Jaakko Leppänen – 24.7.2021
Kiinalaisen Taishanin ydinvoimalan ykkösyksiköllä tapahtui kesäkuussa polttoainevuoto, josta kerrottiin myös Suomen mediassa. Uutisten perusteella tapauksesta on kuitenkin ollut melko vaikea muodostaa selkeää kuvaa. Esimerkiksi Helsingin Sanomat kertoi 16.6. julkaistussa jutussa, että televisiokanava CNN:n mukaan laitoksesta on saattanut vuotaa ympäristöön yli sallitun määrän radioaktiivista säteilyä. Toisaalta samassa jutussa todetaan myös, että Kiinan ydinturvallisuusviranomaisen mukaan säteily on sallittujen toimintarajojen sisällä, eikä sitä ole päässyt ympäristöön.
Taishan on nyt noussut uudelleen otsikoihin, joten ajattelin blogin hengen mukaisesti yrittää vähän valottaa uutisten taustoja. Joukkomediaa yksityiskohtaisemmin tapausta on puitu esimerkiksi ydinenergia-alan World Nuclear News -uutissivustolla, mihin myös omat käsitykseni pitkälti pohjaavat. Myös Helsingin Sanomat julkaisi eilen kirjoituksen, joka ulkomaisten uutislähteiden sijaan perustuu Säteilyturvakeskuksen asiantuntijan haastatteluun. Polttoainevuotoihin liittyvistä ilmiöistä löytyy lisää tietoa parin vuoden takaisesta blogikirjoituksesta.
Vakava tilanne, joka ei vaaranna turvallisuutta?
Ydinpolttoaine muodostuu noin sormenpään kokoisista uraanioksidipelleteistä, jotka on suljettu zirkonium-metalliseoksesta valmistetun kaasutiiviin suojakuoriputken sisälle. Taishanin EPR-tyyppisessä reaktorissa näillä polttoainesauvoilla on pituutta reilu neljä metriä. Sauvat on edelleen kasattu suuremmiksi polttoainenipuiksi, jotka muodostavat reaktorin aktiivisen alueen, eli sydämen. Yhteensä reaktorin sydämessä on 241 polttoainenippua ja 63,624 sauvaa.
Polttoainevuodolla tarkoitetaan sitä, että yhteen tai muutamaan polttoainesauvaan on tullut reikä. Syynä voi olla esimerkiksi valmistusvirhe tai sauvan hankautuminen polttoainenipun välitukihilaa vasten. Suojakuoriputkeen voi syntyä vaurioita myös kuljetuksen ja käsittelyn yhteydessä. Polttoainevuotoja tapahtuu suhteellisen usein kaikilla ydinvoimalaitoksilla. Suomessa tapauksia on ollut muutaman vuoden välein. Pienet vuodot eivät välttämättä edellytä minkäänlaisia toimenpiteitä. Polttoainenippu, johon vuotava sauva on paikallistettu, voidaan tarvittaessa vaihtaa uuteen seuraavan määräaikaishuollon yhteydessä. Vakavammissa tapauksissa nippu voidaan joutua korvaamaan saman tien, mikä edellyttää reaktorin ajamista alas kesken käyttöjakson.
Taishanissa polttoainevuodon on arvioitu koskevan noin viittä sauvaa. Oma veikkaukseni on, että epäselvyyttä tilanteeseen aiheuttaa nyt se, että laitoksesta kolmanneksen omistavalla ranskalaisella Électricité de Francella ja käytöstä vastaavalla China General Nuclear -yhtiöllä on erilainen käsitys tarvittavista jatkotoimenpiteistä. EDF:stä on todettu, että vastaavassa tilanteessa ranskalainen ydinvoimala olisi jo ajettu alas, ja vuotava nippu vaihdettu uuteen. Viimeisimmissä kommenteissa kuitenkin myönnetään, että päätöksen mahdollisesta alasajosta tekee laitoksen käyttöorganisaatio. Reaktori on edelleen toiminnassa, eli vaihtoa ollaan ehkä tekemässä vasta meneillään olevan käyttöjakson päätyttyä.
Taishania koskevassa uutisoinnissa on puhuttu vakavasta tilanteesta, joka ei kuitenkaan vaaranna turvallisuutta. Selitys voi kuulostaa ristiriitaiselta, mutta turvallisuusmielessä asia on melko suoraviivainen. Suureenkaan polttoainevuotoon ei itsessään liity riskiä siitä, että tilanne kehittyisi ydinonnettomuudeksi. Reaktorin jäähdytys ja muut turvallisuuden kannalta kriittiset järjestelmät toimivat normaalisti, eikä reikä polttoainesauvan suojakuoriputkessa vaikuta niiden toimintaan millään tavalla.
Päästörajoja nostettu?
Ydinpolttoaineeseen syntyy reaktorin käydessä paljon radioaktiivisia aineita, jotka ehjässä polttoaineessa jäävät metallisten suojakuoriputkien sisälle. Vuotavista sauvoista näitä aineita pääsee vapautumaan sydämen läpi virtaavaan jäähdytysveteen. Reaktorin jäähdyte virtaa suljetussa kierrossa, eli polttoainevuoto ei aiheuta suoraa päästöä ympäristöön. Jäähdytyskierrosta radioaktiiviset aineet päätyvät edelleen vettä puhdistaviin suodattimiin.
Kesäkuussa Taishaniin liittyvissä uutisissa kerrottiin, että reaktorin käytön jatkamiseksi “sallittuja säteilymääriä” on jouduttu nostamaan. Tämä ilmaisu ei kuitenkaan ole aivan yksiselitteinen. Monissa uutisissa korotettujen raja-arvojen on tulkittu viittaavaan laitoksen lähialueelta mitattuun säteilytasoon. Tulkinta on kuitenkin mitä ilmeisimmin virheellinen, sillä asiantuntijalähteiden mukaan vuotoa ympäristöön ei ole tapahtunut. Uutisissa mainitut päästörajat liittyvät sen sijaa primääripiirin vedessä kiertävien radioaktiivisten aineiden pitoisuuksiin. Minulle ei ole aivan selvinnyt, onko jotain raja-arvoja todella nostettu. Kiinan ydinturvallisuusviranomaisen mukaan lukemat ovat sallituissa rajoissa, eli kyse voi tässäkin yhteydessä olla eroista ranskalaisten ja kiinalaisten soveltamissa käytännöissä.
Onko kiinalaisten selityksiin uskominen? Vaikka vuotavista polttoainesauvoista vapautuvat radioaktiiviset aineet eivät pääse suoraan ympäristöön, vedenpuhdistusjärjestelmien kautta ilmaan voi päätyä erityisesti radioaktiivisia jalokaasuja, jotka eivät pysähdy kemiallisiin suodattimiin. Sydämen aktiivisuusinventaarista tällaisen vuodon osuus on kuitenkin hyvin pieni. Jos viisi polttoainesauvaa puhkeaa, yli 99.99% sauvoista jää vielä ehjiksi. Vaarallisen suuri radioaktiivinen vuoto edellyttää muutenkin polttoaineen ylikuumenemista. Puhjenneissakin sauvoissa valtaosa radioaktiivisista aineista jää kiinteiden uraanioksidipellettien sisälle.
Tavallisesti polttoainevuodoista ei seuraa sellaisia päästöjä, jotka aiheuttaisivat merkittävää säteilyhaittaa ympäristölle. Eli jos Taishanissa ei ole kyse polttoainevuotoa vakavammasta tilanteesta, ei ole myöskään syytä epäillä kiinalaisviranomaisten ilmoituksia siitä, että säteilyarvot laitoksella ja sen lähialueilla ovat normaalilla tasolla.
Vaikutukset Olkiluoto-3:n käyttöönottoon
Suomessa uutiset Taishanista ovat herättäneen mielenkiintoa myös siksi, että reaktori on sama ranskalaisvalmisteinen EPR kuin Olkiluodon kolmannella ydinvoimalaitosyksiköllä. Aiheuttaako tapaus siis vielä lisää viivästyksiä reaktorin käyttöönottoon?
Kuten kirjoituksen alussa todettiin, polttoainevuodot ovat lähes arkipäivää kaikilla ydinvoimalaitoksilla. Kyse ei siis ole millään tavalla EPR-reaktorityypille ominaisesta ongelmasta. On toki mahdollista, että vuodon taustalta löytyy esimerkiksi suunnitteluvirhe polttoainenipun rakenteessa, tai jokin suojakuoriputkien valmistusprosessiin liittyvä tekijä, joka koskettaa myös Olkiluotoon ladattuja nippuja.
Sydämen polttoainelataus kuitenkin uusiutuu joka tapauksessa neljän tai viiden vuoden syklillä. Eli vaikka kyse olisikin jostain muusta kuin sattumalta ilmenneestä viasta, ongelma tuskin tulee vaikuttamaan laitoksen pitkäaikaiseen käyttöön. Taishanin ykkösyksikkö aloitti toimintansa kesäkuussa 2018, ja samaa laitostyyppiä edustava kakkosyksikkö vuotta myöhemmin. Käyttökokemusten perusteella kyse ei siis myöskään ole ongelmasta, jonka voisi odottaa ilmenevän heti reaktorin käyttöönoton yhteydessä.
Päivitys (30.7.2021): Reaktori on nyt päätetty ajaa huoltoseisokkiin vuotavien nippujen tarkistusta ja vaihtoa vasten.
Fissioreaktori 
Ansiokas kirjoitus, johon vielä lisään,että käsitykseni mukaan kiinalaisella laitoksella on ranskalaisten suunnittelema ja valmistama polttoainenipputyyppi, kun taasen OL3lle on ladattu saksalainen design. Koska dimensiot itse polttoaineessa ovat samat, eroja on välituissa ja ehkä materiaalispesifikaatioissa.
Niin, ja OL3lla on 17×17-24 -hila, eli sauvojen kokonaislkm sydämessä on 63865, luultavasti myös Taishanissa on sama (artikkelin perusteella 17×17-25).
TykkääTykkää
Kiitos täsmennyksestä. Julkisissa lähteissä tuosta EPR:n polttoainenipusta on ollut kahta versiota: instrumentointiputkellinen PWR (17 x 17 – 25) sekä sellainen, missä putki on korvattu polttoainesauvalla (17 x 17 – 24). Tuo tekstissä annettu luku vastaa tosiaan edellistä.
TykkääTykkää
Lienen ainoa supermaallikko, joka uskaltaa kommentoida.
Olen elänyt ja elän edelleenkin epätietoisuudessa, mitä hienoa on EPR-reaktorissa. Voi kun joku joskus sen selittäisi, niin taas jokunen hyvin nukuttu yö olisi tiedossa.
Kiitos mr. Leppänen ytimiin pureutimsesta!
TykkääTykkää
Teknisesti EPR on aika perinteinen painevesireaktori, ja vastaa omiaisuuksiltaan muita tällä hetkellä markkinoilla olevia ns. kolmannen sukupolven ydinvoimalaitoksia. Samasta syystä myöskään tuossa Taishanin polttoainevuodossa ei ole kyse mistään erityisen poikkeavasta tilanteesta. Minulla on itse asiassa työn alla yksityiskohtaisempi kirjoitus Olkiluoto kolmosesta ja EPR:n tekniikasta, jonka yritän julkaista joskus lähiaikoina.
TykkääTykkää
Moi Jaska!!
Vaikka tämä blogisi ei koskekaan vuoden 1986, tapahtumia, laitan kysymykseni tähän.
1. Miten oli mahdollista että rbmk-vehkeissä oli graffitiseuraaja booristen säätösauvojen päässä? Ja miksi?
2. Miksi se koe tehtiin alhaisilla teho-alueella? Eli eikö todennäköisempää olisi ollut, että se tilanne mitä yritettiin simuloida, olisi tapahtunut täydessä vauhdissa, eli 3200 megaa?? Jolla kone pääsääntöisesti suurimman osan elinkaarestaan käy?
3. Miten pystyttiin käyttämään muita reaktoreita monta vuotta, vaikka alue oli täynnä ydinjätettä, tarkoitan siis pidempi aktiivista ja työntekijöitä oli evakuioitu? No vastaus on tietenkin että kulkivat kai kauempaa töissä, mutta tästä on harmittavan vähän puhuttu kyllä.
Yst. Terv. Asiat alkoi vanhoina päivinä uteliasta kiinnostamaan.
TykkääTykkää
Nämä kysymykset liittyvät varsinaisesti Tsernobylin onnettomuuteen, jota on käsitelty tarkemmin muissa blogikirjoituksissa. Tässä kuitenkin lyhyitä vastauksia…
1. Grafiittiseuraajan tehtävä on täyttää säätösauvakanava silloin kun absorbaattoriosa on vedetty ylös. Ilman seuraajaa kanava olisi ollut täynnä vettä, joka absorboi grafiittia enemmän neutroneita. Ratkaisulla siis vältettiin tarpeettomat neutronihäviöt. Grafiittiseuraajan ongelmahan oli enemmän mitoituksessa. Ääriasennossa vajaamittaisen grafiittiosan alapuolelle jäi tyhjä vesialue, ja kun sauva liikkui alaspäin, grafiitti syrjäytti tieltään neutroneita absorboivaa vetä. Jos grafiittiosa olisi vastannut pituudeltaan sydämen korkeutta, tätä ongelmaa ei olisi ollut (tämä oli yksi muutoksista joita RBMK-reaktoreihin Tsernobylin onnettomuuden jälkeen tehtiin).
2. Kysehän oli sähköjärjestelmien testauksesta. Ilmeisesti vajaa tehotaso riitti tarvittavien mittausten tekemiseen.
3. Muut laitosyksiköt käynnistettiin uudelleen muistaakseni luokkaa puoli vuotta onnettomuuden jälkeen. Ensi alkuun annoskertymiä saatiin pienennettyä kierrättämällä henkilökuntaa muilta ydinvoimalaitoksilta. Ensimmäisen vuoden aikana laitosalueella tehtiin myös mittavia puhdistustöitä, joilla annosnopeus saatiin laskemaan. Yleinen säteilytasohan ei jäänyt mitenkään pysyvästi koholle, vaan alue on täynnä pieniä hot-spotteja joissa sitten säteilee enemmän. Jostain Tsernobyl-kirjasta muistan lukeneeni että laitoksen henkilökuntaa asutettiin uudelleen johonkin Prypjatista itään sijaitsevaan kaupunkiin evakuointivyöhykkeen ulkopuolelle.
TykkääTykkää
The Diplomatin tietoihin nojaten vika Thaisenissa liittyisi reaktorin alaosan tärinöihin, joita OL3:kin tietääkseni oli 2018, kunnes sinne saatiin LUL:in suunnittelemat vaimentimet. Kysymys kuuluukin, oliko vastaavat vaimentimet asennettu Kiinaan?
Väitetysti jalokaasuvuodot ja polttoainesauvojen ongelmat liittyivät näihin tärinöihin.
Muistelen että kiinalaiset EPR reaktorit olivat vielä kiinni, eli ongelma on isompi mitä oli annettu ymmärtää?
TykkääTykkää