Taannoinen Neuvostoliitto tuotti ydinaseiden plutoniumia vuorten uumenissa, mutta kallio on järkevä paikka tavalliselle sähköä jauhavalle reaktorillekin. Jos se posahtaisi, paksu kivikerros sulkisi radioaktiiviset päästöt sisäänsä. Terrorismin uhkakin on helpompi torjua.




Julkaistu Tiede-lehdessä  4/2009



Suomen Keksijäin Keskusliiton puheenjohtaja Yrjö Rinta-Jouppi ehdotti viime vuonna, että sijoitettaisiin ydinvoimala "väestökeskuksen alle esimerkiksi 100 metriä kallioon". Näin pystyttäisiin hyödyntämään myös voimalan tuottama lämpö.

Viime vuosisadan tunnetut ydinfyysikot ja ydinaseiden kehittäjät Andrei Saharov ja Edward Teller ehdottivat aikanaan maanalaisia ydinvoimaloita. Saharov vaati 1989 jopa maanpäällisten reaktorien kieltämistä. Ydinvoimaa saisi rakentaa "vain maan alle ja siten, etteivät radioaktiiviset aineet voi onnettomuuden sattuessa joutua pohjaveteen".

Voimalaitostekniikan ammattilaiset tuntevat ajatuksen.

- Maanalaisista ydinvoimaloista puhutaan silloin tällöin, sanoo ydinenergiatekniikan professori Riitta Kyrki-Rajamäki Lappeenrannan teknillisestä yliopistosta. - On myös pohdittu, olisiko esimerkiksi lentokonetörmäyksen varalta hyvä, että ydinvoimala olisi osittain kuopassa.

Nyt terrorismin pelko suuntaa katseita kallioon. Viime kesänä fyysikko ja politiikan tutkija, tohtori Harold Feiveson ja hänen työtoverinsa Princetonin ja Marylandin yliopistoista kehottivat tutkimusraportissaan harkitsemaan ydinvoimaloiden rakentamista maan alle. Sabotaasi ja radioaktiivisen materiaalin irrottaminen pommeja varten vaikeutuisi.


50 vuotta 50 metriä syvällä

Täysin tyhjältä pöydältä maanalaista ydinvoimalaa ei tarvitse suunnitella. Haldenissa, Norjan kaakkoiskolkassa, on toiminut ydinreaktori kallion sisässä tarkalleen viisikymmentä vuotta. Laitosta pyörittää tutkimuslaitos Institutt for energiteknikk. 

Laitoksen tiedottaja Viktor A. Wikstrøm jr. kertoo sähköpostihaastattelussa, että kallio valittiin aikanaan sijoituspaikaksi, koska viereinen paperitehdas pystyi käyttämään voimalan tuottaman höyryn energiana.
- Mutta myös turvallisuusseikat vaikuttivat, hän lisää.

Reaktoria varten Tista-joen pohjoisrannalle louhittiin vuoren sisään noin 50 metrin pituinen tunneli. Tunnelin päähän rakennettiin reaktorihalli, jonka yläpuolella on 50 metriä kiveä.

Reaktori toimii tutkimusreaktorina ja tuottaa samalla höyryä. Sen lämpöteho on suurimmillaan 25 megawattia.
Reaktorissa kiertää raskas vesi. Lämpö siirretään toiseen putkistoon, jossa on tavallista vettä. Nämä putket tulevat ulos kalliosta lämmönsiirtimiin, joissa tuotetaan höyryä. Laitosta ohjataan kallion ulkopuolella sijaitsevasta valvomosta. Kun reaktori on käynnissä, reaktorihallissa ei ole ketään.


Piilossa tehtiin pommiainesta

Venäjällä on suunnilleen yhtä pitkä kokemus maanalaisesta ydinvoimasta kuin Norjassa. Neuvostoliitto rakensi 1950-luvulla maanalaisen "atomipuiston" Jenisein rannalle Zeleznogorskin suljettuun kaupunkiin, joka silloin oli nimeltään Krasnojarsk-24.

Samoin kuin Haldenissa vuoren kylkeen louhittiin vaakasuora tunneli, jonka päähän reaktorit sijoitettiin. Ensimmäinen reaktori valmistui 1958 ja tuotti plutoniumia ydinaseita varten; lämpöä ja sähköä saatiin sivutuotteena. Myöhemmin rakennettiin vielä kaksi reaktoria, mutta ne suljettiin vuonna 1992.

Asemateriaalia ei ole tehty enää pitkään aikaan, mutta ensimmäinen reaktori on toiminut tähän asti lämmön ja sähkön tuottajana. Nyt kaupunkiin rakennetaan tavallista lämmitysvoimalaa. Kun se valmistuu, maanalainen reaktori suljetaan.


Ruotsikin on kokeillut

Länsinaapurillammekin on ollut maanalainen ydinvoimala. Ruotsin ensimmäinen kaupallinen reaktori rakennettiin Ågestaan Tukholman seudulle kallioon louhittuun luolaan. Reaktorin päällä oli kiveä 15-20 metriä.

Voimalan sähköteho oli 10 megawattia. Lisäksi laitos tuotti kaukolämpöä 55 megawatin teholla. 

Ågestaverket toimi 1963-1974. Sitten laitos suljettiin, koska halvan öljyn takia toimin taa pidettiin kannattamattomana. Myös tekniikka oli jäänyt jälkeen kiristyneistä turvavaatimuksista.


Maan alle atomipuisto

Aivan äskettäin luolavoimaloita ei ole tehty, mutta suunnitelmia on, esimerkiksi Yhdysvalloissa Los Alamosin laboratoriossa, joka on yksi ydintutkimuksen suurista keskuksista maailmassa.

Kaksi laboratorion tutkijaa, geologi Wes Myers ja yhdyskuntatekniikan ja biokemian tohtori Ned Elkins, ovat kehitelleet ajatusta kokonaisesta maanalaisesta atomipuistosta. He olivat mukana suunnittelemassa ydinjäteluolaa Yuccavuorten tuhkakivimuodostumiin ja rupesivat miettimään, eikö voimalankin voisi panna kiven sisään.

Myersin ja Elkinsin konseptissa maanalaiset ydinreaktorit jäähdytettäisiin ilmalla kuten käytetty ydinpolttoaine. Suuret kaasukanavat kulkisivat maan   sisään ja sieltä ylös. Ydinjätteet sijoitettaisiin voimaloiden viereen, jolloin ydinmateriaalin kuljetukset vähenisivät ja turvallisuus paranisi tältä osin.


Vety ja sähkö supraverkkoon

Erityisen kiinnostavia ovat kaasujäähdytteiset korkean lämpötilan reaktorit, jotka pystyvät tuottamaan sähkön lisäksi myös vetyä.

Myers ja Elkins ehdottavat, että reaktorien ympärille rakennetaan suprajohtava sähköverkko eli SuperGrid. Vety jäähdytetään nesteeksi eli alle 253 pakkasasteeseen. Tämä hyisen kylmä neste syötetään putkeen, jonka keskellä kulkee jäähdytystä tarvitseva suprajohtava sähkökaapeli.

Vety ja sähkö jaetaan samaa verkkoa pitkin. Näin lyödään kaksi kärpästä yhdellä iskulla eli saadaan lähes nollattua sähkön siirtohäviöt ja ratkaistaan samalla vedyn kuljetusongelma.

Kun sähköverkko on tehokas, maanalaiset atomipuistot voidaan rakentaa parhaaseen mahdolliseen paikkaan. Myers ja Elkins suosittavat yhtenä vaihtoehtona Carlsbadin seutua New Mexicon osavaltiossa. Alueella on valmiita luolia kalikaivosten jäljiltä.


Pikkukaupunkiin ydinlämpöä

Yhdysvalloissa on myös pienimuotoisempia suunnitelmia. Hyperion Power Generation -yhtiö tarjoaa maanalaista reaktoria, joka tuottaa lämpöä 70 megawatin ja sähköä 25 megawatin teholla. Sähkö riittäisi muutamalle kymmenelle tuhannelle kotitaloudelle.

Reaktorin tekniikan on ideoinut fyysikko ja lasertutkija, aiemmin Los Alamosin laboratoriossa työskennellyt tohtori Otis Peterson. Reaktori on sylinteri, jonka poikkileikkaus on noin puolitoista metriä. Polttoaine riittää viideksi vuodeksi. Sen jälkeen koko reaktori käytettyine polttoaineineen viedään takaisin tehtaaseen ja ladataan uudestaan.

Suomessa puhutaan nyt ydinvoimalämmityksestä, mutta Ruotsissa Asea ja myöhemmin ABB suunnittelivat jo 1970- ja 1980-luvulla kaksi maan alle mahtuvaa ydinvoimalaa, nimeltään Secure ja Pius. Molemmissa polttoainelataus olisi riittänyt kolmeksikymmeneksi vuodeksi, ja onnettomuustilanteessa ne olisivat sammuneet itsekseen.
Secure on puhdas lämmityskattila, teholtaan 200 megawattia. Pius syntyi sen jatkona ja on suurehko sähkölaitos, jonka sähköteho on 640 MW ja lämpöteho 2 000 MW. Molemmat ratkaisut ovat nykyisenkin mittapuun mukaan hyvin edistyksellisiä, mutta ne hyllytettiin pitkäksi aikaa, kun kaikki ydinvoima julistettiin pannaan. Ehkä ne nostetaan hyllyltä nyt, kun Ruotsi on kääntänyt takkinsa ydinvoima-asiassa.


Ovi lukkoon, jos posahtaa

Maanalaisen ydinvoimalan etuja perustellaan ensimmäiseksi turvallisuudella. Tämän tueksi on kokemustakin.
Sveitsi rakensi 1966 lounaiseen Lucensin kuntaan maanalaisen kokeilureaktorin, jonka sähköteho oli seitsemän megawattia. Laitoksessa tapahtui 1969 onnettomuus, jossa reaktorin ydin suli - hieman samaan tapaan kuin Yhdysvaltain Harrisburgissa kymmenen vuotta myöhemmin.

Sveitsiläiset yksinkertaisesti pysäyttivät reaktorin ja sinetöivät luolan. Ulkopuolella onnettomuus ei tuntunut mitenkään. Päästöt jäivät luolan sisään.

Maanalainen sijoitus helpottaa myös suojautumista sabotaasia ja terrorismia vastaan. Princetonin ja Marylandin yliopiston tutkijat katsovat, että jos ydinvoimaa halutaan rakentaa, radioaktiivisen päästön mahdollisuus hyökkäystilanteessa on voitava eliminoida.

Kallion sisään on vaikea hyökätä. Jos terroristit saisivatkin maanalaisen voimalan haltuunsa ja jopa reaktorin sydämen sulamaan, päästöt pystyttäisiin silti rajaamaan maan alle.

Uudelleen ladattavissa pienreaktoreissa suljettu rakenne lisää niiden turvallisuutta. Radioaktiivinen materiaali sijoitetaan kammioon niin, että siihen on käyttöpaikalla erittäin vaikea päästä käsiksi.


Lisäturva maksaa

Maan alla on omat ongelmansa, varsinkin jos mennään syvälle. 

- Syntyy myös uusia riskejä, kuten jäähdytysveden tulviminen ja maanalaiset tulipalot, professori Kyrki-Rajamäki muistuttaa.

Jouduttaisiin kehittämään uusia turvallisuusjärjestelmiä, esimerkiksi radioaktiiviset vuodot pohjavesiin pitää estää. Onneksi ratkaisuja on jo kehitetty, kun on tutkittu ydinjätteiden loppusijoitusta. Kaivosteollisuudella taas on kokemusta maanalaisten tulipalojen ja räjähdysten torjumisesta.

Kun kaikki plussat ja miinukset lasketaan yhteen, ydinvoimaloiden turvallisuutta voidaan lisätä rakentamalla maan alle, jos ollaan valmiita maksamaan hieman lisää. Toinen asia on, halutaanko.

Maanpäällisetkin voimalat ovat vahinko- ja vikatilastojen sekä todennäköisyyspohjaisten turvallisuusanalyysien mukaan erittäin luotettavia verrattuna sekä hiilivoimaan että moniin muihin teknologioihin.

Teollisuus ja valvovat viranomaiset noudattavat niin sanottua alara-periaatetta. Onnettomuusriskin tulee olla niin pieni kuin on järkevästi mahdollista saavuttaa - as low as reasonably achievable.

Maanalainen sijoitus pienentää riskiä, mutta onko järkevää maksaa lisähintaa siitä, että vähäisestä riskistä tehdään vielä mitättömämpi? Jos energian loppukäyttäjät kuitenkin haluavat sata metriä graniittia itsensä ja ydinreaktorin väliin, insinöörit pystyvät toiveen täyttämään.

Kalevi Rantanen on diplomi-insinööri, tietokirjoittaja ja Tiede-lehden vakituinen avustaja.


Halvempaa kuin hiilivoima










Maanalaisen ydinvoiman kustannuksia on laskettu Yhdysvalloissa, Kanadassa, Sveitsissä ja Japanissa. Kalliovoimalan rakennuskustannukset ovat vastaavaan maanpäälliseen voimalaan verrattuna jopa 10-60 prosenttia suuremmat. Hinta vaihtelee paljon ja riippuu esimerkiksi kivimateriaalista. Niinpä jos on mahdollista louhia luola graniitin sijaan suolakerrokseen, kustannusten kasvu voi jäädä 5-15 prosenttiin.
Suomessa professori Risto Tarjanne ja yliassistentti Aija Kivistö Lappeenrannan teknillisestä yliopistosta ovat vertailleet sähkön tuotantokustannuksia eri tekniikoilla.
- Jos hiilidioksidipäästön aiheuttamaksi lisähinnaksi lasketaan 23 euroa tonnia kohti, hiilisähkön hinnaksi voimalaitoksella tulee ilman veroja ja tukia elokuun 2008 hinnoilla ja viiden prosentin reaalikorolla 70 euroa/megawattitunti.
- Tuulisähkö maksaa samalla tavalla laskettuna 53 euroa/megawattitunti.
- Halvinta on ydinsähkö, joka maksaa 35 euroa/megawattitunti.
Tarjanne ja Kivistö ovat arvioineet myös investointikustannusten muutosten vaikutusta hintaan. Ydinsähkön hintaa 20 prosentin nousu investointikustannuksissa nostaisi 4 euroa/megawattitunti.
Jos oletetaan, että maanalainen rakentaminen nostaisi laitoksen hintaa 60 prosenttia, sähkölle tulisi lisähintaa 12 euroa.
- Maanalainen ydinsähkö maksaisi silloin 47 euroa/megawatti eli vähemmän kuin tuulivoima ja selvästi vähemmän kuin hiilivoima.

Atomipatteri Alaskan routaan


Yukonjoen varrella Alaskassa sijaitsee vajaan 700 asukkaan kaupunki Galena. Galenalaisilla on energiaongelma.
Kaupunki sijaitsee kaukana sähköverkosta, ja sähkö tuotetaan kalliilla dieselöljyllä. Talvisaikaan aurinkoa on pohjoisessa vähän ja tuuliturbiinin siivetkin jäätyvät. Yukonjoki virtaa niin hitaasti, että vesivoimaa ei kannata rakentaa.

Jäljelle jää ydinvoima.

Toshiba on tarjonnut ratkaisuksi maanalaista ydinreaktoria. Yhtiö on tutkimuslaitos Criepin (Central Research Institute of Electric Power Industry) kanssa suunnitellut reaktorin 4S. Lyhenteen neljä ässää tarkoittavat sanoja  super-safe, small ja simple. Kehittäjien mukaan pieni ja yksinkertainen reaktori on superturvallinen. Häiriötilanteessa reaktori sammuu itsestään.

Sähköteho voi olla 10 tai 30 megawattia. Osa polttoaineesta vaihdetaan 14 vuoden kuluttua. Kolmenkymmenen vuoden päästä reaktori jätetään jäähtymään vuodeksi, ja sitten se vaihdetaan kokonaan. Tarvittaessa laitos pystyy tuottamaan lämmön ja sähkön lisäksi myös vetyä.

Toshiba tarjoaa 4S:ää Galenalle ilmaisena esittelylaitoksena. Kaupalliseen tuotteeseen yhtiö uskoo pääsevänsä 2010-luvun lopulla.

Jos rehkiminen ei huvita, syy voi olla geeneissä.

Monia liikunta palkitsee hyvän olon tunteella, mutta kaikille palkintoa ei tule, kertoo Helsingin Sanomat jutussaan. Olo saattaa olla hikilenkin jälkeen enemmän runneltu kuin rento.

”Osa suomalaisten liikkumattomuudesta saattaa selittyä negatiivisilla tuntemuksilla”, sanoo jutussa liikuntapsykologian professori Taru Lintunen Jyväskylän yliopistosta.

Ihmiseltä saattavat puuttua hyvät kokemukset ja liikunnallisen elämäntavan mallit.

Perimälläkin on sormensa pelissä. Naisilla jopa puolet liikuntanautinnon vaihtelusta selittyy geeneillä, miehillä kolmannes.

Näin osoittaa vuonna 2014 julkaistu suomalainen tutkimus, joka perkasi perintötekijöiden osuutta liikuntamotivaatioon.

Tarkkaa syytä eroihin ei tiedetä. Yksi ehdokkaista on aivojen dopamiinirata. Se palkitsee niin syömisestä, seksistä kuin liikunnasta.

Dopamiinikylpy tuottaa aivoissa huumaavan euforian. Tutkimusten mukaan järjestelmän häiriöt vähentävät koe-eläinten liikkumishaluja.

Viime kädessä geenit ohjaavat mielihyväkoneiston toimintaa. Dopamiinin valmistukseen tarvittavat geenit toimivat toisilla kenties vilkkaammin. Erityisesti naisilla on liikuntamielihyvän kokemisessa geneettistä vaihtelua.

Yksilöiden erot ulottuvat laajemmallekin. Kaikki eivät saa liikunnasta yhtä paljon hyötyä – ainakaan heti.

Sama harjoittelu saattaa vaikuttaa ihmisiin eri tavoin. Yhden kunto kasvaa kohisten, mutta toinen ei saa tuloksia, vaikka kuinka rehkisi. Tutkijat puhuvat yksilöllisestä vasteesta.

Kuitenkin vaikka oma elimistö tuntuisi olevan immuuni liikunnalle, se voi olla vain harhaa. Tutkimuksissa tuijotetaan usein suorituskykyyn ja lihasvoimaan. Ne eivät ehkä hetkahda pienestä rasituksesta, mutta veren rasva- ja sokeriarvot saattavat parantua merkittävästi. Siksi liikuntaa voi suositella kaikille.

Kysely

Onko liikunta tuskien tie?

Tutustu sisältöön ja lue uusi lehti digilehdet.fi:ssä.

 

Tieteessä 2/2018 

 

PÄÄKIRJOITUS

Kun viha vie

Vihapuhuja ratsastaa alkukantaisella reaktiolla.

 

PÄÄUUTISET

Unissa puhutaan rumia

Myöntisen päiväminän takaa kurkkii
kielteinen yöminä – hyvästä syystä.

Alienkivi on yksi miljoonista

Tähtienvälisiä asteroideja syöksyy
aurinkokunnan läpi jatkuvasti.

Nykyihminen seikkaili
ulos Afrikasta useita kertoja

Yhden ulostulon malli ei enää mitenkään
istu Aasian löytöihin.

Korallit kalpenevat kiihtyvää tahtia

Lämpenevät vedet riistävät
polyypilta elintärkeän kumppanin.

 

ARTIKKELIT

Migreeni vyöryy aivorungosta

Kun sähköt sekoavat hermokeskuksessa,
kipuviestit kiihdyttävät aivot hälytystilaan.

Esinisäkkäät
Maailman valtiaat ennen dinosauruksia

Kehitys kohti meitä käynnistyi jo silloin,
kun maapallon mantereet olivat vielä yhtä.

Siittiöt hukassa

Enää hälytyskellot eivät kilise van kumisevat.
Miesten siittiömäärät ovat romahtaneet.

James Bond
Harmaa agentti hurmasi maailman

Vastoin odotuksia huomaamaton vakooja sai
valtavan huomion. Kohu teki fiktiosta faktaa.

Liikenne jättää tiet

Visio on villi muttei utopiaa. Jokainen sopiva
maapala tarvitaan luonnolle ja ruoalle.

Ennen paras mies oli poikamies

Naiset ja seksi eivät ole aina olleet miehen mitta.
Elämän tärkeät asiat löytyivät pitkään toisaalta.

 

TIEDE VASTAA

Voiko pissa jäätyä kaarelle?

Haudataanko vainajat ilmansuuntien mukaan?

Mikä on puujalkavitsi?

Miksi kuusi kestää lumen painon?

Miten norppa löytää takaisin avannolle?

Voiko avaruusaseman palauttaa Maahan?

 

KIRJAT

Oma dna kantaa suvun historiaa

Marja Pirttivaara teki suomalaisille sukututkijoille uudenlaisen kätevän oppaan.

 

KUVA-ARVOITUS

Klassikkopalsta

kutsuu lukijoita tulkitsemaan kuvia lehden Facebook-sivustolle: facebook.com/tiede.fi

 

OMAT SANAT

Valoa kohti

Entisinä aikoina kantasana tarjosi myös lämpöä.

 

Jos olet Sanoman jonkin aikakauslehden tilaaja, voit lukea uusimman numeron jutut Sanoman Digilehdet-palvelussa.

Ellet vielä ole ottanut tilaukseesi kuuluvaa digiominaisuutta käyttöön, tee se osoitteessa https://oma.sanoma.fi/aktivoi/digilehdet. Aktivoinnin jälkeen pääset kirjautumaan suoraan digilehdet.fi-palveluun.