Kymmenen vuotta Fukushimasta

Jaakko Leppänen – 11.3.2021

Fukushiman ydinvoimalaitoksella Japanissa 11.3.2011 tapahtuneesta onnettomuudesta tulee tänään kuluneeksi kymmenen vuotta. Onnettomuusketju sai alkunsa maanjäristyksen laukaisemasta tsunamiaallosta, joka laitosalueelle vyöryessään aiheutti täydellisen sähköverkon menetyksen, ja lopulta sydämensulamisonnettomuuden kolmella laitosyksiköllä. Kyse oli historian toiseksi vakavimmasta ydinvoimalaonnettomuudesta vuonna 1986 tapahtuneen Tšernobylin onnettomuuden jälkeen.

Onnettomuuden vuosipäivän tienoilla aihe nousee usein näkyvästi uutisotsikoihin, joten ajattelin että Fukushimaa on syytä käsitellä jälleen myös tässä ydinenergia-aiheisessa blogissa. Ensimmäiset kirjoitukset onnettomuuden syistä ja seurauksista ovat kolmen vuoden takaa. Mitään dramaattista Fukushimassa ei ole sen jälkeen tapahtunut, ja koska edelliset blogikirjoitukset menevät jo melko yksityiskohtaiselle tasolle, tästä kirjoituksesta tuli tilannepäivityksen sijaan enemmän tiivistelmä jo aikaisemmin käsitellyistä aiheista.

Onnettomuudesta ja sen vaikutuksista saadaan kyllä edelleen uuttakin tietoa. Aikaisemmissa blogikirjoituksissa lähdeaineistona on käytetty esimerkiksi YK:n alaisen UNSCEAR-järjestön (United Nations Scientific Committee on the Effects of Atomic Radiation) raporttia vuodelta 2014. Raportista on nyt julkaistu päivitetty versio.

Kuva 1: Näkymä Fukushima Daiichin ydinvoimalaitosalueelta (kuva on todennäköisesti vuodelta 2018).

Onnettomuuden taustalla puutteellinen turvallisuuskulttuuri

Fukushiman onnettomuuden tekninen syy oli laitoksen sähköverkon täydellinen menetys. Ulkoinen verkkoyhteys katkesi maanjäristyksen kaadettua laitosalueelle johtavan voimalinjan pylväitä, ja tuntia myöhemmin mereltä vyörynyt lähes 15-metrinen tsunamiaalto tuhosi varavoimantuotantoon tarkoitetut dieselgeneraattorit. Samalla menetettiin myös laitosautomaation ja instrumentoinnin varmistukseen käytetyt akustot. Reaktorit olivat tässä vaiheessa jo maanjäristyksen aiheuttaman pikasulun jäljiltä sammutetussa tilassa, mutta polttoaineessa tapahtuva radioaktiivinen hajoaminen tuotti runsaasti lämpöä. Kun jäähdytysjärjestelmien hallinta menetettiin, tätä jälkilämpöä ei ollut enää mahdollista siirtää reaktoreista ulos. Seurauksena oli lopulta polttoaineen ylikuumeneminen, ja sydämensulamisonnettomuus kolmella laitosyksiköllä.

Vaikka tsunami oli alkutapahtumana poikkeuksellinen, Fukushiman onnettomuudessa oli kyse muustakin kuin epäonnisesta sattumasta. Ydinenergia-alalla turvallisuuden kannalta kriittisille järjestelmille sovelletaan erilaisia vikasietoisuuskriteerejä, joihin kuuluu esimerkiksi sähkönsyötön varajärjestelmien hajauttaminen siten, että mikään yksittäinen alkutapahtuma ei voi vaurioittaa samanaikaisesti kaikkia rinnakkaisia järjestelmiä. Loviisassa ja Olkiluodossa sähkönsyöttö on poikkeustilanteissa varmistettu dieselgeneraattoreiden lisäksi myös kaasuturbiineilla toimivilla varavoimalaitoksilla ja liikuteltavilla aggregaateilla, minkä lisäksi sähköä saadaan valtakunnan verkosta riippumattomien kaapeliyhteyden välityksellä muilta voimalaitoksilta. Fukushimassa vastaava turvallisuussuunnittelu petti täysin. Kaikki laitosyksiköiden 1–4 dieselgeneraattorit oli sijoitettu turbiinirakennusten kellaritiloihin, jotka jäivät hyökyaallon iskiessä veden alle.

Turvallisuussuunnittelun puutteet menevät osittain laitoksen korkean iän piikkiin. Fukushiman ydinvoimalaitos oli yksi Japanin vanhimmista, ja poikkeustilanteiden varalle suunniteltujen järjestelmien toteutus vastasi edelleen 1960-luvulta peräisin olevaa käsitystä riskeistä. Suomessa ydinenergian käyttöä ohjaavaan läinsäädäntöön on kirjattu nk. jatkuvan parantamisen periaate, joka velvoittaa luvanhaltijoita kehittämään ydinvoimalaitosten turvallisuutta sitä mukaa kun käyttökokemukset ja turvallisuustutkimus antavat siihen aihetta. Japanissa ei Fukushiman onnettomuuden aikaan vastaavaa käytäntöä ollut, vaan vuosien varrella kiristyneet turvallisuusvaatimukset koskivat lähinnä uusia laitoksia.

Onnettomuuden syitä selvittäneen komission loppuraportissa ongelmaksi nostetaan myös puutteet turvallisuuskulttuurissa. Komission puheenjohtaja toteaa raportin esipuheessa, että onnettomuus oli monella tavalla ”made in Japan”. Kommentti viittaa siihen, että korkeasta koulutuksesta ja osaamistasosta huolimatta yksi japanilaisen työkulttuurin ongelmista on se, että turvallisuuspuutteista ei välttämättä ole tapana raportoida organisaatiossa ylöspäin. Tällaiset käytännöt sopivat erityisen huonosti ydinenergia-alalle. Jos tulvasuojauksen ja sähkönsyötön ongelmiin olisi reagoitu ajoissa asianmukaisella tavalla, onnettomuus olisi ollut helposti vältettävissä.

Käyttöhenkilökunnan säteilyannokset jäivät pieniksi

Tsunamin iskiessä Fukushimaan laitoksella oli noin 6000 työntekijää ja aliurakoitsijaa. Kun tilanne alkoi kehittyä onnettomuudeksi, ylimääräinen henkilöstö evakuoitiin, ja laitosalueelle jäi vain välttämätön miehitys. Myöhemmin töihin saapui myös henkilökuntaa pelastuslaitokselta ja puolustusvoimilta. Onnettomuuden aktiivisen vaiheen aikana pelastustöihin osallistui 600–700 työntekijää. Suurin osa työntekijöistä voitiin siitää väliaikaisesti suojaan pahimpien päästöpiikkien ajaksi, jolloin laitosalueelle jäi lähinnä valvomohenkilökuntaa.

Käyttöhenkilökunnan säteilyaltistuksen kannalta merkittävin ero Fukushiman ja vuonna 1986 tapahtuneen Tšernobylin ydinvoimalaonnettomuuden välillä oli se, että sulanut polttoaine jäi kaasutiiviiden suojarakennusten sisälle. Eristys ei ollut täydellinen, mutta suojarakennustoiminnolla oli merkittävä päästöä hillitsevä vaikutus. Säteilyn annosnopeus laitosalueella ei missään vaiheessa noussut hengenvaaralliselle tasolle, eikä onnettomuustilanteen hallinta edellyttänyt pitkäaikaista oleskelua sellaisissa tiloissa, missä säteilytaso oli pysyvästi korkea.

Työntekijöiden joukossa suurin raportoitu säteilyannos oli 679 millisievertiä. Onnettomuustilanteissa ylärajaksi asetettu 250 mSv:n annos ylittyi kuudella työntekijällä, ja Japanissa säteilytyöntekijöille normaaleissa työtehtävissä käytetty sadan millisievertin raja 168 työntekijällä. Annokset eivät olleet niin korkeita, että niistä olisi aiheutunut säteilysairauden oireita tai muitakaan välittömiä terveysvaikutuksia.

Laitosalueen säteilytilanne oli siis ratkaisevasti erilainen kuin Tšernobylissä, missä reaktorin räjähdys levitti korkea-aktiivista polttoainetta ja sydämen kappaleita sadan metrin säteelle laitoksesta. Parin vuoden takaisessa HBO:n Tšernobyl-minisarjassa kuvattiin, kuinka laitoksen henkilökunta sekä pelastustoimiin saapuneet palomiehet altistuivat heti onnettomuuden alkuvaiheessa tappavan voimakkaalle säteilylle. Vastaavaa tilannetta ei Fukushimassa missään vaiheessa päässyt syntymään. Tšernobylissä yli sadan millisievertin annoksen sai lopulta noin 100,000 pelastus- ja raivaustyöihin osallistunutta ihmistä.

Päästöt olivat peräisin vaurioituneista reaktoreista

Fukushiman onnettomuuden ensimmäinen radioaktiivinen päästö tapahtui ykkösyksikön reaktorista lauantaiaamuna 12.3., eli hieman alle vuorokausi onnettomuuden alkamisen jälkeen. Reaktorin kaasutiiviin suojarakennuksen sisältä jouduttiin ylipaineistumisen estämiseksi päästämään höyryä ulos. Ykkösyksikön päästö jäi kuitenkin vielä suhteellisen pieneksi. Tilanteen kehittyessä kakkos- ja kolmosyksiköiltä pääsi seuraavalla viikolla ilmaan suurempia määriä radioaktiivisia aineita. Ongelmia aiheutti myös polttoaineen suojakuorimateriaalin oksidoitumisessa muodostunut vety. Ykkös- ja kolmosyksiköillä tapahtuneet vetyräjähdykset vaurioittivat reaktorirakennuksia, jolloin myös rakennusten sisätiloihin kertyneitä radioaktiivisia aineita pääsi vapautumaan ilmaan. Kakkosyksiköllä päästöjä aiheutti suojarakennuksen vaurioituminen paineenalennuksen epäonnistuttua.

Väestönsuojelun kannalta ongelmallisimmat radionuklidit ovat jodin isotooppi I131 sekä cesiumin isotooppi Cs137. Edellinen aiheuttaa väestölle suurimman välittömän säteilyriskin, ja jälkimmäinen ympäristön pitkäaikaista saastumista. Cesiumin ja jodin kokonaispäästöiksi on arvioitu noin 10 ja 120 petabecquereliä. Luvut ovat kymmenesosan luokkaa Tšernobylin ydinvoimalaonnettomuuden vastaavista päästöstä. Arvioihin liittyy kuitenkin edelleen suuria epävarmuuksia. Valtaosa päästöstä kulkeutui tuulen mukana merelle. Pahin mantereen puolelle päätynyt laskeuma muodostaa kapean kaistan, joka suuntautuu noin 40 kilometrin etäisyydelle laitosalueesta luoteeseen. Päästötilanne kesti kaikkiaan muutaman viikon.

Ilmapäästöjen lisäksi radioaktiivisia aineita päätyi myös suoraan mereen. Reaktorirakennuksiin kertyi onnettomuuden aktiivisen vaiheen aikana paljon kontaminoitunutta vettä, jota pääsi vuotamaan vaurioituneiden rakenteiden läpi ulos. Kaikkien päästöreittien paikantaminen ja tukkiminen kesti huhtikuun puolelle saakka. Merivesipäästöt loppuivat kun suljettu jäähdytyskierto reaktorirakennusten sisällä saatiin toimimaan heinäkuussa 2011, minkä jälkeen saastuneiden vesien käsittely helpottui.

Ensimmäisen onnettomuusviikon jälkeen median huomio keskittyi reaktoreiden yhteyteen rakennettuihin vesialtaisiin, joissa säilytettiin käyttöikänsä päähän tulleita polttoainenippuja. Polttoainealtaiden mahdollisesti kärsimistä vaurioista ei onnettomuuden alkuvaiheessa ollut varmaa tietoa, joten altaisiin alettiin jäähdytyksen turvaamiseksi ruiskuttamaan vettä. Vaikka kyse oli varotoimenpiteestä, operaatio sai osakseen mahdollisesti jopa enemmän mediahuomiota kuin aikaisemmin tapahtuneet radioaktiiviset päästöt reaktoreilta.

Osittain kyse oli siitä, että yhdysvaltain ydinturvallisuusviranomainen NRC antoi virheelliseen tilannekuvaan perustuen USA:n kansalaisille suosituksen siirtyä vähintään 50 mailin päähän Fukushimasta. Suositus poikkesi selvästi japanilaisviranomaisten antamista evakuointimääräyksistä. NRC:n suosituksen taustalla oli oletus siitä, että kolmos- tai nelosyksikön polttoaineallas olisi tyhjentynyt kokonaan vedestä, ja altaassa tapahtunut vetyräjähdys olisi levittänyt polttoainenippujen kappaleita ympäri laitosaluetta. Japanilaisten tiedotteissa ei tällaisista tapahtumista kuitenkaan kerrottu, mikä herätti sosiaalisessa mediassa ja internetin keskustelupalstoilla epäilyksiä siitä, että onnettomuuden todellinen vakavuus yritettiin salata.

Käsitykset polttoainealtaissa tapahtuneista räjähdyksistä elävät edelleen, vaikka altaiden kuntoa ei NRC:n virhearviota lukuun ottamatta missään vaiheessa varsinaisesti edes kyseenalaistettu. Nelosyksikön allas tyhjennettiin polttoaineesta vuonna 2014, ja kolmosyksiköllä vastaava operaatio saatiin päätökseen tämän kuun alussa. Polttoainenipuissa ei näkynyt merkkejä vuodoista tai vaurioista.

Väestönsuojelutoimilla merkittävä vaikutus säteilyannoksiin

Tšernobylistä poiketen tilanne Fukushimassa kehittyi suhteellisen hitaasti, tuntien ja päivien kuluessa onnettomuuden alusta. Kun radioaktiivisia aineita pääsi ensimmäisen kerran ilmaan ykkösyksikön suojarakennuksen paineenalennuksen yhteydessä, lähialueella sijaitsevien kylien evakuointitoimenpiteet oli jo saatu päätökseen. Seuraavalla viikolla tapahtuneiden suurempien päästöjen aikaan evakuointivyöhykettä oli laajennettu jo 20 kilometrin etäisyydelle laitosalueesta. Koska väestö siirrettiin päästön tieltä turvaan, myös säteilyannokset jäivät pieniksi.

Laajoja väestönsuojelutoimia on jälkikäteen myös arvosteltu. Evakuointi aiheutti useita kuolemantapauksia, kun pitkäaikaissairaita ja huonokuntoisia vanhuksia ei saatu toimitettua riittävän nopeasti hoitoon. Toimenpiteiden psykososiaalisten vaikutusten on arveltu ylittäneen säteilystä aiheutuneet haittavaikutukset moninkertaisesti. Evakuointipäätökset tehtiin kuitenkin onnettomuustilanteen ollessa käynnissä, ja riskiarvoissa oli varauduttava myös päästötilanteen pahenemiseen.

Arviot lähialueen asukkaiden saamista säteilyannoksista ovat tarkentuneet kuluneiden vuosien aikana, mutta myöskään UNSCEAR:in uusimman raportin mukaan onnettomuuden vaikutukset eivät ole näkyneet esimerkiksi syöpätilastoissa. Myös suurin osa työntekijöiden saamista annoksista jäi selvästi riskirajojen alapuolelle.

Jälkihoito kestää vielä pitkään

Onnettomuustilanne julistettiin virallisesti päättyneeksi joulukuussa 2011, minkä jälkeen laitosalueella on tehty paljon puhdistus- ja raivaustöitä, sekä valmisteltu tuhoutuneiden reaktorirakennusten purkamista. Laitosyksiköiden 1–3 reaktoreissa ollut polttoaine suli, ja jähmettyi suojarakennusten pohjalle. Jähmettynyt sydänmassa tuottaa edelleen jälkilämpöä, joten reaktoreissa ylläpidetään pientä vesikiertoa. Kierto on suljettu, eli radioaktiivisia jätevesiä ei lasketa ympäristöön.

Vedenpinnankorkeus rakennusten kellaritiloissa pidetään pohjaveden tason alapuolella, jolloin vuoto suuntautuu paine-eron vaikutuksesta ulkoa sisään eikä päin vastoin. Rakennusten sisältä pumpattu vesi puhdistetaan radioaktiivisista aineista. Puhdistuksen jälkeen veteen jää vielä vedyn radioaktiivista tritium-isotooppia, minkä vuoksi vesi joudutaan varastoimaan laitospaikalle. Jätevesien hallinta sitoo huomattavasti resursseja, minkä vuoksi laitoksen omistava TEPCO-yhtiö on ehdottanut tritiumia sisältävän veden hallittua vapauttamista mereen.

Polttoainealtaiden tyhjentämiseksi vaurioituneiden reaktorirakennusten ympärille on rakennettu erilaisia tukirakenteita ja suojia (kuva 1). Tšernobylistä poiketen reaktoreita ei kuitenkaan ole tarkoitus sulkea pysyvästi betonisten sarkofagien sisälle, vaan tavoitteena on reaktoreiden ja rakennusten purkaminen. Vastaavasta operaatiosta on kokemusta yhdysvaltalaiselta Three-Mile-Islandin ydinvoimalaitokselta, missä tapahtui vuonna 1979 vakava sydämensulamisonnettomuus. Fukushimassa tilanne on kuitenkin haastavampi, sillä reaktorit kärsivät onnettomuudessa suurempia vaurioita. Purkaminen etenee vaiheittain, ja tulee kokonaisuudessaan kestämään 30–40 vuotta.

Onnettomuuslaitoksen lähellä sijaitsevia kyliä on vapautettu evakuointimääräyksistä. Alueita on puhdistettu, minkä lisäksi aktiivisuustaso on laskenut radioaktiivisen hajoamisen myötä. Pitkäikäisen cesiumin pitoisuudet ovat laimentuneet päästön painuessa sadeveden mukana syvemmälle maaperään. Pahimmalla laskeuman kaistaleella on silti alueita, joilla asuminen on edelleen kielletty.

Onnettomuuden vaikutukset ydinenergia-alan tulevaisuuteen

Helsingin Sanomat kertoo onnettomuuden vuosipäivää juhlistavassa artikkelissaan, että ”Fukushiman ydinonnettomuus jakoi maailman varakkaisiin kehittyneisiin maihin, jotka enimmäkseen välttelevät ydinvoimaa sekä Kiinan johtamaan kehitysmaiden ryhmään, jossa toiveet ydinteollisuuden kasvusta ovat yhä elossa.” Onnettomuudella oli toki merkittäviä vaikutuksia alan kehitykseen, mutta ydinvoiman lisärakentamiseen satsannutta Suomea en kyllä itse näillä perusteilla menisi kehitysmaiden ryhmään niputtamaan. Hesarin jutun tekstikin muuttui hieman asiallisempaan muotoon pian julkaisun jälkeen.

Eniten Fukushiman vaikutukset ovat tuntuneet Japanissa. Ennen onnettomuutta lähes kolmannes Japanissa käytetystä sähköstä tuotettiin ydinvoimalla. Fukushiman jälkeen maan kaikki ydinvoimalaitokset ajettiin alas turvallisuuden uudelleen arviointia varten. Yhteensä 33:sta käyttökunnossa olevasta reaktorista vasta yhdeksän on saatu käynnistettyä uudelleen. Japanin hallituksen tavoitteena on nostaa ydinenergian osuus sähköntuotannosta 20–22%:iin vuoteen 2030 mennessä. Kaikesta huolimatta ydinvoimaa ei siis Japanissakaan ole täysin hylätty.

Japanin ulkopuolella Fukushiman onnettomuudella on ollut vaikutusta lähinnä niissä maissa, missä ydinvoiman suosio on muutenkin ollut heikko. Saksassa tehtiin pian onnettomuuden jälkeen päätös palata 1990-luvulta peräisin olevaan suunnitelmaan ydinvoiman alasajosta vuoteen 2025 mennessä. Italia luopui ydinvoiman käytöstä ensimmäisen kerran jo Tšernobylin onnettomuuden jälkeen, ja Fukushima laittoi suunnitelmat uusien laitosten rakentamisesta toistamiseen jäihin. Myös Sveitsissä tehtiin päätös ydinvoimaloiden alasajosta. Yhdysvalloissa Fukushimaa suurempi vaikutus oli samoihin aikoihin kivihiilen korvaajaksi lobatulla halvalla liuskekaasulla, joka söi pahasti uusien ydinvoimahankkeiden kannattavuutta.

Kuluneen kymmenen vuoden aikana ydinenergia-alalla on tapahtunut myös kehitystä. Kuten Hesarin jutussa todetaan, uusien laitosten rakentaminen on tällä hetkellä nopeinta Kiinassa. Asian voi kuitenkin nähdä myös siltä kantilta, että Kiina on maailman maista se, missä myös kasvihuonekaasupäästöjen vähentämiselle on kaikkein suurin tarve. Uusien reaktorityyppien kehityksessä painopiste on selvästi siirtynyt suurista laitosyksiköistä pienreaktoreihin. Ydinenergia-alan uutiset ylittävät harvoin valtamedian uutiskynnyksen, mutta esimerkiksi alan kehitystä seuraavaa World Nuclear News -sivustoa selaamalla voi hyvin todeta, että erilaisista pienreaktorihankkeista on kerrottavaa viikoittain. Kiinan lisäksi uutisissa puhutaan paljon esimerkiksi Yhdysvalloissa, Venäjällä, Kanadassa, Iso-Britanniassa, Puolassa ja Virossa vireillä olevista hankkeista.

Kehittyneiden ja kehitysmaiden sijaan jakaisin itse maat ydinvoima-asenteiden perusteella niihin, jotka näkevät ydinvoiman osana ongelmaa, ja niihin, joille se on osa ratkaisua. Yhä useammassa maassa päättäjät ovat heräämässä siihen, että ilmastonmuutosongelmaa ei tulla ratkaisemaan yksinomaan uusia tuulivoimaloita ja aurinkopaneeleja rakentamalla. Sähköntuotannon puhdistamisen lisäksi ilmastotavoitteiden saavuttaminen edellyttää koko energiajärjestelmän perusteellista uudistamista. Esimerkiksi laajamittaiseen vetytalouteen siirtymisessä ydinenergia voisi näytellä hyvinkin merkittävää roolia.