Radioaktiivisia aineita taas ilmassa

Jaakko Leppänen – 2.7.2020

Säteilyturvakeskuksen ilmakeräimet havaitsivat 16.-17.6. pieniä määriä keinotekoisia radioaktiivisia aineita Helsingin ilmassa. Vastaavia havaintoja tehdään useamman kerran vuodessa, mutta tällä kertaa myös media tarttui aiheeseen. Viimeisimmät lukemat saatiin Kotkan mittausaseman suurtehokeräimeltä, ja kohonneita pitoisuuksia on mitattu myös Ruotsissa. Päästölähteen arvellaan sijaitsevan Venäjällä, mutta tarkempaa tietoa radioaktiivisten aineiden alkuperästä ei toistaiseksi ole.

Tässä lyhyt katsaus siihen, mitä mittauksissa on havaittu, ja minkälaisia arvauksia niiden pohjalta voidaan päästölähteestä tässä vaiheessa esittää. Ympäristön säteilyhavaintoja sekä säteilytilanteen seurantaan liittyvää tekniikkaa on käsitelty tarkemmin vuoden takaisessa blogikirjoituksessa.

Mitä havainnot kertovat päästön lähteestä?

Helsingin mittausaseman ilmakeräin havaitsi kolmen alkuaineen (koboltin, ruteniumin ja cesiumin) neljää isotooppia: Co60, Ru103, Cs134 sekä Cs137. Kotkan näytteistä löytyi lisäksi zirkoniumin ja niobin isotooppeja Zr95 ja Nb95. Kobolttia syntyy aktivoitumistuotteena ydinreaktorin teräsrakenteisiin, ja muita radionuklideja fissiotuotteina uraanipolttoaineeseen reaktorin käydessä. Kahta jälkimmäistä syntyy pieniä määriä myös polttoaineen suojakuoriputkimateriaalin aktivoituessa neutronisäteilytyksen vaikutuksesta.

Kun kyse on fissiotuotteista, päästö voisi periaatteessa olla lähtöisin myös ydinkokeesta. Ydinräjähdyksessä vapautunut energia on peräisin samasta uraanin tai plutoniumin halkeamisreaktiosta kuin mihin reaktorin energiantuotanto perustuu, joten reaktion sivutuotteena syntyy myös paljon samoja tytärytimiä. Ydinräjähdyksessä ja reaktorionnettomuudessa vapautuneen päästön isotooppijakaumat eivät kuitenkaan kaikilta osin vastaa toisiaan. Reaktorissa lyhytikäiset fissiotuotteet muuttuvat toisiksi ytimiksi radioaktiivisella hajoamisella, mutta ydinräjähdyksessä kaikki fissiot tapahtuvat niin lyhyellä aikavälillä, ettei vastaavia muutoksia ehdi tapahtua. Erot näkyvät esimerkiksi cesiumin isotooppien Cs134 ja Cs137 keskinäisissä suhteissa. Jos havaittu päästö olisi peräisin ydinräjähdyksestä, isotoopin Cs134 suhteellisen osuuden pitäisi olla huomattavasti mitattua pienempi.

Keräimen mittaama alkuainekoostumus ei vastaa myöskään reaktorionnettomuudessa tyypillisesti vapautuvaa päästöä. Onnettomuustilanteessa radioaktiivisia aineita pääsee ilmaan kun polttoaine vaurioituu tai sulaa. Eri alkuaineet poikkeavat toisistaan kemiallisten ja fysikaalisten ominaisuuksiensa osalta, ja käyttäytyvät siksi myös onnettomuustilanteissa eri tavoin. Osa fissiotuotteista vapautuu helposti, ja osa jää vakavissakin onnettomuuksissa sulaneeseen polttoaineeseen.

Edellä mainituista alkuaineista cesium kaasuuntuu jo suhteellisen matalassa lämpötilassa, mikä vuoksi myös sen vapautumisaste on verrattain suuri. Ruteniumia ei sen sijaan vastaavia määriä tavallisesti vapaudu. Ru103:n havaitseminen ilmanäytteessä viittaisi siis siihen, että päästö olisi peräisin jostain muualta kuin vaurioituneesta reaktorista.

Ydinvoimalaonnettomuudesta peräisin olevalle päästölle tyypillisiin alkuaineisiin kuuluu cesiumin lisäksi jodi, erityisesti sen isotooppi I131. Jodi kaasuuntuu vielä cesiumiakin matalammassa lämpötilassa, ja isotooppia I131 syntyy reaktorin polttoaineeseen Cs137:ään verrattuna moninkertainen määrä. Tämä tarkoittaa käytännössä sitä, että jos vaurioituneesta polttoaineesta pääsee karkaamaan cesiumia, päästössä on väistämättä mukana myös jodia. Tällainen päästö ei jää helposti huomaamatta, mistä kertoo esimerkiksi se, että Japanissa vuonna 2011 tapahtuneen Fukushiman ydinvoimalaonnettomuuden aiheuttama jodipäästö pystyttiin herkillä mittalaitteilla havaitsemaan Suomessa saakka. Se, että ilmanäytteistä ei ole tällä kertaa löytynyt lainkaan jodia, viittaisi myös päästölähteen olevan jokin muu kuin toiminnassa ollut ydinreaktori.

Mistä muualta päästö sitten voisi olla peräisin? Suomessa reaktorista poistettu polttoaine siirretään sellaisenaan välivarastolle odottamaan geologista loppusijoitusta. Vaihtoehtoinen jätehuoltoratkaisu on polttoaineen jälleenkäsittely, jossa jäljellä oleva uraani sekä polttoaineeseen reaktorin käytön aikana syntynyt plutonium erotetaan jätteeksi päätyvistä fissiotuotteista. Uraani voidaan väkevöidä uudelleen, ja plutoniumista valmistetaan esimerkiksi nopeiden reaktoreiden käyttämää sekaoksidi- eli MOX-polttoainetta. Polttoaineen jälleenkäsittelyä tehdään esimerkiksi Venäjän Majakissa.

Jos päästö olisi reaktorin sijaan peräisin jälleenkäsittelylaitoksesta, kahdeksan päivän puoliintumisajalla hajoavan I131:n puuttuminen selittyisi sillä, että polttoainetta on ennen käsittelyä välivarastoitu useamman vuoden ajan. Tällainen päästöskenaario ei kuitenkaan täysin selitä mittauksissa löytynyttä kobolttia. Isotoopin Co60 osuus on muihin radionuklideihin verrattuna epäilyttävän korkea. Ongelmaksi muodostuu myös rutenium. Isotoopin Ru103 puoliintumisaika on sen verran lyhyt (39 päivää), että sen voisi olettaa hävinneen kokonaan jälleenkäsiteltävästä polttoaineesta.

Energiantuotannon lisäksi ydinreaktoreita käytetään radioaktiivisten isotooppien valmistukseen. Sopivaa lähtöainetta sisältävää näytekapselia säteilytetään reaktorin sydämessä, ja näytteeseen syntynyt radioaktiivinen aine erotetaan jälkeenpäin kemiallisesti. Teollisuudessa ja terveydenhuollossa käytettyjä radionuklideja on kymmeniä. Yksi yleisimmistä on juurikin päästöstä löytynyt koboltin isotooppi Co60. Myös cesiumia käytetään säteilylähteenä, ja ruteniumilla on käyttöä tiettyjen syöpätyyppien sädehoidossa. Koska havaitussa päästössä on kyse kaupallisessa käytössä olevista isotoopeista, oma veikkaukseni on, että lähde liittyy tavalla tai toisella niiden valmistusketjuun.

Havaintoja radioaktiivisesta ruteniumista tehtiin viimeksi vuonna 2017. Päästölähde paikannettiin tällöinkin Venäjälle. Kyse oli isotoopista Ru106, mutta nyt havaittua lyhytikäistä Ru103:a syntyy saman valmistusprosessin yhteydessä. Se, että havainto koostuu ainoastaan jälkimmäisestä isotoopista voisi selittyä esimerkiksi sillä, että matala-aktiivisemman Ru106:n pitoisuus jää havaitsemisrajan alapuolelle.

Miten suurista pitoisuuksista on kyse?

Säteilyturvakeskuksen mittausasemilla tehdyt havainnot löytyvät verkosta. Helsingissä 16.-17.6. mitattu Cs137 pitoisuus oli n. 16 mikrobecquereliä kuutiossa ilmaa. Kuluvan vuoden aikana cesiumia on havaittu ilmassa kolmesti aikaisemminkin, eli siinä mielessä kyse ei ole mitenkään poikkeuksellisesta säteilyhavainnosta. Useimmiten päästöjen alkuperä jää hämärän peittoon, eivätkä vastaavat tapaukset tavallisesti ylitä uutiskynnystä.

Ilmakeräimien mittaamat aktiivisuudet on ilmoitettu pitoisuuksina kuutiossa ilmaa. Aktiivisuuden yksikkönä käytetään becquereliä, joka kuvaa radioaktiivisen hajoamisen nopeutta, eli välillisesti sitä, miten paljon ilmassa säteilee. Yksi becquerel vastaa yhtä hajoamisreaktiota sekunnissa. Miljoonasosaa tarkoittavan mikro-etuliitteen kanssa käytettynä kyse on siis hyvin pienistä pitoisuuksista. Käytännössä 16 µBq/m³ aktiivisuuspitoisuus tarkoittaa sitä, että yhdessä kuutiossa ilmaa tapahtuu yksi Cs137-ytimen radioaktiivinen hajoaminen keskimäärin 17 tunnin välein.

Radioaktiivisuuteen ja säteilyyn liittyviä suureita voi olla toisinaan vaikea hahmottaa, sillä kyse on atomitason ilmiöistä, joissa lukuarvojen vaihteluväli on suuri. Tässä tapauksessa sopivana mittatikkuna voidaan käyttää huoneilman radonia, jonka aiheuttamaa säteilyaltistusta on käytännössä mahdoton välttää. Keskimääräisessä suomalaisasunnossa huoneilman radonpitoisuus on luokkaa 100 Bq/m³ (huom. ilman mikro-etuliitettä). Tämä tarkoittaa sitä, että yhdessä kuutiossa ilmaa tapahtuu yhden sekunnin aikana sata radioaktiivisen Rn222-ytimen hajoamisreaktiota. Jos radonin hajoamisessa syntyneen säteilyn voisi nähdä, ilma olisi kirjaimellisesti täynnä sitä. Havaittu Cs137-aktiivisuus jää alle miljoonasosaan radonin luonnollisesta aktiivisuustaustasta.

Seuraavaa uutista odotellessa

Kuten edellä todettiin, STUK:in seurantamittauksissa havaitaan säännöllisesti pieniä määriä keinotekoisia radioaktiivisia aineita, mutta havainnot ylittävät vain harvoin uutiskynnyksen. Tämänkertainen havainto oli kuitenkin siitä poikkeuksellinen, että siitä uutisoitiin myös ulkomailla (mikä oli mahdollisesti syy siihen, miksi myös kotimainen media tarttui aiheeseen). Amerikkalainen Popular Mechanics -lehti ehti viedä hypoteesinsa jo astetta pidemmälle toteamalla, että havainnot viittaavat Venäjällä tehtyyn asekokeeseen. Vihjailevasta otsikosta huolimatta tekstissä ei tosin väitetä että kyse olisi varsinaisesta ydinasekokeesta, vaan kirjoituksessa haetaan lähinnä yhtäläisyyksiä viime kesänä tapahtuneeseen Arkangelin räjähdykseen.

Toimittaja viittaa tekstissään Suomessa ja Ruotsissa tehtyihin isotooppihavaintoihin. Jutussa kerrotaan myös, että Norjan Finnmarkin ja Svalbardin mittausasemilla otetuista ilmanäytteistä on löytynyt jodin radioaktiivista isotooppia I131. Vaikka jodin löytyminen vaikuttaisi olevan se palapelin viimeinen palanen joka osoittaisi päästön olevan kuitenkin peräisin reaktorionnettomuudesta (tai tässä tapauksessa ydinkäyttöisestä risteilyohjuksesta), tilanne ei todellisuudessa ole aivan näin yksinkertainen. Norjan jodihavainnot tehtiin nimittäin jo kesäkuun alussa, eli lähes kaksi viikkoa ennen Suomessa ja Ruotsissa mitattuja kohonneita pitoisuuksia. Norjan mittausten yhteydessä ei myöskään raportoitu muista radioaktiivisista aineista.

Mitä tästä kaikesta sitten pitäisi päätellä? Kesäkuun alussa Huippuvuorilla ja Pohjois-Norjassa mitattiin radioaktiivista jodia, mutta päästössä ei ollut mukana lainkaan toista yleistä fissiotuotetta – cesiumia. Pari viikkoa myöhemmin Etelä-Suomessa mitattiin cesiumia ja muita radioaktiivisia aineita, mutta ei jodia. Mittausasemat sijaitsevat satojen kilometrien päässä toisistaan, ja säteilymittausverkko Suomessa, Ruotsissa ja Norjassa kattaa koko niiden välisen alueen. Muilla asemilla vastaavia havaintoja ei kuitenkaan ole tehty.

Todennäköisesti kyse onkin kahdesta eri päästöstä, jotka ovat vain sattumalta osuneet lyhyen ajan sisälle toisistaan. Radioaktiivista jodia käytetään kilpirauhasen liikatoiminnan hoitoon, ja sitä päätyy toisinaan polttamalla hävitettävän sairaalajätteen joukkoon, ja sitä kautta ilmaan. STUK:in seurantamittauksissa I131:ä havaitaan keskimäärin noin kerran vuodessa.

Se, että Norjan aikaisemmat jodihavainnot eivät todennäköisesti ole yhteydessä Suomessa ja Ruotsissa mitattuihin radionuklidipitoisuuksiin, todettiin jo ensimmäisissä aihetta käsittelevissä uutisissa. Nähtäväksi jää, ulottuuko median muisti viikkoa pidemmälle, vai tullaanko Suomessakin lähipäivinä pohtimaan havaintojen yhteyttä itärajan takana mahdollisesti tehtyihin ydinasekokeisiin? Vaikka medialla on tapana käsitellä ydinvoimaan ja säteilyyn liittyviä aiheita varsin huolimattomasti, syy siihen, että ydinkokeen mahdollisuutta tarvitsee edes pohtia, löytyy ennen kaikkea Venäjän valitsemasta tiedotuslinjasta. Kun asioista ei kerrota avoimesti, erilaisille spekulaatioille jää vastaavasti enemmän tilaa.

---

Päivitys (2.7.2020): Ranskan ydinturvallisuusviranomaisen tekninen tukiorganisaatio IRSN on esittänyt, että päästö voisi olla peräisin ydinvoimalaitoksen vedenpuhdistusjärjestelmään liittyvästä prosessista. Reaktoreiden vesikiertoa puhdistetaan jatkuvasti, jolloin veden mukana kulkeutuvat radioaktiiviset aineet kertyvät suodattimiin. Joukossa on polttoainesauvojen vuodoissa vapautuneita fissiotuotteita, sekä rakenteista irronneita korroosiotuotteita, jotka ovat aktivoituneet neutronisäteilytyksen vaikutuksesta kulkiessaan reaktorin sydämen läpi. Suodattimissa käytetyt ioninvaihtohartsit ovat keskiaktiiviseksi luokiteltavaa radioaktiivista jätettä, jonka tilavuutta voidaan pienentää polttamalla. Tällaisen prosessin yhteydessä ilmaan voi päästä niihin kertyneitä radioaktiivisia aineita.

Tällainen päästöskenaario vastaisi moneen edellä esitettyyn kysymykseen. Koboltin Co60-isotoopin suuri aktiivisuusosuus selittyisi sillä, että kyse on aktivoituneesta korroosiotuotteesta, joita kiertää reaktorin jäähdytteessä määrällisesti enemmän kuin polttoaineesta vapautuneita fissiotuotteita. Saman kategoriaan kuuluvat myös zirkoniumin ja niobin isotoopit Zr95 ja Nb95. Jos käytöstä poistettuja suodattimia on ennen jatkokäsittelyä säilytetty useamman kuukauden ajan, niihin kertynyt jodi olisi myös ehtinyt hajota kokonaan ennen päästöä.

Advertisement