Kun atomiytimet halkeavat ydinreaktorissa, vapautuu valtavasti energiaa, mutta luonto ei anna sitä ilmaiseksi. Reaktorin käytetty uraanipolttoaine on voimalan jätteistä kaikkein vaarallisinta. Sen radioaktiivisuus on ylivoimaisesti suurin ja kestää pisimpään.
Ydinvoima tuo myös ydinjätteet
Tietopaketti kertoo, mitä niille Suomessa tehdään
Asiantuntijana koosteessa Esko Ruokola, Säteilyturvakeskuksen johtava asiantuntija
mutta luonto ei anna sitä ilmaiseksi. Reaktorin käytetty uraanipolttoaine
on voimalan jätteistä kaikkein vaarallisinta. Sen radioaktiivisuus on
ylivoimaisesti suurin ja kestää pisimpään.
Polttoaine, uraani, on reaktorissa pieninä keraamisina nappeina. Napit on ladottu peräperää noin nelimetrisiksi sormen paksuisiksi polttoainesauvoiksi, joita peittää zirkoniumkuori. Sauvat taas on koottu yhteen ritilöillä, ja niitä nostellaan ja siirrellään 60-130 kappaleen nippuina.
Joka vuosi osa polttoainesauvoista, enintään kolmannes, poistetaan reaktorista ja vaihdetaan uusiin. Tuoreeseen polttoaineeseen voi tarttua työrukkasilla, mutta käytettyä on käsiteltävä kauko-ohjatusti säteilysuojan takaa; suojaksi tarvitaan joko metrin betoniseinä tai muutama metri vettä. Käytetty polttoaine tuottaa myös lämpöä, mikä hankaloittaa sen käsittelyä.
Suomen neljästä voimalasta polttoainejätettä kertyy vuosittain noin 70 tonnia. Kun voimalan käyttöikä on 50-60 vuotta ja mukaan lasketaan myös Olkiluodon rakenteilla oleva voimala, runsaasti säteilevää jätettä kertyy vuosien mittaan noin 5 500 tonnin potti.
Fissiosta hurjasti energiaa
Ydinvoimala on lämpövoimala, ei periaatteessa sen kummempi. Lämmön avulla tehdään vedestä höyryä, joka pyörittää turbiineja, jotka jauhavat sähköä, joka johdetaan teollisuuden voimaksi tai koteihin käyttämään pesukonetta ja televisiota.
Lämmön synnyttää uraanin isotooppi 235. Kun sen ydin fissioituu eli halkeaa kahdeksi kevyemmäksi atomiytimeksi, vapautuu samalla energiaa. Tämä atomiydinten sidosenergia on se, joka aamukahvisi keittää - ja jonka varassa on tällä haavaa peräti neljäsosa Suomen sähköntuotannosta.
Kuinka hurja ilmiö fissio on, siitä kertoo se, että keskikokoinen reaktori muuttaa ainetta energiaksi alle kilon vuodessa.
Mutta fissiolla on hintansa. Syntyvät uudet ytimet, kuten jodi, cesium ja teknetium, ovat radioktiivisia.
Uraaniytimen potkaisee halki nopeasti liikkuva neutroni, joita halkeamisissa syntyy aina uusia. Niiden ansiosta ketjureaktio jatkuu reaktorin sydämen polttainesauvoissa. Aina neutroni ei kuitenkaan halkaise uraania vaan jää joskus ytimen osaksi. Tämä reaktio, neutronikaappaus, synnyttää raskaita transuraaneja, kuten neptuniumia, plutoniumia, amerikiumia ja curiumia. Säteileviä nämäkin.
Kovaa vauhtia kiitävät neutronit osuvat väistämättä myös reaktorin paineastian seinämiin. Tällöin terässeinän neutraalit alkuaineet voivat muuttua radioaktiivisiksi. Kun reaktori on aikanaan työnsä tehnyt, neutronikaappausreaktioiden takia siitä itsestäänkin on tullut säteilevää jätettä.
Syntyy rikas säteilykimara
Tuoreessa polttoaineessa on fissioituvaa uraani 235:tä vain 4 prosenttia, loput 96 prosenttia on uraanin isotooppia 238. Kun sauvat poistetaan reaktorista, fissiotuotteita on noin 3 prosenttia ja transuraaneja noin 1 prosentti. Loppu uraani on liki entisellään.
Käytetystä polttoaineesta lähtee kaikenlaista säteilyä: kevyitä beetahiukkasia eli elektroneja, raskaita alfahiukkasia ja tiukkaa, läpitunkevaa gammasäteilyä.
Radioaktiiviset isotoopit hajoavat ja muuttuvat muiksi, eräät sekunneissa, toiset miljardeissa vuosissa. Säteilykimara on rikas, ja sen hupenemiseen kuuluu monenlaisia, monivaiheisia reaktioita.
Polttoaineeseen syntyvät transuraanit, kuten plutonium, voivat vielä haljeta ja tuottaa energiaa. Käytetystä ydinpolttoaineesta on mahdollista ottaa plutonium talteen, yhdistää se uraaniin ja käyttää toistamiseen reaktorissa. Suomen polttoaineelle jälleenkäsittelyä (ks. s. 40) ei tehdä, koska se ei kannata, ja lisäksi meidän lakimme kieltää viemästä käytettyä polttoainetta maasta.
Jälleenkäsittely ei kuitenkaan poista jäteongelmaa: myös siitä jää runsasaktiivista jätettä, joka on varastoitava vuosituhansiksi.
Jäähy helpottaa käsittelyä
Kuluneita polttoainesauvoja säilytetään ensin reaktorin kupeessa vesialtaissa, sitten ne siirretään voimalaitosalueella sijaitsevaan välivarastoon. Veden alla niput odottavat loppusäilytystä 20-50 vuotta.
Sauvojen radioaktiivisuus vähenee nopeasti: vuodessa se putoaa noin sadasosaansa. Monet kaasumaiset isotoopit ehtivät miltei säteillä säteilynsä loppuun. Samalla sauvat jäähtyvät. Vuoden varastoinnin jälkeen yhdellä tonnilla polttoainetta on lämpötehoa noin 10 kilowattia eli saman verran kuin saunan kiukaalla.
Kun 40 vuotta on kulunut, aktiivisuutta on jäljellä enää tuhannesosa. On otollinen hetki aloittaa loppusijoitus kallioperään.
Radioaktiivisuus vähenee omaan luonnolliseen tahtiinsa riippumatta siitä, onko ydinpolttoaine maan päällä vai sen uumenissa, mutta geologinen loppusijoitus pienentää onnettomuuden tai terrorismin riskiä. OECD-maiden ydinenergiajärjestö NEA (Nuclear Energy Agency) totesi 1995, että geologinen loppusijoitus on suositeltavin ydinjätehuollon strategia, koska se ottaa huomioon sukupolvien välisen oikeudenmukaisuuden. Ken kuluttaa, se siivotkoon ja maksakoon.
Ydinjätteiden aktiivisuudet
MBq/kg
Runsasaktiivinen yli 10 000
Keskiaktiivinen 1-10 000
Vähäaktiivinen jäte alle 1
Säteilyn aktiivisuuden yksikkö becquerel (Bq) tarkoittaa, että sekunnissa tapahtuu yksi radioaktiivinen hajoaminen. Se on vähän, ja siksi mitaksi otetaan käytännössä yleensä miljoona becquereliä (MBq). Taulukko kertoo aktiivisuudet yhtä ainekiloa kohti.
Polttoaineen aktiivisuus
MBq/kg
Reaktorista poistettaessa 5 000 000 000
Kun vuosia on kulunut 1 80 000 000
100 3 000 000
1 000 100 000
10 000 30 000
100 000 3 000
Runsasaktiiviset polttoainesauvat siirtyvät keskiaktiivisten jätteiden kastiin noin 30 000 vuodessa.
