Zaporižžjan tilanteesta

Jaakko Leppänen – 22.8.2022

Eteläisessä Ukrainassa sijaitseva Zaporižžjan ydinvoimalaitos on ollut uutisissa siitä lähtien kun Venäjä aloitti laajamittaisen hyökkäyssodan helmikuun lopulla. Laitosta operoi edelleen ukrainalainen käyttöhenkilökunta, mutta vihollinen käyttää aluetta käytännössä sotilastukikohtanaan. Viime aikoina uutisia on tullut aikaisempaa tiuhempaan tahtiin. Laitosaluetta on tulitettu raskailla aseilla, ja siellä on tapahtunut räjähdyksiä ja tulipaloja. Venäjä on esittänyt suoranaisia uhkauksia vihjaillen ydinvoimalaonnettomuuden mahdollisuudella.

Kyse lienee ainakin osittain länttä kohtaan suunnatusta painostuksesta, jolla pyritään luomaan epävarmuutta ja vaikuttamaan esimerkiksi Ukrainalle toimitettavaan aseapuun. Toisaalta Venäjän intresseissä on myös Zaporižžjan eristäminen maan sähköverkosta. Laitos on Euroopan suurin, ja normaalitilanteessa Zaporižžja tuottaisi reilun viidenneksen Ukrainan sähköstä. Tuotannolle olisi käyttöä esimerkiksi Venäjän miehittämällä Krimillä.

Venäjän konkreettinen suunnitelma Zaporižžjan suhteen on kaikkea muuta kuin selvä (jos sellaista edes on). Mutta vaikka kyse olisi pelkästä uhkailusta, tilanne on silti vakava. Laitosalue on miinoitettu, ja sitä miehittää noin 500 sotilaan joukko. Henkilökunta joutuu työskentelemään jatkuvan uhan alla. Ukrainan ydinturvallisuusviranomainen, Kansainvälinen atomienergiajärjestö IAEA sekä monet muut tahot ovat ilmaisseet huolensa tilanteeseen liittyvistä riskeistä, ja vaatineet sotilaallisen toiminnan lopettamista. Perjantaina 19.8. presidentti Vladimir Putin ilmoitti sallivansa IAEA:n tarkastajien pääsyn Zaporižžjaan, mutta Venäjä on pettänyt lupauksensa aiemminkin.

En lähde tässä kirjoituksessa arvuuttelemaan, mihin suuntaan tilanne Zaporižžjassa lähtee kehittymään. Yritän kuitenkin blogin hengen mukaisesti tarjota hieman taustatietoa aihetta käsitteleviin uutisiin, esimerkiksi siihen, minkälaisesta ydinvoimalaitoksesta Zaporižžjassa on kyse, ja minkälaisia riskejä tilanteeseen voisi liittyä.

Suomessa hyvin tunnettu laitostyyppi

Zaporižžjan ydinvoimalaitos sijaitsee eteläisessä Ukrainassa, reilu 400 kilometriä maan pääkaupungista Kiovasta etelään. Laitoksen vieressä on noin 50,000 asukkaan Enerhodarin kaupunki, joka on venäläisjoukkojen miehittämä. Rintamalinjan toisella puolella sijaitsevaan 770,000 asukkaan Zaporižžjaan on laitokselta noin 50 kilometrin matka.

Kuva 1: Zaporižžjan ydinvoimalaitoksen sijainti kartalla..

Ydinvoimalaitoksella on käytössä kuusi VVER-1000/V-320 -mallin painevesityyppistä laitosyksikköä, joista kukin tuottaa tuhat megawattia sähkötehoa. Reaktorit on otettu käyttöön vuosina 1985–1996. Laitosmalli kuuluu samaan Neuvostoliitossa kehitettyyn VVER-linjaan kuin Loviisan kooltaan pienemmät VVER-440 -laitokset. Perustekniikaltaan reaktori ei olennaisesti eroa länsimaisista painevesilaitoksista.

VVER-1000 -reaktoreista on myös useampaa laitosversiota. Ukrainassa käytössä oleva V-320 malli edustaa järjestyksessä toista tuotantosarjaa, jota alettiin rakentamaan 1980-luvulla ensimmäisten prototyyppilaitosten jälkeen. Kyse ei siis ole kaikkein uusimmasta, muttei myöskään vanhimmasta käytössä olevasta reaktoriteknologiasta. Laitosmalliin kuuluu esimerkiksi kaasutiivis paineenkestävä suojarakennus, joka vanhemmista venäläisistä reaktoreista puuttuu kokonaan.

Suomi on ollut yksi VVER-teknologian käyttäjävaltioista jo yli 40 vuoden ajan. STUK, VTT sekä Loviisan ydinvoimalaitoksen omistava Fortum ovat olleet vahvasti mukana VVER-reaktoreiden turvallisuustutkimuksessa, joten teknologia tunnetaan meillä hyvin.

Uusi Tšernobyl?

Uhkakuva Zaporižžjassa tapahtuvasta onnettomuudesta on monessa uutisessa rinnastettu vuonna 1986 tapahtuneeseen Tšernobylin ydinvoimalaonnettomuuteen. Toisaalta ydinenergia-alan asiantuntijat ovat sodan alusta saakka vakuuttaneet, ettei onnettomuus pahimmassakaan tapauksessa yltäisi vakavuudessaan samalle tasolle.

Ydinvoimalaonnettomuuksien välillä onkin huomattavan suuria eroja.ⁱ Nämä erot kumpuavat toisaalta siitä, minkälaisia ilmiöitä eri onnettomuustilanteisiin liittyy, ja toisaalta siitä, miten näihin ilmiöihin on varauduttu laitoksen turvallisuussuunnittelussa.

Zaporižžjassa käytössä olevat painevesityyppiset kevytvesireaktorit poikkeavat fysiikaltaan ja rakenteeltaan ratkaisevasti Tšernobylin vesijäähdytteisestä grafiittimoderoidusta kanavatyyppisistä RBMK-reaktorista. Vaikka Tšernobylistä on vuosien saatossa muodostunut eräänlainen ydinvoimalaonnettomuuden arkkityyppi, onnettomuuden syyt ja seuraukset liittyvät pitkälti juuri RBMK:n erityispiirteisiin.

Tšernobylin onnettomuus sai alkunsa voimakkaasta räjähdyksestä, joka aiheutui reaktorin tehon karkaamisesta hallitsemattomaan kasvuun. RBMK on perusluonteeltaan epävakaa reaktorityyppi, jonka suunnittelussa oli tehty turvallisuuden kannalta kohtalokkaita virheitä. En kuitenkaan lähde tässä blogikirjoituksessa käymään onnettomuuteen johtanutta tapahtumaketjua läpi, sillä aihetta on käsitelty yksityiskohtaisesti aikaisemmassa kirjoituksessa.

Tšernobylin RBMK:sta poiketen lähes kaikki muut reaktorityypit on suunniteltu toimimaan stabiilissa tilassa. Tämä tarkoittaa sitä, että energiaa tuottava ketjureaktio on itseään säätelevä prosessi, jonka ylläpitämiseen ei tarvita ulkoista ohjausta tai erityisiä säätötoimenpiteitä. Reaktorin teho ei voi lähteä kasvamaan ilman syytä. Häiriötilanteessakin ketjureaktio katkeaa itsestään, kun lämpötila nousee riittävän korkeaksi. Reaktorin stabiilisuus on seurausta negatiivisista takaisinkytkennöistä, joita on myös käsitelty blogissa aikaisemmin.

Kevytvesilaitosten ja RBMK:n välillä on myös merkittäviä rakenteellisia eroja. Tšernobylissä reaktorin sisäosia sinkoutui räjähdyksen voimasta laitosalueelle, mikä aiheutti henkilökunnalle ja pelastustöihin saapuneille palomiehille erittäin korkeita säteilyannoksia. Auki ammottavassa reaktorikuilussa syttyi räjähdyksen jälkeen tulipalo, ja radioaktiivisia aineita nousi kuumien palokaasujen mukana korkealle ilmaan. Päästöpilvi kulkeutui ilmavirtojen mukana tuhansien kilometrien päähään. Päästötilanne kesti kymmenen päivää, ja se oli käytännössä täysin hallitsematon. Radioaktiivisten aineiden vapautumisen tiellä ollut juuri minkäänlaisia esteitä.

RBMK:sta poiketen kevytvesireaktorit on ympäröity paineenkestävällä suojarakennuksella, joka on käytännössä reaktorin ympärille rakennettu betonikuori. Zaporižžjassa betonia on reaktorin ympärillä lähes kahden metrin paksuudelta. Suojarakennus on osa nk. syvyyssuuntaista puolustusta. Sen tehtävänä on toisaalta pidättää polttoaineen vaurioitumisessa vapautuvat radioaktiiviset aineet laitoksen sisälle, ja toisaalta myös suojata reaktoria ulkoisilta tekijöiltä.

Eli sen lisäksi että Tšernobylin räjähdyksen kaltainen tapahtumaketju voidaan kevytvesireaktoreissa sulkea pois, reaktorit on myös eristetty paremmin ympäristöstä. Kevytvesireaktorin sydämessä ei myöskään ole vastaavia palavia rakenteita kuin RBMK:ssa.

Suojarakennuksen toiminnasta on saatu käytännön kokemusta vuonna 1979 tapahtuneessa Three-Mile-Islandin ydinvoimalaonnettomuudessa, sekä Fukushimassa vuonna 2011 (kts. myös alaviite i). TMI:ssä suojarakennus käytännössä pysäytti radioaktiivisen päästön ympäristöön. Fukushimassa onnettomuustilanne kesti sen verran pitkään, että eristys ei toiminut täydellisesti. Suojarakennustoiminnolla oli kuitenkin merkittävä päästöä rajoittava vaikutus. Vaikka kolmella laitosyksiköllä tapahtui täysmittainen sydämensulamisonnettomuus, päästön aiheuttama radioaktiivinen laskeuma jäi murto-osaan Tšernobylistä.

Minkälaisia riskejä tilanteeseen liittyy?

Ydinreaktorit on yleisesti ottaen suojattu hyvin sekä sisäisiä että ulkoisia uhkia vastaan. Suunnittelussa on huomioitu maanjäristykset sekä muut luonnon ääri-ilmiöt. Turvallisuuden kannalta kriittisten rakenteiden on kestettävä myös lentokonetörmäysten, sekä hajonneesta turbiinista sinkoutuvien siipien ja muiden ”missiilien” aiheuttamia iskuja. Sotilaallista hyökkäystä ja tarkoituksellista tuhoamista ei mikään ihmisen rakennelma silti loputtomiin kestä.

Zaporižžjassa suurimmat riskit liittyvät todennäköisesti reaktoreiden jäähdytysjärjestelmien toimintaan. Laitos tuottaa edelleen sähköä, ja sen kuutta reaktoriyksikköä on ajettu vaihtelevalla teholla. Häiriötilanteessa yksi ensimmäisistä varotoimenpiteistä on reaktorin sammuttaminen, joten tilanteen kärjistyessä kaikki reaktoriyksiköt ajettaisiin todennäköisesti mahdollisimman nopeasti alas.

Ydinvoimalaitoksen alasajo on kuitenkin monivaiheinen ja aikaa vievä prosessi. Reaktorin sammuttamisen jälkeen ydinpolttoaine tuottaa vielä merkittävästi jälkilämpöä, joka on peräisin lyhytikäisten isotooppien radioaktiivisesta hajoamisesta. Lämpöä syntyy varsinkin alasajon alkuvaiheessa niin paljon, että polttoainetta on jäähdytettävä aktiivisella vesikierrolla.

Jälkilämmöntuotto putoaa ajan myötä, mutta jos jäähdytyskierto katkeaa kokonaan, seurauksena voi olla polttoaineen ylikuumeneminen ja sulaminen. Sydämen vesikierto on turvattu useammalla rinnakkaisella järjestelmällä, joiden sähkönsyöttöön voidaan normaalikäytön aikaisten sähköjärjestelmien lisäksi käyttää moninkertaisesti varmennettuja varavoimageneraattoreita.

Ulkoisten uhkien kannalta nämä varajärjestelmät ovat tavallaan myös laitoksen heikko kohta. Yksittäisen laitteen tai järjestelmän vaurioituminen ei vielä vaaranna reaktorin jäähdytystä, mutta jos laitosta aletaan tahallisesti tuhoamaan, vaarana on kaikkien sähköjärjestelmien samanaikainen menetys.

Fukushiman ydinvoimalaonnettomuus sai alkunsa juuri tällaisesta tilanteesta. Maanjäristys katkaisi yhteyden ulkoiseen sähköverkkoon, ja laitosalueelle iskenyt tsunamiaalto tuhosi kerralla kaikki sähkönsyötön varavoimageneraattorit. Jälkilämmön poistoon käytetyille järjestelmille ei tämän jälkeen saatu enää lainkaan käyttövoimaa.

Reaktoreiden lisäksi laitosalueella säilytetään käytettyä ydinpolttoainetta laitosyksiköiden yhteyteen rakennetuissa vesialtaissa, sekä keskitetyssä välivarastossa. Yli viisi vuotta jäähtynyt polttoaine on sijoitettu ilmajäähdytteisiin varastosäiliöihin, jotka on sijoitettu ulos reaktorirakennusten läheisyyteen. Tällaisessa kuivavarastossa käytetyn polttoaineen jäähdytys ei ole enää aktiivisen vesikierron varassa.

Uutisissa varastosäiliöistä on käytetty nimeä ”kontti”, joka lienee suora käännös englanninkielisestä container-termistä. Käytännössä säiliöt ovat kuitenkin teräksestä ja betonista valmistettuja lieriöitä, joiden halkaisija on reilu kolme ja korkeus vajaa kuusi metriä.

Kuva 2: Zaporižžjassa käytössä oleva käytetyn polttoaineen välivarastosäiliö. Sylinterit ovat mitoiltaan n. 3 x 6 metriä. Jokaiseen säiliöön mahtuu 24 käytettyä polttoainenippua, joita ympäröi 7.5 cm paksuinen teräsvuoraus sekä 70 cm paksuinen betonivaippa.

Pitkään jäähtynyt polttoaine tuottaa vähemmän jälkilämpöä, minkä lisäksi lyhytikäiset radionuklidit, kuten väestölle suurimman riskin aiheuttava jodi-131, ovat ehtineet jo hävitä radioaktiivisen hajoamisen myötä. Käytetty polttoaine on kuitenkin sijoitettu reaktorin ympärille rakennetun järeän betonikupolin ulkopuolelle, minkä vuoksi polttoainealtaat ja välivarasto ovat myös alttiimpia vaurioitumaan ulkopuolelta tulevassa hyökkäyksessä.

Riskit Suomessa

Zaporižžjasta on matkaa Suomeen 1500 kilometriä, joten voimalaitoksella tapahtuneen onnettomuuden seuraukset jäisivät täällä todennäköisesti joka tapauksessa pieniksi. Mahdollisia vaikutuksia voidaan arvioida Tšernobylin onnettomuudesta saatujen kokemusten pohjalta. Päästölähde sijaitsi tällöin 500 kilometriä lähempänä, minkä lisäksi tuulen suunta oli onnettomuuden alkuvaiheessa Suomen kannalta mahdollisimman huono. Päästöpilvi kulkeutui ilmanvirtausten mukana pohjoiseen, ja Suomi ja Ruotsi saivat verrattain suuren osuuden kaukokulkeuman aiheuttamasta radioaktiivisesta laskeumasta. Säteilytilanne ei silti edellyttänyt varsinaisia väestönsuojelutoimia.

Jos Zaporižžjassa tapahtuisi vakava ydinvoimalaonnettomuus, päästön suuruus riippuisi monesta tekijästä. Jos vauriot rajoittuisivat reaktoreiden jäähdytysjärjestelmiin, seurauksena voisi pahimmillaan olla sydämensulamisonnettomuus yhdellä tai useammalla laitosyksiköllä. Alkuvaiheessa päästö rajoittuisi todennäköisesti suojarakennuksen sisälle, mutta tilanteen pitkittyessä radioaktiivisia aineita voisi vuotaa myös ympäristöön. Fukushimassa ilmaan vapautunut päästöpilvi kulkeutui tuulen mukana, ja pahin laskeuma-alue ulottui noin 40 kilometrin etäisyydelle onnettomuuslaitoksesta.

Myös säätila ja väestönsuojelutoimenpiteet voisivat vaikuttaa merkittävästi onnettomuuden seurauksiin. Fukushimassa väestön säteilyaltistusta saatiin rajoitettua ripeillä evakuointitoimilla. Zaporižžjassa vastaava tilanne olisi siinä mielessä vaikeampi, että lähialueen asukkaiden siirtäminen pois päästöpilven alta ei sotatilan vuoksi välttämättä olisi mahdollista.

Vaikka Zaporižžjassa ei ole välitöntä ydinonnettomuuden uhkaa, tilanne on siitä huolestuttava, että toiminnassa oleviin ydinvoimaloihin ei yhdessäkään aikaisemmassa sodassa tai kriisitilanteessa ole kohdistettu aseellista hyökkäystä. Vaikka laitosta ei lähdettäisi tarkoituksellisesti tuhoamaan, raskaiden aseiden käyttämiseen ydinvoimalaitosalueella liittyy ymmärrettävästi vakavia riskejä.

Tilannetta seuratessa on kuitenkin hyvä pitää mielessä, että onnettomuuden sattuessa suurimmassa vaarassa eivät olisi ainoastaan laitoksen työntekijät, vaan myös sitä vastaan hyökkäävät sotilaat. Ydinvoimalaonnettomuudella uhkailun retoriikka muistuttaa monella tavalla ydinasepelotetta. Siinä vaiheessa kun uhkauksia lähdetään toteuttamaan, myös pelotevaikutus menettää merkityksensä, ja teot alkavat kääntyä uhkaajaa vastaan.

Päivitys (26.8.2022): Voimalaitos irtosi eilen väliaikaisesti kokonaan sähköverkosta, kun viimeinen ehjä voimalinja vaurioitui tulipalossa. Vauriot on sittemmin korjattu. Monessa uutisessa tapahtumasta on kerrottu ikäänkuin kyse olisi ollut täpärästi vältetystä Fukushiman onnettomuuden toisinnosta.

Fukushimassa tilanteen vakavuus liittyi kuitenkin siihen, että ulkoisen sähköverkkoyhteyden menetyksen lisäksi laitosalueelle iskenyt tsunami tuhosi kaikki varavoimageneraattorit neljällä laitosyksiköllä. Eli suunnitteluperusteisesta alkutapahtumasta (ulkoisen sähköverkon menetys) mentiin kertaheitolla vakavaan onnettomuustilanteeseen (täydellinen sähköjärjestelmien menetys).

Zaporižžjassa reaktoreiden jäähdytysjärjestelmät toimivat suunnitellusti varavoimageneraattoreiden varassa, eikä välitöntä onnettomuuden uhkaa samalla tavalla ollut. Varajärjestelmät on mitoitettu vikasietoisiksi siten, että turvallisuus ei vaarannu vaikka vain osa generaattoreista toimisi suunnitellulla tavalla.

---

ⁱ⁾ Tšernobylin lisäksi siviilipuolen laitoksille on ydinenergian käyttöhistorian aikana tapahtunut kaksi muuta vakavaa onnettomuutta: Three-Mile-Islandin onnettomuus USA:ssa vuonna 1979, sekä Fukushiman onnettomuus Japanissa vuonna 2011. Vaikka kaikissa tapauksissa oli kyse vakavasta reaktorionnettomuudesta, niiden seuraukset poikkesivat huomattavasti toisistaan. Esimerkiksi jodipäästöissä (väestölle eniten välitöntä säteilyhaittaa aiheuttava radionuklidi) mitattuna Three-Mile-Islandin onnettomuus jäi alle miljoonasosaan Tšernobylistä. Eron hahmottaa parhaiten ajattelemalla, että TMI:n onnettomuuksia pitäisi tapahtua tunnin välein yli sadan vuoden ajan, jotta kokonaispäästö vastaisi yhtä Tšernobyliä. Fukushimassa päästö oli monta kertaluokkaa suurempi, mutta silti murto-osa Tšernobylistä.