ovat olemassa olevat uraanivarastot, ydinpolttoaineen jälleenkäsittely sekä ydinaseriisunnasta saatava polttoaine. Noin 40 % maailman ydinsähköstä tuotetaan tällä hetkellä näistä kaivostoimintaa kaipaamattomista polttoaineenlähteistä.[37]

OECD:n ydinenergiajärjestön NEA:n ja YK:n alaisen IAEA:n yhteisen raportin mukaan alle 130 dollarin kilohinnalla taloudellisesti käytettävissä olevat tunnetut malmivarannot ovat runsaat 4,7 miljoonaa tonnia, mikä riittäisi nykyisten reaktorien tarpeisiin seuraavaksi 85 vuodeksi.[37] Tunnettujen varantojen lisäksi maankuoressa on kuitenkin toistaiseksi löytämättömiä uraanivaroja. Nykyisin kaivostoiminta edellyttää vähintään 1000 ppm pitoisuutta uraania malmissa, jotta sen hyödyntäminen olisi kannattavaa. Näissä esiintymissä on Yhdysvaltojen energiaministeriössä tehdyn geologisen kartoituksen perusteella noin 90 miljoonaa tonnia uraania.[36][39] NEA:n ja IAEA:n uraanivarantojen inventoinnista vastaavat tutkijat ovat arvioineet, että nykykaivostoiminnalle hyödynnettävät tavanomaiset varannot uraania riittävät ainakin vuosisadoiksi, kun huomioidaan tunnettujen varantojen lisäksi toistaiseksi löytämättömät esiintymät, joita geologian nojalla maankuoressa arvioidaan olevan.[38]

Käytettävissä olevan uraanin määrä riippuu voimakkaasti uraanin hinnasta, koska mitä korkeampi hinta on, sitä köyhempiä esiintymiä voidaan hyödyntää panostamalla enemmän kaivostoimintaan. Uraanin hinnan kaksinkertaistuminen kasvattaa uraanivarat kymmenkertaisiksi, hinnan kymmenkertaistuminen jo noin 300-kertaisiksi. Jos viime vuosina nähdystä uraanin hinnan yli kymmenkertaistumisesta edes osa on pysyvää, on seurauksena taloudellisesti kiinnostavien uraanivarojen erittäin huomattava kasvu aivan uuteen suuruusluokkaan. Raakauraanin osuus ydinsähkön hintarakenteessa on vain joitakin prosentteja, joten uraanin huomattavakaan kallistuminen ei nostaisi sähkön hintaa kovinkaan merkittävästi.[36][40]

Uraanin riittävyyteen vaikuttaa merkittävästi myös käytetty tekniikka. Ydinvoimaloiden polttoainetaloudellisuus kehittyy koko ajan, mikä kasvattaa uraanivarantojen energiasisältöä. Toisaalta kierrättämällä ydinpolttoaine jälleenkäsittelyn kautta yli 90 % polttoaineesta on mahdollista palauttaa ydinpolttoainekiertoon. Merkittävimmin polttoainevaroja kasvattaisi kuitenkin hyötöreaktorien laajempi käyttäminen, sillä ne kykenevät käydessään tuottamaan enemmän polttoainetta kuin kuluttavat. Lisäksi hyötöreaktorit voivat käyttää polttoaineena uraania huomattavasti yleisempää toriumia. Toistaiseksi hyötöreaktoritekniikka on tuotantokäytössä kuitenkin vain Venäjällä, vaikka kokeita on tehty muun muassa Yhdysvalloissa, Ranskassa, Japanissa ja Britanniassa. Kaikkein eniten ydinpolttoaineen riittävyyttä lisäisi fuusioreaktorien käyttöönotto, sillä ne voivat käyttää polttoaineenaan tavallisesta vedestä saatavaa vetyä.[5]

Ydinjätehuolto[muokkaa | muokkaa wikitekstiä]

Pääartikkeli: Ydinjätehuolto
Radioaktiivisuuden lasku korkea-aktiivisessa ydinjätteessä. Vaaka-akselilla vuodet, pystyakselilla aktiivisuus verrattuna uraanimalmin radioaktiivisuuteen.
Olkiluodon kolmannen ydinvoimalan vuosittain tuottaman korkea-aktiivisen käytetyn ydinpolttoaineen yhteenlaskettu määrä (harmaa suorakulmainen särmiö) ja havainnollistus vuosittain tarvittavien ydinjätteen loppusijoituskapselien (kuparinen lieriö) määrästä; 44 kpl.
Rakenteilla oleva Yucca Mountainin ydinjätteen loppusijoituslaitos, joka otettaneen käyttöön vuonna 2017-2020.

Ydinvoiman käytössä ydinpolttoaine muuttuu ydinjätteeksi, koska ydinreaktioiden aikana polttoaineeseen syntyy fissiotuotteita, joista osa haittaa reaktorin toimintaa. Jätteen suuresti kohonnut radioaktiivisuus johtuu näistä polttoainesauvoihin kertyneistä fissiotuotteista. Käytetyn ydinpolttoaineen ja muun korkea-aktiivisen jätteen lisäksi ydinvoimalassa syntyy matala- ja keskiaktiivisia ydinjätteitä esimerkiksi huoltojen ja voimalan normaaliin käyttöön liittyvän toiminnan aikana. Ydinturvallisuuden kannalta merkittävin vaikutus on käytetyllä ydinpolttoaineella, eli korkea-aktiivisella ydinjätteellä.[41]

Ydinvoiman käytössä tilavuudessa laskettuna eniten syntyy matala- ja keskiaktiivisia ydinjätteitä, joihin kuuluvat muun muassa heikosti radioaktiiviset aineet tai aktiivisten aineiden tahrimat työvaatteet, suojavarusteet, työvälineet, laitteet, osat sekä suodattimet ja suodatusjätteet. Näiden jätteiden aktiivisuus laskee nopeasti ja ne alun alkaenkin sisältävät vain pienen osan voimalan tuottamasta radioaktiivisuudesta. Usein näiden jätteiden 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. Monilla mailla on käytössä loppusijoituslaitoksia matala- ja keskiaktiivisille ydinjätteille.[42] Ydinvoimateollisuuteen verrattuna suurempia määriä matala-aktiivisia jätteitä syntyy muualla yhteiskunnassa: EU:n alueella maatalous, rakentaminen, öljyn- ja kaasuntuotanto, hiilen ja turpeen poltto, jätevesien puhdistus ja muu ihmisen toiminta synnyttävät vuosittain kymmeniä miljoonia tonneja luonnon radioaktiivisuutta sisältäviä jätteitä, jotka saattavat ylittää radioaktiivisuudeltaan matala-aktiivisten ydinjätteiden vapaarajan.[29] Suomessa matala- ja keskiaktiiviset jätteet varastoidaan laitospaikalle yhteen keskitettyyn varastoon ja samoin välivarastoidaan käytetty ydinpolttoaine. Myös vanhojen ydinvoimaloiden purkamisen yhteydessä syntyy radioaktiivista matala- ja keskiaktiivista jätettä.[29]

Korkea-aktiivinen ydinjäte on pääasiassa käytettyä ydinpolttoainetta, ja se sisältää suurimman osan kaikesta ydinvoimalan tuottamasta radioaktiivisuudesta. Korkea-aktiivinen ydinjäte sisältää lukuisan määrän uraanin fissiotuotteita, joista monet ovat voimakkaasti radioaktiivisia eri alkuaineiden isotooppeja, kuten plutoniumin isotoopit Pu-238 sekä Pu-239, ksenon-135 kaasu ja jodi-131. Käytetyssä ydinpolttoaineessa eli korkea-aktiivisessa ydinjätteessä on yhä jäljellä käyttökelpoista uraania, mutta sitä ei voida enää käyttää reaktorissa, koska reaktorin toiminta voi häiriintyä fissiotuotteiden vaikutuksesta. Tuore korkea-aktiivinen ydinjäte säteilee erittäin voimakkaasti, ja se tuottaa runsaasti lämpöä. Tästä syystä jätettä on jäähdytettävä jatkuvasti vesialtaassa. Käytetyn ydinpolttoaineen aktiivisuus kuitenkin laskee aluksi nopeasti: ensimmäisenä vuonna reaktorista poiston jälkeen aktiivisuus on laskenut 99 prosenttia. Tällöin iso osa fissiotuotteista on hajonnut toisiksi alkuaineiksi. Koska korkea-aktiivinen ydinjäte sisältää myös puoliintumisajaltaan pitkäkestoisia alkuaineita, kestää kauan, ennen kuin säteily on vaimentunut niin paljon, että käytetyn polttoaineen lähellä on turvallista oleskella lyhytaikaisesti. Kuparisen loppusijoituskapselin vieressä voi olla muutaman vuosikymmenen kuluttua. Itse polttoaineen läheisyydessä voi oleskella lyhyitä aikoja noin tuhannen vuoden kuluttua. Loppusijoituksen suunnittelussa tavoitellaan kuitenkin noin sadan tuhannen vuoden eristysaikaa, sillä esimerkiksi jauhemaisessa olomuodossa elimistöön joutuessaan jäte on vaarallista eliöille vielä pitkään.[29][43]

Käytetyn ydinpolttoaineen jätehuoltoon on esitetty lukuisia erilaisia ratkaisuja. Noin 95 prosenttia käytetystä polttoaineesta voitaisiin kierrättää jälleenkäsittelyllä, jota tehdään pääasiassa Ranskassa ja Japanissa. Muista jätehuollon vaihtoehdoista geologinen loppusijoitus on merkittävin ja kustannuksiltaan edullisin. Yhdistyneiden kansakuntien alaisen Kansainvälisen atomienergiajärjestön, OECD:n ydinenergiajärjestö NEA:n ja Euroopan yhteisöjen yhteinen kanta on,[44] 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.»

Vuodesta 1978 NEA on koonnut yhteen jäsenmaitaan edustavista asiantuntijoista ydinjätehuoltokomitean (Radioactive Waste Management Committee, RWMC) kehittämään ydinjätehuollon suuntaviivoja. RWMC:n mukaan alan asiantuntijoiden parissa vallitsee laaja yhteisymmärrys siitä, että loppusijoituksen suunnittelulla voidaan saavuttaa riittävä turvallisuustaso pitkälle tulevaisuuteen ja että ydinsähköstä hyötyneiden sukupolvien velvollisuus on toteuttaa ydinjätehuolto kestävällä tavalla. Asiantuntijoiden luottamus geologisen loppusijoitukseen on jäsenmaissa vahvistettu lukuisissa kansallisissa turvallisuusselvityksissä ja ympäristölupaprosesseissa. RWMC myös tunnistaa yhtä suopean suhtautumisen olevan harvinaisempaa vähemmän asiaa tuntevien parissa.[45]

Myös YK:n Agenda 21 -ohjelmajulistuksessa kannustetaan jäsenmaita keskittymään geologisen loppusijoituksen tutkimiseen sen ympäristö- ja turvallisuusetujen vuoksi. Käytetyn polttoaineen loppusijoitusta ei ole vielä aloitettu missään, mutta loppusijoitushankkeita on käynnissä useissa maissa, muun muassa Suomessa.[42]

Greenpeace, Maan ystävät, Suomen luonnonsuojeluliitto ja monet muut kansalaisjärjestöt vastustavat ydinvoimaa ja ydinjätteen geologista loppusijoitusta, koska ydinjätettä voi päätyä pohjaveteen ja sitä kautta muualle elinympäristöön. Greenpeace vaatii jätteen säilömistä maanpäällisiin varastoihin ydinvoimaloiden yhteyteen, kunnes nykyisiä suunnitelmia turvallisempi loppusijoitusratkaisu on löydetty.[29][46]

Ympäristövaikutukset ja turvallisuus[muokkaa | muokkaa wikitekstiä]

IPCC:n laskemat mediaaniarvot eri energiamuotojen koko elinkaaren aiheuttamille hiilidioksidipäästöille[47]

Ydinvoimalan toiminta ei tuota suoria hiilidioksidipäästöjä, mutta ydinvoimalan rakentaminen, uraanin tuotanto ja rikastus sekä jätehuolto aiheuttavat päästöjä. Ydinvoiman koko elinkaaren kasvihuonekaasujen päästöt ovat noin 12 grammaa hiilidioksidiekvivalenttia yhtä tuotettua kilowattituntia kohti. Tämä on Hallitustenvälisen ilmastonmuutospaneelin IPCC:n useiden eri tutkimusten perusteella laskema mediaaniarvo. Ydinvoiman elinkaaren päästöt ovat samaa luokkaa kuin tuulivoimalla (11 g/kWh) mutta paljon pienemmät kuin hiilivoimalla (820 g/kWh) ja maakaasulla (490 g/kWh).[47] IPCC luokitteleekin ydinvoiman, kuten myös uusiutuvat energiamuodot, vähäpäästöiseksi energiaksi.[48]

Ydinvoiman osuus sähköntuotannosta ja sähköntuotannon hiilidioksidipäästöt EU-15 -maissa. Useimmissa alhaisten päästöjen maissa ydinvoimaa käytetään merkittävästi. Itävallan alhaiset päästöt selittyvät mahdollisuudella hyödyntää Alppien huomattavia vesivoimavaroja.

Hallitustenvälinen ilmastonmuutospaneeli IPCC toteaa vuoden 2007 raportissaan, että fossiilisten polttoaineiden osuuden pieneneminen maailman energiantuotannossa reilun 30 vuoden takaisesta 86 prosentista 81 prosenttiin vuonna 2004 "johtuu pääasiassa ydinvoiman käytön lisäämisestä"[49] IPCC:n mukaan ydinvoimateknologia voi energiatehokkuuden, uusiutuvien energiamuotojen, hiilidioksidin talteenoton ja monen muun teknologian ohella olla merkittävässä roolissa ilmastonmuutoksen hillinnässä.[50] IPCC:n arvioiden mukaan ydinvoiman osuus maailman sähköntuotannosta voisi nousta vuoden 2005 16 prosentista 18 prosenttiin vuonna 2030.[51] Kansainvälinen energiajärjestö IEA:n arvion mukaan ydinvoimalla voisi vuoteen 2030 vähentää yli kolme prosenttia maailman energiantuotannon päästöjä verrattuna perusuraan.[52] Merkittävinä haasteina ydinvoiman lisärakennukselle ovat kuitenkin muun muassa turvallisuuskysymykset, ydinjätteen käsittely ja kustannukset.[53][54]

Merkittävimmät ydinvoimalaitoksen välittömät 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 muun muassa paikallinen melu ja liikenne laitosalueelle.

Ydinvoima aiheuttaa muiden energiantuotantotapojen tapaan myös välillisiä haittavaikutuksia. Esimerkiksi uraanikaivoksilla saattavat aiheuttaa paikallisia ympäristöongelmia ja työtapaturmia sekä työperäisiä sairauksia. Kokonaisuutena tarkasteltuna kuitenkin koko ydinpolttoainekierto aiheuttaa vähemmän ympäristövaikutuksia ja henkilövahinkoja suhteessa tuotettuun energiaan kuin fossiilisten polttoaineiden käyttö ja monet uusiutuvat energianlähteet. Osittain tämä johtuu energiantuotannossa tarvittavan uraanin hyvin pienistä määristä, jolloin kaivostoimintakin on verrattain pienimuotoista. Suhteessa tuotettuun energiaan hiilikaivosten aiheuttamat haitat ovat moninkertaisia verrattuna uraanikaivoksiin.[55][56]

Säteilyturvallisuus[muokkaa | muokkaa wikitekstiä]

Pääartikkeli: Säteilyturvallisuus

Ydinvoiman käyttöön liittyy ionisoiva säteily ja radioaktiivisuus, joiden huomioon ottamisen tarve tekee ydinvoiman käytöstä erilaista muihin energianlähteisiin verrattuna. Ydinvoimalaitoksen 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.

Ydinvoimalaitokset erottelevat toiminnassaan syntyvät radioaktiiviset aineet, jotka joko laitetaan odottamaan luonnollisen hajoamisen kautta tapahtuvaa muuttumista stabiileiksi aineiksi tai loppusijoitetaan. Tarkemmin aihetta käsitellään artikkelissa ydinjätehuolto. Joitain kaasumaisia tai nestemäisiä radioaktiivisia aineita on hyvin vaikeaa eristää, joten niiden tarkkaan valvottu päästäminen tarpeeksi laimennettuna ympäristöön sallitaan. Esimerkiksi Olkiluodon ydinvoimalan kohdalla aktiiviset päästöt veteen olivat vuonna 2006 0,6 gigabequerelliä. Saman laitoksen tritiumpäästöt veteen olivat vuonna 2006 2,46 terabequerelliä.[57]

Ydinvoimalaitosten toiminta Suomessa aiheuttaa eniten altistuvalle väestöön kuuluvalle yksilölle alle 0,05 mikrosievertin vuosiannoksen, mikä on alle 0,05 % viranomaisten määrittelemästä 100 mikrosievertin rajasta ja noin 0,0001 %:n lisäys säteilyannokseen, jonka keskivertosuomalainen saa luonnollisista säteilylähteistä vuosittain. Muu osa väestöä saa vielä pienemmän annoksen. Näin vähäpätöiset säteilyannokset paitsi alittavat taustasäteilyssä esiintyvän luonnollisen vaihtelun, niin täysin katoavat siihen. On selvää, että mitään terveysvaikutuksia ei näin pienillä muutoksilla säteilyssä ole koskaan havaittu.[58]

Ydinturvallisuus[muokkaa | muokkaa wikitekstiä]

Pääartikkeli: Ydinturvallisuus
Radioaktiivisuuden eristämiseksi ympäristöstä on useita peräkkäisiä esteitä. 1. este on polttoaineen kiinteä, keraaminen olomuoto. 2. on polttoainesauvan zirkoniumkuori. 3. on reaktoripaineastia. 4. on suojarakennus. 5. on reaktorirakennus.

Ydinreaktorissa syntyy radioaktiivisia fissiotuotteita, kun uraaniatomit halkeavat fissioreaktioissa. Jos reaktori vaurioituu niin, että fissiotuotteita pääsee leviämään ympäristöön, niiden lähettämä säteily voi aiheuttaa vahinkoa ihmisille. Ydinvoiman käyttöön liittyvää onnettomuusriskiä ei pystytä täysin poistamaan, mutta huolellisella suunnittelulla ja käytöllä riski saadaan hyvin pieneksi. Ydinturvallisuuden kolme perustoimintoa ovat ketjureaktion hallinta, reaktorin jäähdytys ja radioaktiivisten aineiden leviämisen estäminen. Jos nämä perustoiminnot pystytään hoitamaan, niin ydinvoiman käyttö on turvallista.[29]

Ketjureaktion hallinnan menettäminen voi johtaa ns. reaktiivisuusonnettomuuteen, jossa ydinreaktorin teho kasvaa äkillisesti, kuten tapahtui Tšernobylin onnettomuudessa. Tällöin reaktorin polttoaine kuumenee nopeasti, mikä voi johtaa sen vaurioitumiseen ja radioaktiivisten aineiden vapautumiseen. Ydinreaktorit pyritään suunnittelemaan siten, että lämpötilan nousu tai jäähdytysveden kiehuminen hidastaa ketjureaktiota. Tämä estää reaktorin tehon hallitsemattoman kasvun. Ketjureaktion nopeaa pysäyttämistä varten reaktoreissa on pikasulkujärjestelmä, joka työntää säätösauvat reaktorin sydämeen. Jos säätösauvat jumittuvat, niin ketjureaktio voidaan pysäyttää myös pumppaamalla reaktoriin booriliuosta, joka absorboi neutroneja.[29]

Ydinreaktoria täytyy jäähdyttää vielä ketjureaktion pysäyttämisen jälkeenkin, koska fissiotuotteiden radioaktiivisessa hajoamisessa syntyy jälkilämpöä. Suuren reaktorin jälkilämpöteho on niin suuri, että se voi sulattaa polttoainesauvat. Ydinreaktorit varustetaan hätäjäähdytysjärjestelmillä, joilla reaktoriin voidaan pumpata lisää jäähdytysvettä, vaikka normaalit jäähdytysjärjestelmät eivät toimisi. Three Mile Islandin ja Fukushiman[59] onnettomuudet johtuivat siitä, että reaktoreiden jäähdytys ei toiminut.[29]

Radioaktiivisten aineiden leviämisen estämistä varten ydinvoimalassa on useita peräkkäisiä leviämisesteitä. Reaktorin normaalin toiminnan aikana lähes kaikki radioaktiiviset aineet ovat polttoainesauvojen sisällä. Siksi pelkkä vesivuoto ei aiheuta suurta säteilyvaaraa, ellei siihen liity polttoaineen vaurioitumista. Onnettomuustilanteessa polttoainesauvat voivat rikkoutua, jolloin radioaktiiviset aineet pääsevät vapautumaan paineenkestävään suojarakennukseen. Jos suojarakennus pysyy ehjänä, kuten Three Mile Islandin onnettomuudessa, niin päästöt ympäristöön jäävät hyvin pieniksi.[29]

Ydinonnettomuudet[muokkaa | muokkaa wikitekstiä]

Pääartikkeli: Ydinonnettomuus
Katso myös: Luettelo ydinonnettomuuksista

Siviilikäytössä olevissa ydinvoimaloissa on sattunut kolme vakavaa onnettomuutta. Pahin niistä oli Tšernobylin reaktorin räjähdys Ukrainan alueella Neuvostoliitossa 26. huhtikuuta 1986. Yli 30 työntekijää kuoli onnettomuudessa saamiinsa vammoihin.[60] Maailman terveysjärjestön WHO:n arvion mukaan jopa 9 000 ihmistä voi kuolla Tšernobylin säteilyn aiheuttamiin syöpiin.[61] Kaikki asukkaat evakuoitiin 30 kilometrin etäisyydeltä voimalasta ja lisäksi evakuoitiin pahiten saastuneita kyliä 30 kilometrin suoja-alueen ulkopuolella.[62] Onnettomuuden aiheuttamat taloudelliset vahingot olivat satoja miljardeja euroja.[63]

Historian toiseksi pahin ydinvoimalaonnettomuus sattui Japanissa, kun 11. maaliskuuta 2011 tapahtunut maanjäristys aiheutti tsunamin, joka tuhosi Fukushiman ydinvoimalan sähköjärjestelmät. Sähkökatkos pysäytti voimalan jäähdytysjärjestelmät, ja kolmen reaktorin sydämessä polttoaine ylikuumeni ja lopulta suli.[59] Noin 30 kilometrin alueelta voimalan ympäriltä evakuoitiin noin 170 000 henkilöä.[64] Evakuoinnissa kuoli 51 ihmistä.[65] Suoria säteilyn haittavaikutuksia ei ole havaittu. Ihmisten saamat säteilyannokset jäivät niin pieniksi, että ne eivät oleellisesti lisää syöpäsairauksia.[64] Onnettomuuden aiheuttamat taloudelliset vahingot olivat satoja miljardeja euroja.[66]

Three Mile Islandin onnettomuus Harrisburgissa Yhdysvalloissa 28. maaliskuuta 1979 alkoi virheestä syöttövesijärjestelmän huoltotöissä. Sen jälkeen auki jumittuneen varoventtiilin kautta vuoti niin paljon jäähdytysvettä, että reaktorin sydän ylikuumeni ja suli osittain. Päästöt ympäristöön jäivät hyvin pieniksi, koska suojarakennus pysyi ehjänä. Onnettomuusreaktori vaurioitui käyttökelvottomaksi.[29] Seitsenportaisella INES-asteikolla Three Mile Islandin onnettomuus kuuluu luokkaan 5, kun Tšernobylin ja Fukushiman onnettomuudet ovat korkeimmassa luokassa 7.[60]

Ydinvoima, ydinaseet ja ydinaseriisunta[muokkaa | muokkaa wikitekstiä]

Katso myös: Ydinase ja Ydinaseriisunta

Ydinaseen voi rakentaa uraanin isotoopeista 233 ja 235 sekä plutoniumin isotoopista 239. Samoja isotooppeja voidaan käyttää myös ydinreaktorin polttoaineena. Sen takia näiden isotooppien tuottamista ja käsittelyä valvotaan tarkasti.[67]

Luonnonuraanista tai ydinpolttoaineesta on väkevöintiasteessa noin 90 prosenttiyksikön matka ydinräjähteisiin.

Ydinaseen rakentamiseen kelpaavista isotoopeista luonnossa esiintyy vain uraani-235:ttä, jota on luonnonuraanissa 0,7 prosenttia. Ydinvoimaloissa käytetään polttoaineena yleensä matalasti rikastettua uraania, jossa uraani-235:n osuus on nostettu 3–5 prosenttiin. Ydinasetta varten uraani täytyy rikastaa yli 90-prosenttiseksi. Samantyyppisillä sentrifugeilla voidaan rikastaa uraania sekä ydinvoimaloita että ydinaseita varten.[67]

Plutonium on keinotekoinen alkuaine, jota valmistetaan ydinreaktorissa säteilyttämällä neutroneilla uraani-238:aa, jota on luonnonuraanista 99,3 prosenttia. Syntynyt plutonium erotetaan kemiallisesti. Ydinasekelpoinen plutonium sisältää vähintään 93 prosenttia isotooppia 239. Ydinreaktorissa syntyy kuitenkin myös plutoniumin raskaampia isotooppeja, jotka haittaavat ydinaseen toimintaa. Sen takia tavallisten ydinvoimaloiden pitkään reaktorissa säteilytetty polttoaine ei sovellu ydinaseen rakentamiseen. Asekelpoista plutoniumia tuotettaessa reaktorin polttoainetta täytyy vaihtaa hyvin usein, jotta plutoniumin raskaampia isotooppeja ei ehdi syntyä liikaa.[67]

Ydinaseen voi rakentaa myös uraani-233:sta, jota voidaan tuottaa ydinreaktorissa säteilyttämällä neutroneilla luonnossa esiintyvää torium-232:ta. Toriumia voidaan käyttää myös rauhanomaiseen ydinenergian tuotantoon torium-ydinpolttoainekierrossa.[67]

Uraanin ja plutoniumin leviäminen ydinaseisiin pyritään estämään kansainvälisillä sopimuksilla ja niiden valvonnalla. Ydinsulkusopimuksessa ydinaseettomat valtiot sitoutuvat siihen, etteivät ne hanki ydinaseita. Sopimuksen viralliset ydinasevaltiot Yhdysvallat, Venäjä, Kiina, Iso-Britannia ja Ranska puolestaan sitoutuvat siihen, etteivät ne avusta muita maita ydinaseen hankkimisessa. Ydinsulkusopimuksen noudattamista valvoo kansainvälisesti IAEA, EU:ssa Euratom ja Suomessa Säteilyturvakeskus. Valvonta ei rajoitu pelkästään uraaniin, plutoniumiin ja toriumiin, vaan se käsittää myös laitteet, joita voidaan käyttää ydinreaktoreissa, uraanin rikastuksessa tai käytetyn ydinpolttoaineen käsittelyssä.[67]

Ydinvoimaloita käytetään myös ydinaseriisuntaan. Ydinaseiden plutoniumia hävitetään laimentamalla se ydinpolttoaineeksi kelpaavaksi ja sen jälkeen käyttämällä sitä ydinvoimalaitoksissa sähkön tuottamiseen. Ydinaseista saatavan MOX-polttoaineen käyttäminen voimalaitoksissa on kohdannut vastustusta eri järjestöiltä, jotka pitävät prosessia tehottomana ja katsovat siihen liittyvän muun muassa suuria ydinaseiden leviämiseen ja ydinturvallisuuteen liittyviä riskejä.[68] Esimerkiksi Japanin ydinvoimaonnettomuudessa pahasti vaurioituneessa Fukushima Daiichi 3 -reaktorissa käytettiin MOX-polttoainetta.

Ydinvoiman valvonta[muokkaa | muokkaa wikitekstiä]

Ydinvoiman kaupallinen käyttö on alusta asti perustunut tiukalle viranomaisvalvonnalle, jonka synty ajoittuu 1950-luvun Yhdysvaltoihin. Amerikkalaisen Atomic Energy Commissionin säädöstön pohjalta on hyvin pitkälti laadittu nykyaikainen ydinvoiman rauhanomaista käyttöä koskevat säännöt ympäri maailman. Ydinvoiman käytön periaatteiden pääasiallisina ohjenuorina ovat, että käytön hyötyjen on oltava haittoja suuremmat ja sen on aina oltava turvallista. Esimerkiksi Suomessa ydinenergialaissa ([2]) määrätään 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. Päävastuu valvonnasta on aina paikallisella viranomaisella. Esimerkkinä tyypillisestä kaupallisen ydinvoiman valvontajärjestelmästä tässä annetaan suomalainen valvonta.

Suomen vaakunaleijona

Työ- ja elinkeinoministeriö eli TEM vastaa ydinenergian ylimmästä valvonnasta sekä ydinenergian käytön johdosta Suomessa. Ministeriö valmistelee alan lainsäädännön ja huolehtii sen täytäntöönpanosta. TEM osallistuu Suomen edustajana ydinalan kansainvälisten sopimusten valmisteluun. TEM valvoo Suomen ydinjätehuoltoa ja hallinnoi ydinsähkön hintaan lisätyistä maksuista kerättyä Valtion ydinjäterahastoa. TEM edustaa Suomea Euratomissa, IAEA:ssa ja OECD:n atomienergiajärjestössä (NEA) sekä pohjoismaisessa ydinturvallisuuden tutkimusohjelmassa (NKS).

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

Euratomin logo

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

IAEA:n logo

Kansainvälinen atomienergiajärjestö eli IAEA on Yhdistyneiden kansakuntien ydinenergiajärjestö, joka valvoo ydintekniikan ja ydinaineiden käyttöä kansainvälisesti. Sillä on valvontaoikeus kaikissa ydinsulkusopimuksen allekirjoittajamaissa. Ydinsulkusopimuksen piiriin kuuluvat Pakistania, Intiaa ja Israelia lukuun ottamatta kaikki maailman itsenäiset valtiot.

Ydinvoiman taloudellisuus[muokkaa | muokkaa wikitekstiä]

Lappeenrannan teknillisen yliopiston laskelman mukaan ydinvoima on Suomen olosuhteissa toiseksi halvin sähköntuotantomuoto tuulivoiman jälkeen. Suurin osa ydinvoiman kustannuksista on pääomakustannuksia. Yliopiston laskelmassa pääomakustannukset muodostavat 62 prosenttia kokonaiskustannuksista, kun reaalikorko on viisi prosenttia. Polttoaineen osuus ydinvoiman kustannuksista on vain 13 prosenttia. Loput 25 prosenttia ovat käyttö- ja kunnossapitokustannuksia, joihin sisältyy rahojen varaaminen ydinvoimalan purkamiseen ja ydinjätteen loppusijoitukseen.[69]

Ydinvoiman tuotantokustannuksia verrattuna muihin sähköntuotantomuotoihin
€/MWh
Olkiluoto 1 & 2 tuotantokustannus 2016[70] 21,9
Olkiluoto 3 arvioitu tuotantokustannus[71] 30–35
Tuulivoima[69] 41,4
Uusi ydinvoimala vanhan voimalan viereen[69] 42,4
Tavoitehinta Hanhikiven ydinvoimalalle[71] 50
Ydinvoimala uudelle laitospaikalle[69] 55,4
Maakaasuvoimala[69] 68,9
Puuta polttava voimala[69] 76,2
Aurinkosähkö[69] 99,6

Jos ydinvoimala aiheuttaa vahinkoja sivullisille, niin voimalaitoksen haltijan eli voimayhtiön täytyy korvata vahingot. Suomen ydinvastuulain mukaan taloudellinen vastuu on rajoittamaton. Voimayhtiön täytyy ottaa vastuuvakuutus, joka korvaa vahinkoja 700 miljoonaan euroon asti.[72][73]

Ydinsähkön hintaan on sisällytetty suuri joukko varsinaisen sähköntuotannon kustannusten ulkopuolisia odotettavissa olevia tai mahdollisia kustannuksia. Aivan kaikkia ulkoiskustannuksia ei ydinsähkön hinnan kuitenkaan arvioida sisältävän. Euroopan komission julkaisemassa tutkimuksessa on laskettu sähkön tuotannon ulkoiskustannuksia eri energianlähteillä. Ydinvoiman ulkoiskustannuksiksi tutkimuksessa saatiin 0,2–0,5 c/kWh. Tätä voi verrata hiileen (2–15 c/kWh), öljyyn (3–11 c/kWh), kaasuun (1–4 c/kWh), biomassaan (0–5 c/kWh) ja tuulivoimaan (0,05–0,25 c/kWh).[74]

Eri energiateknologioiden kehitykseen sijoitettujen resurssien määrä vaihtelee suuresti. Esimerkiksi vuonna 1999 Yhdysvalloissa ydinvoimaa tuettiin 685 miljoonalla dollarilla (n. 0,1 c/kWh) tuulivoiman tukiaisten ollessa 38,4 miljoonaa (n. 1 c/kWh) ja vesivoiman 3,8 miljoonaa dollaria (n. 0,001 c/kWh). Ydinenergian kehitystyön aikana 1947–1961 Yhdysvallat panosti erään arvion mukaan yhteensä 39,4 miljardin dollarin arvosta (15,30 dollaria/kWh) uuteen energianlähteeseen. Tätä on verrattu tuulivoiman tukeen, joka on ollut 1,2 miljardia dollaria (0,46 dollaria/kWh) yhtä pitkällä 15 vuoden jaksolla 1975–1989. Suhteutettaessa tuet nykypäivään asti tuotetun energian määrään on laskettu, että tuet nostaisivat ydinenergian hintaa laskennallisesti 1,2 c/kWh. Vastaavasti aurinkoenergian tuotantoa on tuettu 51 c/kWh ja tuulienergian tuotantoa 4 c/kWh.[75] OECD-maissa ydinenergian tutkimukseen panostettiin vuosina 1995–1998 16 miljardia dollaria. Tämä sisältää fuusiotutkimuksen. Samalla aikavälillä uusiutuvia energia ja energian säästöä tutkittiin OECD-maiden julkisilla varoilla 9 miljardilla dollarilla.[76]

Ydinvoima ja yhteiskunta[muokkaa | muokkaa wikitekstiä]

Ydinvoiman osuus energiantuotannosta eräissä maissa. Ruotsi on paljon ydinvoimaa käyttävä maa. Sen sähkö tuotetaan miltei pelkästään ydin- ja vesivoimalla, joten fossiilisten polttoaineiden 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 suurimmaksi osaksi fossiilisilla polttoaineilla. Vuonna 2005 uusiutuvien energianlähteiden osuus Tanskan energiantuotannossa oli 14 prosenttia, josta tuulivoimaa 3 prosenttia[77].
Pääartikkeli: Ydinvoimakeskustelu

Ydinvoiman käyttö on voimakkaasti polarisoitunut poliittinen kysymys ja sitä koskevaa keskustelua ja argumentointia esiintyy tuon tuostakin medioissa. Aiheen tiimoilta järjestetään myös mielenosoituksia, mainoskampanjoita ja muita mielenilmauksia. Ydinvoimakielteiset mielenosoitukset ovat myönteisiä yleisempiä, kun taas maksettuun ilmoitteluun turvautuu useammin atomivoimaa puolustava osapuoli.

Useimmissa mielipidemittauksissa ydinvoiman käyttö saa osakseen enemmän kannatusta kuin vastustusta.lähde? Vastustajia on kuitenkin merkittävä vähemmistö. Ydinvoiman lisärakentamisesta mittaukset antavat vaihtelevia tuloksia.[78]

Ydinvoimasta käytävä poliittinen kiistely on sikäli merkittävää, että ydinvoiman tuotantoon liittyy vahvasti poliittinen lupamenettely, johon yleensä liittyy laaja julkinen keskustelu. Ydinvoiman tuotantomäärä ei siis kasva tai vähene vapaasti kysynnän mukaan, vaan sen käytön sallimisesta ja rajoittamisesta päättävät vaaleilla valitut poliitikot. Viime vuosikymmenien näkyvällä ydinvoimakeskustelulla on tuntuva vaikutus nykypäivän ydinvoimapolitiikassa. Monissa maissa ydinvoiman käyttö on poliittisella päätöksellä pysähtynyt tai kääntynyt laskuun.[34]

1950–1980-luvuilla ydinvoiman kasvu oli erittäin nopeaa ja eräissä maissa, kuten Ranskassa, sillä korvattiin fossiilisten polttoaineiden käyttö sähköntuotannossa lähes kokonaan.[79] Suomi ja Ruotsi (ks. kaavio oikealla) ovat esimerkkejä maista, joissa ydinvoiman tuotantoa on pitkään kasvatettu määrätietoisesti. Sen seurauksena fossiilisten polttoaineiden osuus kokonaisenergiantuotannosta on selvästi pienempi 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. Maiden energiantuotanto tapahtuu enimmäkseen fossiilisilla polttoaineilla samalla kun uusiutuvien energianlähteiden käyttöä on pyritty lisäämään. Maat ovat keskittyneet lähinnä tuulivoiman lisärakentamiseen biopolttoaineiden ja vesivoiman ollessa näissä maissa mahdollisuuksiltaan rajallisia.

Huoltovarmuuden kannalta ydinvoima muodostuu lähiaikoina Suomessa merkittäväksi tekijäksi. Fennovoiman suunnitteilla oleva Hanhikiven ydinvoimala sekä rakenteilla oleva Olkiluoto 3 lisäävät Suomen ydinvoimakapasiteetin noin kaksi kertaa nykyistä suuremmaksi. Suurten ja alueellisesti erittäin keskitettyjen tuotantopaikkojen vuoksi ydinvoima on myös haavoittuva energiantuotantotapa. Sotilaallinen tai terrori-isku esimerkiksi Olkiluodon tai Loviisan ydinvoimala-alueille voisi aiheuttaa merkittävää haittaa esimerkiksi pääkaupunkiseudulla mahdollisen säteilylaskeuman vuoksi. Toisaalta myös sähkönsaanti voisi vaikeutua merkittävällä tavalla.[80]

Ydinvoiman tulevaisuus[muokkaa | muokkaa wikitekstiä]

Ydinvoiman kehitystyö jatkuu aktiivisena ympäri maailman. Ydinvoimalle etsitään jatkuvasti uusia sovelluskohteita ja olemassa olevaa 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.

Kasvava energiantarve ja Kioton ilmastosopimus on saanut monet maat rakentamaan tai suunnittelemaan lisäydinvoiman rakentamista, ja kasvanutta kysyntää varten on lisättävä uraanintuotantoa. Uraanin riittävyys ydinenergian tarpeisiin riippuu siitä, miten paljon ydinvoiman tuotanto kasvaa ja mitä teknologiaa uusi ydinvoima tulee hyödyntämään. Koska uraania on kallioperässä runsaasti, uraanin riittävyys sinänsä ei muodosta teknistä estettä ydinvoiman käytön laajallekaan lisäämiselle (ks. artikkeli uraanin esiintyminen).

Ympäristötoimittaja Rob Edwards on esittänyt, että uraanin kysynnän kasvu voi johtaa uraanintuotannon lisääntymiseen erityisesti kehitysmaissa. Tämä saattaisi pahentaa kaivostoiminnan ympäristövaikutuksia, koska kehitysmaiden ympäristönormit ovat heikompia ja niiden valvominen on kehittynyttä maailmaa tehottomampaa[81]. Toistaiseksi kuitenkin suurin osa maailman uraanintuotannosta on pysynyt kehittyneissä maissa. Erityisesti Kanada ja Australia ovat lisänneet tuotantoaan, ja yhdessä ne tuottivat vuonna 2005 enemmän uraania kuin kaikki muut tuottajamaat yhteensä[37].

Ydinvoiman määrän tämänhetkistä kehitystä käsitellään edellä osiossa ydinvoiman käyttö.

Pieni modulaarinen reaktori[muokkaa | muokkaa wikitekstiä]

Suurten ydinvoimaloiden rakennusprojektien viivästymisten takia on alettu harkita pienempien reaktoreiden rakentamista. Alle 300 megawatin pieniä modulaarisia ydinreaktoreita (SMR, Small Modular Reactor) voitaisiin rakentaa sarjatuotantona tehtaassa ja kuljettaa laitospaikalle kokonaisina moduuleina. Tämä voisi nopeuttaa rakentamista ja alentaa kustannuksia.[82] Pienemmän tehon ansiosta pienreaktori voisi olla helpompi rakentaa turvalliseksi passiivisilla jäähdytysjärjestelmillä. Pienreaktoreita voitaisiin käyttää myös kaukolämmön tuotantoon. Pienreaktoreita ei ole vielä kaupallisesti saatavilla, mutta prototyyppejä on rakenteilla muun muassa Kiinassa. Suomessa pienreaktorit nousivat laajaan julkiseen keskusteluun vuonna 2017, kun Helsingissä, Espoossa, Kirkkonummella ja Nurmijärvellä tehtiin valtuustoaloitteet, joissa vaadittiin selvitystä pienreaktorien mahdollisuuksista sähkön ja kaukolämmön tuotannossa fossiilisten polttoaineiden korvaamiseksi.[83]

Hyötöreaktori[muokkaa | muokkaa wikitekstiä]

Hyötöreaktorit, jotka tuottavat uutta ydinpolttoainetta toimiessaan, voivat käyttää uraani-235:n (0,7 prosenttia maankuoren uraanista) lisäksi myös uraani-238:a (99,3 prosenttia maankuoren uraanista). Hyötöreaktoreissa voidaan uraanin lisäksi ydinpolttoaineena hyödyntää mahdollisesti huomattavasti yleisempää toriumia. Toistaiseksi toriumin käyttö ei ole ollut kannattavaa, koska uraania on saatavilla edullisesti, mutta tulevaisuudessa toriumilla voidaan mahdollisesti kasvattaa saatavilla olevan ydinpolttoaineen riittävyyttä. Koereaktorikokeita on tehty ympäri maailman, mutta teollisessa käytössä hyötöreaktoritekniikka on tällä hetkellä ainoastaan Venäjällä.[84][85]

Kasvavan kysynnän aiheuttama uraanin hinnan nousu voi johtaa hyötöreaktorien kehityksen nopeutumiseen, koska ne käyttävät uraania nykyisiä reaktoreita tehokkaammin. Hyötöreaktorien polttoaineeseen liittyy kuitenkin muun muassa ydinaseiden leviämiseen liittyviä riskejä,[81] ja MIT:n tekemän tutkimuksen mukaan ei ole odotettavissa, että uudet reaktori- ja polttoaineteknologiat pystyisivät yhtä aikaa vastaamaan kustannuksiin, turvallisuuteen, ydinjätteisiin ja ydinaseiden leviämiseen liittyviin riskeihin. Se suositteleekin nykyisen teknologian käyttämistä myös tulevina vuosikymmeninä.[86]

Kiihdytinreaktori[muokkaa | muokkaa wikitekstiä]

Eräs ydinreaktoreiden kehityssuunta on kiihdytinreaktori eli ADS (Accelerator Driven Systems). ADS saattaa muodostua merkittäväksi tavaksi hävittää pitkäikäisiä radioaktiivisia aineita ja tehdä samalla sähköä. Samaan pystyvät jossain määrin myös hyötöreaktorit. Tällä käsittelyllä käytetyn ydinpolttoaineen aktiivisuus putoaa 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. Yksi hyötöreaktoritekniikan kehitysalueista on niiden polttoainekierron kehittäminen sellaiseksi, ettei ydinaseisiin kelpaavia materiaaleja syntyisi.[87]

Fuusio[muokkaa | muokkaa wikitekstiä]

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 Cadaracheen Ranskaan. Kun ITER:n käyttö näillä näkymin 2025 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.[88]

Fuusioreaktorin polttoaineena käytettävää tritiumia voidaan tuottaa litiumista. Nykyisellä energiankulutuksella tunnetut litium-varannot kestäisivät 3 000 vuotta, ja merivedestä erotettu litium kestäisi 60 miljoonaa vuotta. Monimutkaisempaan fuusioprosessiin, joka käyttäisi vain deuteriumia merivedestä, polttoainetta riittäisi 150 miljardiksi vuodeksi.[89] Vertailuksi auringon jäljellä olevaksi eliniäksi arvioidaan 5 miljardia vuotta.

Katso myös[muokkaa | muokkaa wikitekstiä]

Lähteet[muokkaa | muokkaa wikitekstiä]

  1. Energia Suomessa, s. 247. Edita, 1999. ISBN 9513727459.
  2. a b c d BP Statistical Review of World Energy 2018 (Sivut 9 ja 48) BP. Viitattu 4.1.2019.
  3. http://web.mit.edu/newsoffice/2002/aaas3-0227.html
  4. http://www.vtt.fi/files/vtt/energyvisions/visions2050_summary.pdf
  5. a b c d e f Fells, N.: Nuclear Power, MS Encarta Online Encyclopedia, 2005.
  6. Highfield, R.: How does fusion power work?. The Daily Telegraph, Lontoo, 22.11.2006.
  7. Sneve, M.: What is an RTG?, IAEA Bulletin Volume 48, no. 1 , Vienna, 9/2006.
  8. WNA: Country Briefings, Lontoo, 2007.
  9. BP Statistical Review of World Energy 2018 (Sivut 43 ja 47) BP. Viitattu 6.1.2019.
  10. a b Nuclear Share of Electricity Generation in 2017 Power Reactor Information System. International Atomic Energy Agency. Viitattu 6.1.2019.
  11. a b c Operational Reactors by Country Power Reactor Information System. International Atomic Energy Agency. Viitattu 6.1.2019.
  12. Nuclear Energy Euroopan komissio. Viitattu 6.1.2019. (englanniksi)
  13. Under Construction Reactors Power Reactor Information System. International Atomic Energy Agency. Viitattu 6.1.2019.
  14. Trend in Electricity Supplied Power Reactor Information System. International Atomic Energy Agency. Viitattu 6.1.2019.
  15. Capacity for Competition, Investing for an Efficient Nordic Electricity Market Report the Nordic competition authorities 1/2007, ydinvoimasähkökapasiteetti ja Barsebäck s.67-68
  16. Helsingin yliopisto: Valtio-opin johdantokurssin luennot ja luentomateriaali, 2005
  17. Terry Macalister: Sweden lifts ban on nuclear power. The Guardian, London, 5.2.2009.
  18. Operational Reactors by Type Power Reactor Information System. International Atomic Energy Agency. Viitattu 6.1.2019.
  19. Energian hankinta ja kulutus (Liitekuvio 1. Energian kokonaiskulutus 2017) Suomen virallinen tilasto. 11.12.2018. Tilastokeskus. Viitattu 4.1.2019.
  20. Sähkön ja lämmön tuotanto (Liitekuvio 1. Sähkön tuotanto energialähteittäin 2017) Suomen virallinen tilasto. 1.11.2018. Tilastokeskus. Viitattu 4.1.2019.
  21. a b c d Hyvä tietää ydinvoimasta 2009. Energiateollisuus ry. Viitattu 27.1.2019.
  22. VTT:n FiR 1 -tutkimusreaktorin käytöstäpoisto Lupahakemus. 2017. Teknologian tutkimuskeskus VTT. Viitattu 26.1.2019.
  23. a b Suomen ydinvoimalaitokset 12.2.2018. Säteilyturvakeskus. Viitattu 4.1.2019.
  24. Helsinki osti ydinvoimalalle palan saarta Sipoosta 1970-luvulla – onko ydinenergialla tälläkään kertaa mahdollisuuksia? Yle Uutiset. 15.4.2018. Viitattu 20.1.2019.
  25. Teollisuuden Voima ja Areva sopuun Olkiluoto 3:n myöhästymisestä – TVO:lle satoja miljoonia euroja korvauksia Yle uutiset. 11.3.2018. Viitattu 18.3.2018.
  26. STUKin Olkiluoto 3:a koskevat uutiset vuosilta 2002-2013 Säteilyturvakeskus. Viitattu 18.3.2018.
  27. TVO ei aio hakea rakentamislupaa Olkiluoto 4:lle Yle uutiset. 24.6.2015. Viitattu 18.3.2018.
  28. Uutinen Helsingin Sanomien verkkosivulla 1.7.2010
  29. a b c d e f g h i j Ydinturvallisuus. Säteilyturvakeskus, 2004. ISBN 951-712-500-3. Teoksen verkkoversio (viitattu 2.12.2018).
  30. Slavchev, B.:Methods Development for Determination of Transuranic Radionuclides in Low Activity Waste and their Application in Intercomparison Exercise, 4th International Scientific Conference on Water Observation and Information System for Decision Support, Ohrid, Makedonia, 2010.
  31. How Stuff Works: How much coal is required to run a 100-watt light bulb 24 hours a day for a year?, Discovery Channel, 2000
  32. U.S. National Research Council: Surface mining: soil, coal, and society : a report. National Academy Press, Washington D.C., 1981. ISBN 0-309-03140-0
  33. European Commission Nuclear Observatory: Nuclear Fuel Cycle – Front-end, Euratom, 2010.
  34. a b Eduskunta: Ydinenergialaki 11.12.1987/990
  35. Hore-Lacey, Ian: Nuclear Electricity, Melbourne, Australia, 2003, ISBN 0-9593829-8-4.
  36. a b c d e Herring, J.: Uranium and thorium resource assessment, Encyclopedia of Energy, Boston University, Boston, USA, 2004, ISBN 0-12-176480-X.
  37. a b c d NEA, IAEA: Uranium 2005 – Resources, Production and Demand. OECD Publishing, 2.6.2006, ISBN 978-92-64-02425-0.
  38. a b c R. Price, J.R. Blaise: Nuclear fuel resources: Enough to last?. NEA News 2002 – No. 20.2, Issy-les-Moulineaux, Ranska.
  39. Deffeyes, K., MacGregor, I.: World Uranium resources Scientific American, Vol 242, No 1, January 1980, pp. 66–76.
  40. Ux Consulting Company: Ux U3O8 vs. CIS Prices. Roswell, Georgia, USA, 12.6.2007.
  41. Radioaktiivisten jätteiden ja päästöjen ryhmittely 4.3.2016. Säteilyturvakeskus. Viitattu 27.1.2019.
  42. a b Ydinjätteet ja niistä huolehtiminen maailmalla 24.8.2015. Säteilyturvakeskus. Viitattu 27.1.2019.
  43. Nuclear Energy Agency (NEA): Radioactive Waste Management in Perspective, Pariisi, 1996, ISBN 92-64-14692-X.
  44. OECD: Geological disposal of radioactive waste review of developments in the last decade, Pariisi, 2000, ISBN 92-64-17194-0.
  45. NEA: Strategic Areas in Radioactive Waste Management, Pariisi, 1999.
  46. End the nuclear age: Waste
  47. a b Thomas Bruckner et al.: Technology-specific Cost and Performance Parameters (Taulukko A.III.2) Climate Change 2014: Mitigation of Climate Change. Contribution of Working Group III to the Fifth Assessment Report of the Intergovernmental Panel on Climate Change. 2014. IPCC. Viitattu 20.1.2019. (englanniksi)
  48. Thomas Bruckner et al.: Energy Systems (Sivu 516) Climate Change 2014: Mitigation of Climate Change. Contribution of Working Group III to the Fifth Assessment Report of the Intergovernmental Panel on Climate Change. 2014. IPCC. Viitattu 20.1.2019. (englanniksi)
  49. IPCC: Climate Change 2007: Mitigation of Climate Change. Cambridge University Press, Cambridge, United Kingdom and New York, NY, USA. Sivu 107. ISBN 9780521705981.
  50. IPCC: Climate Change 2007: Mitigation of Climate Change. Cambridge University Press, Cambridge, United Kingdom and New York, NY, USA. Sivu 112. ISBN 9780521705981.
  51. IPCC: Climate Change 2007: Mitigation of Climate Change. Cambridge University Press, Cambridge, United Kingdom and New York, NY, USA. Sivu 13. ISBN 9780521705981.
  52. IEA: How the Energy Sector Can Deliver on a Climate Agreement in Copenhagen. Sivut 17 – 18.
  53. IPCC: Climate Change 2007: Mitigation of Climate Change. Cambridge University Press, Cambridge, United Kingdom and New York, NY, USA. Sivu 253. ISBN 9780521705981.
  54. IEA: IEA Technology Essentials – Nuclear Power. Sivu 1.
  55. IAEA: The Safety of Nuclear Power. Wien, 1992, ISBN 92-0-100192-4.
  56. NEA: Nuclear Electricity Generation: What Are the External Costs?. OECD, Pariisi, 2000, ISBN 92-64-02153-1.
  57. Ydinvoima Pohjolan Voima. Viitattu 19. kesäkuuta 2007. (suomeksi)
  58. Paljonko nykyiset ydinvoimalat päästävät säteilyä ympäristöönsä, lähelle ja kauemmas? 2015. Säteilyturvakeskus. Viitattu 6.10.2018.
  59. a b Fukushima Dai-­ichi -­ydinvoimalaitoksen onnettomuus 16.5.2011. Säteilyturvakeskus. Viitattu 2.12.2018.
  60. a b Ydinlaitos- ja säteilytapahtumien kansainvälinen vakavuusasteikko INES Säteilyturvakeskus. Viitattu 15.12.2018.
  61. World Health Organization report explains the health impacts of the world's worst-ever civil nuclear accident 13.4.2006. Maailman terveysjärjestö WHO. Viitattu 15.12.2018.
  62. Tšernobylin ydinvoimalaitoksen onnettomuus Säteilyturvakeskus. Viitattu 15.12.2018.
  63. The Chernobyl Forum: 2003–2005. Second revised version (Sivut 32 ja 33) 2006. International Atomic Energy Agency. Viitattu 15.12.2018.
  64. a b Fukushiman ydinvoimalaitoksen onnettomuus Säteilyturvakeskus. Viitattu 15.12.2018.
  65. Fukushiman Daiichin ydinonnettomuus oli psykologinen, sosiaalinen ja taloudellinen katastrofi Säteilyuutiset. 2016. Säteilyturvakeskus. Viitattu 15.12.2018.
  66. Hornyak, Tim: Clearing the radioactive rubble heap that was Fukushima Daiichi, 7 years on Scientific American. 9.3.2018. Viitattu 15.12.2018. (englanniksi)
  67. a b c d e Ydinmateriaalivalvonta kansainvälisen asevalvonnan edelläkävijänä 2004. Säteilyturvakeskus. Viitattu 2.3.2019.
  68. Disposal of weapons plutonium in the U.S. and Russia: Issues and options for the G-8 2000. Nuclear Control Institute.
  69. a b c d e f g Vakkilainen, Esa; Kivistö, Aija: Sähkön tuotantokustannusvertailu 2017. Lappeenrannan teknillinen yliopisto. Viitattu 8.12.2018.
  70. TVO:lla tasaisen tuotannon vuosi, Olkiluoto 3 etenee suunnitellusti Satakunnan Kansa. 28.2.2017. Viitattu 8.12.2018.
  71. a b Asiantuntija-arvio: Olkiluoto 3:sta edullista sähköä, osakkaille sovintosopimuksella hyvä kauppa Satakunnan Kansa. 12.3.2018. Viitattu 8.12.2018.
  72. Ydinlaitoksen haltijalla on rajoittamaton vastuu Työ- ja elinkeinoministeriö. Viitattu 16.12.2018.
  73. Ajantasainen lainsäädäntö: Ydinvastuulaki 484/1972 Finlex. Viitattu 16.12.2018.
  74. Euroopan unionin komissio: External Costs – Research results on socio-environmental damages due to electricity and transport, Bryssel, 2003, ISBN 92-894-3353-1
  75. Goldberg, Marshall: Federal Energy Subsidies: Not All Technologies Are Created Equal, Washington, 2000.
  76. World Energy Assessment Overview: 2004 Update, s. 73)
  77. Energy Balances of OECD Countries, IEA/OECD Paris, 2005
  78. Esim. Euroopan Unionin maat: Eurobarometer 271 Euroopan Komissio. Viitattu 27. joulukuuta 2007. (englanniksi)
    Yhdysvallat: Jones, Jeffrey M.: U.S. Support for Nuclear Power Climbs to New High of 62% Gallup.com. 22. maaliskuuta 2009. Gallup, Inc.. Viitattu 29.3.2010. (englanniksi)
  79. Choppin et al.: Principles of Nuclear Power, 19. luku kirjasta Radiochemistry and Nuclear Chemistry, MA, USA, 2002, ISBN 0-7506-7463-6.
  80. YLE Uutiset: Energiaprofessori: Ydinvoima tekee Suomen lamauttamisesta helppoa (html) 21.5.2011. YLE. Viitattu 25.2.2012. (suomeksi)
  81. a b Rob Edwards: Human health may be the cost of a nuclear future. New Scientist, 2006, nro 2555. Osa artikkelista luettavissa [1]
  82. Ydinvoimalan voi pian koota rekkaan mahtuvista moduuleista – Pienreaktorit mullistavat ydinvoimabisnestä Yle Uutiset. 28.9.2017. Viitattu 13.1.2019.
  83. Haave omasta pienestä ydinvoimalasta villitsee kuntia – vaatisi ydinenergialakien perusteellisen mylläyksen Tekniikka & Talous. 22.12.2017. Viitattu 13.1.2019.
  84. IAEA: Thorium based fuel options for the generation of electricity: Developments in the 1990s, Wien, 2000, IAEA-TECDOC–1155, ISSN 1011-429
  85. Cohen, B.: Breeder Reactors: a Renewable Energy Source, American Journal of Physics, 51, Melville, NY, USA, 1/1983, ISSN 0002–9505.
  86. Beckjord, Eric S. et al.: The Future of Nuclear Power – AN INTERDISCIPLINARY MIT STUDY 2003. Massachusetts Institute of Technology.
  87. An Introduction to Argonne National Laboratory's INTEGRAL FAST REACTOR (IFR) PROGRAM
  88. Sippola, Jussi: Ihmiskunnan pelastusrengas Helsingin Sanomat. 24.12.2018. Viitattu 12.1.2019.
  89. http://www.fusie-energie.nl/artikelen/ongena.pdf

Aiheesta muualla[muokkaa | muokkaa wikitekstiä]

Commons
Wikimedia Commonsissa on kuvia tai muita tiedostoja aiheesta ydinvoima.

Tämä luettelo sisältää ydinvoimaa käsitteleviä tieteellisiä ja viranomaissivustoja sekä muita epäpoliittisia sivustoja. Linkkejä ydinvoimaa vastaan tai sen puolesta kampanjoiville sivustoille löytyy artikkelista ydinvoimakeskustelu.

Yliopistojen ja tutkimuslaitosten sivuja[muokkaa | muokkaa wikitekstiä]

Ydinvoima-alan viranomaisten ja hallitustenvälisten järjestöjen sivuja[muokkaa | muokkaa wikitekstiä]