Tšernobylissä tuhoutui ydinvoimalan nelosreaktori. Radioaktiivisen polttoaineen lennätti taivaan tuuliin räjähdystä seurannut tulipalo. Kuva: Carl A. Willis/Wikimedia Commons
Tšernobylissä tuhoutui ydinvoimalan nelosreaktori. Radioaktiivisen polttoaineen lennätti taivaan tuuliin räjähdystä seurannut tulipalo. Kuva: Carl A. Willis/Wikimedia Commons
Fukushimassa järistys katkaisi sähköt ja tsunami vei varavoiman. Jäähdysjärjestelmä lakkasi toimimasta ja jäähdystysvedet kiehuivat kuiviin. Reaktorit eivät räjähtäneet, joten päästöt jäivät Tšernobyliä vähäisemmiksi. Kuva:  IAEA/Wikimedia Commons
Fukushimassa järistys katkaisi sähköt ja tsunami vei varavoiman. Jäähdysjärjestelmä lakkasi toimimasta ja jäähdystysvedet kiehuivat kuiviin. Reaktorit eivät räjähtäneet, joten päästöt jäivät Tšernobyliä vähäisemmiksi. Kuva: IAEA/Wikimedia Commons

Kaksi historian pahinta ydinvoimalaonnettomuutta johtuivat aivan erilaisista syistä. Yhteistä niille on ydinreaktorin vahingoittuminen ja säteilypäästö.  

TEKSTI: JANNE KOIVUKOSKI, MATTI JANTUNEN JA JUSSI PAATERO

 

25 vuotta sitten, 26. huhtikuuta 1986, tapahtui Tšernobylin ydinvoimalassa Neuvostoliitossa onnettomuus, joka muutti suhtautumista ydinvoimaloiden turvallisuuteen. Ennen Tšernobyliä uskottiin, että ydinvoimalaonnettomuus ei voi aiheuttaa merkittäviä vaikutuksia voimalaitoksen lähialuetta etäämmällä.

Näin oli päätelty ydinreaktoreiden todennäköisyyslaskentaperusteisissa turvallisuusanalyyseissä. Ihmisen aiheuttama onnettomuus kuitenkin osoitti, että voimalaitoksesta vapaaksi pääsevät kaasut ja hiukkaset voivat levitä tuhansien kilometrien päähän.

Tänä keväänä 11. maaliskuuta sattui Japanin koillispuolella suuri maanjäristys, joka aiheutti maan pääsaaren koillisrannikolla suurimman tsunamin tuhanteen vuoteen.

Tuho oli valtava. Lähes 30 000 ihmistä kuoli. Omaisuutta ja rakenteita tuhoutui niin, että yli puoli miljoonaa ihmistä joutui välittömän avun tarpeeseen loukkaantumisen tai elämän perusedellytysten katoamisen takia. Luonnonmullistus vaurioitti vakavasti myös Fukushiman Dai-ichin ydinvoimalaitoksen kolmea reaktoria.

Näiden neljännesvuosisadan välein tapahtuneiden onnettomuuksien erot ovat suuret, mutta yhteistä niille on ydinreaktorien vahingoittuminen ja säteilypäästö.

Energiapiikki räjäytti reaktorin

Tšernobylin onnettomuus tapahtui grafiittihidasteisessa reaktorissa. Ydinreaktiossa syntyvien nopeiden neutronien hidastamiseen käytetään tässä reaktorityypissä veden sijaan grafiittia, joka on puhdasta hiiltä ja syttyy palamaan korkeissa lämpötiloissa. Lisäksi reaktorin säätösauvat toimivat hitaasti: pikasammutuskin kestää 20 sekuntia.

Asiat menivät kohtalokkaasti vikaan, kun voimalaitoksella tehtiin hätäjäähdytysjärjestelmien sähkönsyöttöön liittynyttä koetta. Ennen koetta reaktoria oli suunnitelmista poiketen ajettu ajettu puoli vuorokautta vajaalla teholla. Tämän vuoksi reaktori oli epävakaassa tilassa, ja koetilanne synnytti suuren energiapiikin. Se räjäytti reaktorin kannen pois paikaltaan ja sytytti grafiitin palamaan.

Hitautensa takia säätösauvat ehtivät osittain sulaa tai palaa, eivätkä ne toimineet halutulla tavalla. Reaktorissa ei ollut lainkaan kaasutiivistä suojarakennusta, ja tulipalon lämpö nosti osan reaktorin polttoaineesta suoraan ilmaan kilometrin–puolentoista korkeuteen. Tämä radioaktiivinen saaste levisi sitten ympäri pohjoista pallonpuoliskoa.

Tsunami katkaisi jäähdytyksen

Fukushima Dai-ichin kaikissa kuudessa reaktorissa reaktion hidasteena ja jäähdytysaineena käytetään vettä, kuten valtaosassa maailman voimalaitosreaktoreita. Tällainen reaktori on mahdollista sammuttaa muutamassa sekunnissa. Jälkilämpö siirretään sitten höyrystymisen kautta pois reaktorista.

Reaktorit vaurioituivat, kun maanjäristys katkaisi ensin voimalaitoksesta sähköt ja tsunamiaalto lopetti dieselkäyttöisten varavoimageneraattorien toiminnan.

Käytössä olleilla yksiköillä oli lisäksi sähköstä riippumaton reaktorisydämen jäähdytysjärjestelmä, ykkösellä eristyslauhdutin, kakkosella ja kolmosella höyryturbiinikäyttöinen pumppu. Niillä jäähdytystä onnistuttiin jatkamaan useita tunteja onnettomuuden jälkeen, mutta nekin menetettiin, kun akut ehtyivät ja lauhdutusaltaan vesi kuumeni.

Tämän jälkeen sekä reaktoreiden että käytetyn polttoaineen altaiden jäähdytys loppui. Järjestelmät kiehuivat enemmän tai vähemmän kuiviin, ylikuumenivat ja vaurioituivat.

Palo levitti polttoainetta

Tšernobylissä ydinreaktorin räjähdys paljasti ydinpolttoaineen, ja tulipalon seurauksena sitä pääsi suuri määrä sellaisenaan ilmakehään. Päästö saatiin loppumaan tavalla, joka luultavasti oli ainoa mahdollinen: reaktori haudattiin aluksi hiekkaan ja betoniin, ja myöhemmin sen päälle rakennettiin betoninen suojakuori.

Japanissa ydinreaktoreiden suojarakennukset ovat pysyneet koossa ja reaktorisydämiä on pyritty jäähdyttämään syöttämällä paineastioihin vettä. Se ei ole koko aikaa onnistunut, vaan polttoaine on vaurioitunut jäähdytyksen riittämättömyyden vuoksi. Hiukkas- ja kaasumuodossa olevia radioaktiivisia aineita on päässyt ja tietoisesti päästetty vesihöyryn mukana ilmakehään, jotta höyrynpaine ei rikkoisi tärkeitä suojarakenteita.

Myös käytetty polttoaine on päässyt kuumenemaan jäähdytysongelmien vuoksi. Seurauksena on ollut vetyräjähdyksiä, jotka ovat tuhonneet voimalaitoksen rakenteita ja ainakin jossain määrin myös sen suojarakennuksia. Vetyä syntyy kuumien polttoaine-elementtien zirkonium-metallin reagoidessa vesihöyryn kanssa.

Säilytysaltaissaan kuiville jääneet polttoaine-elementit lähettävät suoraa säteilyä lähiympäristöön. Tämä säteily kohdistuu pääosin ylöspäin taivaalle ja heijastuu takaisin ilmakehän molekyyleistä sironneena.

Nyt reaktorien ja käytetyn polttoaineen jäähdytys toimii jälleen, mutta improvisoiduilla hätäratkaisuilla. Kunnollisen jäähdytyksen palauttaminen vaatinee kokonaan uusien järjestelmien ja lauhduttimien rakentamisen reaktoreihin sekä jäähdytysaltaisiin. Tämä vie kuukausia. Reaktorit eivät palaa toimintaan, mutta niiden purkutyöhön päästäneen vasta parin vuosikymmenen päästä.

Laskeumat eri luokkaa

Mitä radioaktiivisia aineita onnettomuuksissa pääsi ympäristöön, ja miten ne ovat vaikuttaneet?

Tšernobylistä levisi huhti-toukokuussa 1986 kaksi koostumukseltaan ja alueelliselta jakaumaltaan erilaista laskeumaa. Ensimmäinen oli peräisin reaktorin räjähdyksestä, joka sinkosi pölynä ilmaan noin kolme prosenttia reaktorin polttoaineesta. Laskeuman koostumus vastasi reaktorin polttoaineen koostumusta räjähdyshetkellä. Suomessa siitä mitattiin muun muassa plutoniumin, strontiumin, zirkoniumin, niobiumin, bariumin ja ceriumin radioaktiivisia isotooppeja.

Fukushiman onnettomuus ei räjäyttänyt reaktoreita eikä paljastanut reaktoripolttoainetta suoraan ulkoilmaan, joten se ei ole aiheuttanut vastaavaa päästöä.

Toinen Tšernobylin laskeuma koostui jodi-131:stä ja -133:sta sekä cesium-134- ja -137-isotoopeista, jotka haihtuivat ilmaan palavan reaktorin kuumuudessa kymmenen päivän aikana. Niitä pääsi ilmojen teille 10–20 prosenttia reaktorin sisällöstä.

Näitä isotooppeja karkasi myös Fukushimassa. Niiden laskeumat ovat Fukushiman alueella nyt samaa suuruusluokkaa kuin Tšernobylin laskeuma aikanaan oli Suomessa ja Ruotsissa. 

Kansainvälisen atomienergiajärjestön IAEA:n raportoimat korkeimmat säteilyannosnopeudet Fukushiman evakuointialueella ovat olleet jonkin verran suurempia kuin Pohjoismaissa Tšernobylin jälkeen mitatut.

Silloin Pohjoismaissa jouduttiin määräämään muutamille elintarvikkeille käyttö-, myynti, vienti- ja tuontirajoituksia. Lisäksi autojen, traktoreiden ja asuintalojen ilmastointilaitteiden suodattimien vaihtamiseen annettiin erityisohjeita. Kalojen, sienien, poronlihan ja marjojen radioaktiivisuutta on tarkkailtu näihin päiviin asti, ja yksittäisiä rajoituksia oli voimassa useiden vuosien ajan onnettomuuden jälkeen.

Myös Fukushiman radioaktiivisuuspäästöjä havaittiin Suomessa 11 päivää tsunamin jälkeen. Japanin laskeumaon kuitenkin meillä vain murto-osa Tšernobylin onnettomuuden jälkeen mitatusta.

Cesiumia valui mereen

Fukushimassa oma lukunsa ovat suuret jodi- ja cesiumisotooppien päästöt mereen. Ne ovat kulkeutuneet hätäjäähdytyksessä käytetyn veden mukana. Jodi-isotooppien puoliintumisaika on niin lyhyt, että niiden vaikutus jää paikalliseksi ja parin kuukauden pituiseksi.

Cesium-137:n puoliintumisaika sen sijaan on peräti 30 vuotta, mutta vesi vaimentaa voimakkaasti sen säteilyä ja valtameri laimentaa pitoisuuksia. Niinpä myös cesiumin säteilyvaikutukset jäänevät vähäisiksi.

Kalastukseen tieto cesiumsaasteesta vaikuttaa luultavasti kauan, mutta lähinnä psykologisista syistä. Vähäravinteisissa vesistöissä cesium voi kerääntyä kaloihin, mutta meri ei ole tällainen vesistö.

Pelastajat saivat säteilyä

Näistä mittaustuloksista voisi päätellä, että Fukushiman onnettomuudesta ei Japanissa aiheudu olennaisesti suurempia ympäristö- ja terveysvaikutuksia kuin Tšernobylin onnettomuudesta Pohjoismaissa.

Ei ole tietoa, että Fukushiman hätäjäähdytykseen ja muihin pelastustöihin osallistuneet työntekijätkään olisivat saaneet akuutteja säteilysairauksia. Ilmoitetut säteilyannokset ovat pysyneet kohtuullisina. Koko operaation aikana työntekijöille kertyneistä annoksista saataneen myöhemmin tarkempaa tietoa, ja ne ovat luultavasti suurempia kuin tähän mennessä on raportoitu.

Tšernobylin alueella todettiin pelastustöihin osallistuneilla 134 akuuttia säteilysairautta, joihin kuoli samana vuonna 28 ja seuraavien 18 vuoden aikana 19 eli kaikkiaan 47 ihmistä. Laskennallisia onnettomuudesta aiheutuneita kuolemantapauksia on arvioitu aiheutuneen pelastustyöntekijöille ja lähialueen väestölle noin 2 000.

Arviot koko maailman ennenaikaisista syöpäkuolemista vaihtelevat tuhansista kymmeniintuhansiin riippuen muun muassa siitä, minkä kokoisen säteilyannoksen uskotaan lisäävän sairastuvuutta erilaisiin syöpiin.

Tiedon määrä räjähti

Tšernobylin ja Fukushiman välillä on ollut jättimäinen ero myös tiedonkulussa.

25 vuotta sitten Neuvostoliitto antoi ensimmäiset tiedot tapahtumasta vasta kaksi ja puoli vuorokautta onnettomuudesta ja puoli vuorokautta sen jälkeen, kun kohonneet säteilytasot oli jo havaittu Suomessa ja Ruotsissa ja niiden aiheuttajaksi päätelty reaktorionnettomuus.

Suomen viranomaisten omakaan tiedottaminen ei alkuun onnistunut, ja onnettomuutta onkin kutsuttu jälkeenpäin tiedotuskriisiksi. Tilannetta pahensi Suomessa käynnissä ollut virkamieslakko, jonka takia muun muassa leviämislaskelmille välttämätön Ilmatieteen laitoksen keskustietokone oli ajettu alas. Kun kännyköitä ei vielä ollut, avainhenkilöstöä jouduttiin kutsumaan töihin Yleisradion uutislähetysten yhteydessä luetuilla tiedotteilla.

Tänä keväänä tilanne oli olennaisesti toinen. Alustavasti analysoitu tieto maanjäristyksestä tuli Suomen viranomaisille noin 45 minuuttia järistyksen jälkeen. Sen perusteella saattoi jo ennustaa suuria tuhoja ja mahdollisen tsunamin.

Ydinvoimaloiden ongelmat tulivat julki ympäri maailmaa muutaman tunnin kuluessa maanjäristyksestä. Suoraa tv-kuvaa ja toimittajien raportteja oli nähtävissä tiedotusvälineistä ja varsinkin internetistä. Sosiaalinen media nopeutti osaltaan tiedon välittymistä. Voimalaitosalueella tapahtuneet vetyräjähdykset nähtiin lähes reaaliajassa televisiolähetyksissä, ja sen jälkeen niitä saattoi katsoa YouTubessa.

Erityisesti IAEA:n otettua tiedottamisvastuun päivittäiset tilanteet ovat olleet helposti ja luotettavasti internetissä kaikkien nähtävillä.

Ihmisten huoli terveydestään ja ympäristöstä sekä nopea tiedon saanti ovat lisänneet asiantuntijoihin kohdistuvaa painetta: on pystyttävä nopeasti kertomaan todellisista riskeistä ja tarvittavista toimista.

Joditablettien ostoryntäys osoitti, että tiedottamisessa ja tiedon omaksumisessa on vielä parantamisen varaa. Suomalaisilla ei ollut tänä keväänä syytä syödä jodia. Silloinkin kun tarvetta on, joditabletit pitää ottaa viranomaisten antamien ohjeiden mukaan, jotta niiden antama suoja olisi mahdollisimman oikea-aikainen.

Kotona ja vapaa-ajan asunnolla olisi kuitenkin hyvä pitää jodipurkki siltä varalta, että Suomessa tai Suomen lähialueella tapahtuu ydinonnettomuus. Onnettomuustilanteessa on liian myöhäistä lähteä apteekkiin, eikä viranomaisilla ole mahdollisuuksia jakaa joditabletteja kaikille tarvitseville.

Onnettomuuksista opitaan

Säteilyonnettomuuksiin varautuminen ja säteilyvalvontajärjestelmät ovat parantuneet Tšernobylin onnettomuuden jälkeen.

Suomessa säteilytilannetta voidaan nyt seurata reaaliajassa. Lähes koko Euroopassa on säteilymittausjärjestelmät, joiden tietoja vaihdetaan säännöllisin väliajoin. Myös menetelmät päästöjen ja mahdollisten laskeumien ennustamiseen ovat kehittyneet.

Jo Three Mile Islandin reaktorionnettomuus Yhdysvalloissa 1979, seitsemän vuotta ennen Tšernobyliä, tuotti reaktoriturvallisuuteen parannuksia. Onnettomuus aiheutui laitoksen teknisten järjestelmien vikaantumisketjusta, ja sen seurauksena reaktorin sydän osittain suli.

Japanin maanjäristys oli ensimmäinen luonnononnettomuus, joka aiheutti merkittäviin päästöihin johtaneen reaktorionnettomuuden. Järistykseen oli valmistauduttu, eikä sen voima ylittänyt voimalan suunnittelukriteerejä. 15 metrin tsunamiaalto sen sijaan ylitti kriteerit kolminkertaisesti.

Maanjäristyksen vaikutusalueella sijainneista 14 reaktorista kaikki kymmenen vuoden 1978 jälkeen valmistunutta selvisivät ilman merkittäviä vaurioita ja radioaktiivisia päästöjä. Sekä vaurioituneita että vauriotta selvinneitä laitoksia tutkimalla saadaan tietoa, jonka avulla turvallisuutta on edelleen mahdollista parantaa.

Fukushiman voimalassa pahoin vaurioituneet yksiköt 1–4 olivat tulleet suunnitellun käyttöikänsä päähän. Ne olisi siis pitänyt jo sulkea, mutta niiden käytölle oltiin anomassa lisäaikaa. Fukushiman onnettomuus on vakava varoitus sellaisesta politiikasta.

Janne Koivukoski on valmiusjohtaja sisäministeriössä, Matti Jantunen tutkimusprofessori Terveyden ja hyvinvoinnin laitoksen ympäristöterveyden osastossa ja Jussi Paatero laboratoriopäällikkö llmatieteen laitoksen havaintopalveluyksikössä. 

Julkaistu Tiede-lehdessä 5/2011

Julkaistu Tiede -lehdessä 5/2011

Maailman päästöt havaitaan Suomessakin

Suomen pintailmassa mitattuja radioaktiivisen cesium-137:n maksimipitoisuuksia:

Lähde     Vuosi  *μBq/m³
1960-luvun alun ydinasekokeiden saaste 1963 14 000
Vuoto maanalaisesta ydinasekokeesta Semipalatinskissa 1966 4800
Tšernobylin ydinvoimalaonnettomuus   1986 4 500 000
Vuoto maanalaisesta ydinasekokeesta Novaja Zemljalla 1987 15
Häiriö Sosnovyi Borin ydinvoimalaitoksella 1992 2700
Fukushiman ydinvoimalaonnettomuus   2011 300
     

 * Yksikkönä mikrobecquerelli

Luonnollinen radioaktiivisuus (radon-222 ulkoilmassa) on 500 000–10 000 000.