Ydinturvallisuus
Wikipedia
Ydinturvallisuudella tarkoitetaan ydinteknisten laitteiden turvallisuutta niiden ydinfysikaalisiin ominaisuuksiin liittyen. Ydintekniikalle ominaista on, että niihin liittyvä radioaktiivisuus ja ionisoiva säteily voivat aiheuttaa vaaraa ihmisille tai ympäristölle jos ydinturvallisuudesta ei huolehdita. Ydintekniikka ei ole ainutlaatuinen tässä suhteessa: sekä radioaktiivisuutta että ionisoivaa säteilyä hyödynnetään laajalti myös ydintekniikan ulkopuolella (mm. radiologisessa lääketieteessä), jolloin täytyy myös huolehtia toiminnan säteilyturvallisuudesta. Ydinturvallisuus kattaa kaikki ne toimet, joilla huolehditaan työntekijöiden, väestön ja ympäristön turvallisuudesta säteilyn ja radioktiivisuuden osalta ydintekniikkaa käytettäessä.
Sisällysluettelo |
[muokkaa] Ydintekniikan käytön oikeutus
Koska ydintekniikan käyttöön miltei aina liittyy ionisoivan säteilyn käyttö tai ainakin sen ilmeneminen, edellyttää ydintekniikan käyttö säteilyturvallisuudesta huolehtimista. Säteilyn turvallisen käytön periaatteita sovelletaankin ydintekniikan hyödyntämisessä aivan kuten kaikessa mussakin säteilyn käytössä. Suomessa nämä periaatteet ovat sitovia sillä ne on kirjattu Säteilylakiin ([1]), jonka 2§ määrää mm. että säteilyä käytettäessä pitää huolehtia, että "toiminnalla saavutettava hyöty on suurempi kuin toiminnasta aiheutuva haitta". Tätä voidaan pitää myös ydintekniikan käytön perusvaatimuksena: käytöstä on oltava hyötyä, jotta käyttöön liittyvä haitan mahdollisuus eli riski olisi oikeutettu.
Ydintekniikan käytössä ei kuitenkaan yleisesti pidetä riittävänä, että toiminnasta olisi nettohyötyä, eli että hyöty olisi yksinkertaisesti suurempi kuin mahdolliset haitat. Täydellisen haitattomuuden tai riskittömyyden vaatimus taas on mahdoton saavuttaa. Koska kuitenkin kaikkeen ihmisen toimintaan liittyy riskejä, on mahdollista saavuttaa muuhun toimintaan sovellettava hyväksyttävyyden taso, jos ydintekniikan käyttö aiheuttaa yhtä suuren tai pienemmän riskin kuin muu yleisesti hyväksytty toiminta. Tätä pidetään yleisesti eräänlaisena ydinturvallisuuden minimitasona: riski ei saa olla suurempi kuin muulla samankaltaisella hyväksytyllä toiminnalla. Periaatetta sovelletaan usein erilaisissa ydinturvallisuutta arvioivissa tutkimuksissa ja se on kirjattu mainittu esimerkiksi IAEA:n soveltamissa ydinturvallisuuden perusperiaatteissa (IAEA: Safety Fundamentals - The Safety of Nuclear Installations, Safety Series No. 110, Wien, 1993, ISBN 92-0-101893-2).
Muuhun toimintaan verrattuna yhtäläinen tai alempi riskitaso on hyödyllinen vertaillukohta myös tarkasteltaessa vaihtoehtoja ydintekniikan käytölle. Usein esimerkiksi harkittaessa lääketieteellistä ydintekniikan käyttöä punnitaan riskiä suhteessa vaihtoehtoisiin hoitomuotoihin. Toinen muotoilu periaatteelle onkin, että ydintekniikan käyttöön liittyvän riskin on oltava yhtä suuri tai pienempi kuin mitä aiheutuisi jos käytettäisiin vaihtoehtoista tekniikkaa. Tiivistettynä mainitut edellytykset ydintekniikan käytön oikeutukselle ovat:
- Ydintekniikan käytön hyötyjen täytyy oikeuttaa käyttöön liittyvä riski.
- Ydintekniikan käyttöön liittyvän riskin on oltava yhtä suuri tai pienempi kuin mitä aiheutuisi jos käytettäisiin vaihtoehtoista tekniikkaa (jos sellaista on).
- Ydintekniikan käyttöön liittyvän riskin on oltava yhtä suuri tai pienempi kuin muuhun samantapaiseen yleisesti hyväksyttyyn toimintaan liityvä riski.
Esimerkiksi monet radiologiset lääkeaineet valmistetaan ydinreaktorilla. Tähän tarkoitukseen käytetyiden reaktoreiden käyttöön liittyvä radiologisen (eli säteilyyn liittyvän) haitan riski on hyvin pieni verrattuna potilaiden saamaan hyötyyn. Näin ollen ehto 1 täyttyy. Koska käytännöllistä vaihtoehtoa ydintekniikan käytölle ei ole, ehto 2 täyttyy. Jos radiologisten lääkeaineiden valmistukseen liittyvien tapaturmien (työtapaturmat, ym.) aiheuttamia vahinkoja verrataan muiden lääkeaineiden valmistuksessa ilmenneiden tapaturmien vahinkoihin voidaan todeta, että vahinkojen ilmenemisessä ei ole merkityksellistä eroa. Ehto 3 täyttyy myös.
[muokkaa] Ydinvoimaan liittyvä riski
Edellä kuvattuun tapaan voidaan arvioida ydinvoiman käytön oikeutusta. Ydinvoiman käytön riskin arviointi on hankalaa: tavallisesti toiminnan riski arvioidaan yksinkertaisesti jakamalla tapahtuneet vahingot toiminnan kestolla ja ihmisten määrällä, joita riski koskee. Esimerkiksi Suomessa sattuu noin 300 liikennekuolemaa vuodessa. Koska suomalaisia on noin viisi miljoonaa, voidaan laskea että keskimääräisen suomalaisen riski kuolla liikenneonnettomuudessa on noin 300/5000000=0,006% vuodessa. Jos keskimääräinen ihminen elää noin 75 vuotta, riski kuolla liikennenonnettomuudessa ylipäänsä on noin 0,006%x75=0,45%. Toisin sanoen noin joka kahdessadas suomalainen kuolee moottoriliikenteen takia. Tätä pidetään yleisesti hyväksyttävänä riskinä koska vaikka toki liikenneturvallisuutta yritetään koko ajan parantaa, ei juuri kukaan ehdota moottoriliikenteen kieltämistä liian vaarallisena: hyötyä pidetään riskit oikeuttavana.
Tällainen laskutapa ei sovellu ydinvoimaan koska väestölle ei ole länsimaissa koskaan aiheutunut vaaraa ydinvoimalan toiminnan takia. Neuvostoliitossa sattui Tshernobylin ydinonnettomuus, joka on ainoa väestölle vaaraa aiheuttanut onnettomuus ydinvoiman historiassa, mutta siitäkään ei ole apua länsimaisten voimaloiden riskin arvioinnissa koska samanlainen onnettomuus on fysikaalinen mahdottomuus kevytvesireaktorilla. Kevytvesireaktoreiden riskin arvioimiseksi täytyy arvioda millä todennäköisyydellä jokin niissä mahdollinen tapahtuma aiheuttaisi henkilövahinkoja.
Arvioita ydinvoiman käytön turvallisuudesta länsimaissa on tehty. Nämä arviot perustuvat ns. todennäköisyyspohjaiselle turvallisuusanalyysille, jossa määritetään ensin edellytykset väestölle vaarallisen tilanteen syntymiselle ja sitten arvioidaan todennäköisyys näiden edellytysten yhtäaikaiselle ilmenemiselle. Vaikka analyysiä tehdessä käytetään ns. konservatiivisia arvioita todennäköisyyksistä, eli pikemminkin liioitellaan kuin vähätellään riskiä pessimistisiä arvioita käyttämällä jos tarkka arvo ei ole tiedossa, on lopputuloksena saatu riski hyvin pieni. Näin on koska ydinvoimalan suunnitteluun kuuluvat suuret turvallisuusmarginaalit, monikerroksinen suojaus ja lukuisat toisistaan riippumattomat varajärjestelmät.
Kaavio 1 havainnollistaa ydinenergian käytön riskiä suhteessa sille vaihtoehtoisiin energianlähteisiin. Työtapaturmien osalta vesivoima on turvallisempaa, mutta vakavien onnettomuuksien osalta muut energianlähteet sisältävät selvästi ydinvoimaa suuremman riskin. Tällä perusteella monesti katsotaan ehtojen 2 ja 3 täyttyvän.
Toisaalta ydinvoima on erittäin merkittävä sähköenergian lähde maailmanlaajuisesti. Noin 17% maailman sähköstä tuotetaan ydinvoimaloissa. Tämä tekee ydinvoimasta kaikkein merkittävimmän päästöttömän sähköenergian lähteen maailmassa. Yhteensä sillä tuotetaan sähköenergiaa yli 7 biljoonaa kilowattituntia vuodessa. Vertailun vuoksi tavallisen mikroaaltouunin sähkönkulutus on alle yhden kilowatin. Saatava hyöty on siis massiivinen riskin ollessa varsin pieni. Näin ollen ehdon 1 voi myös sanoa täyttyvän.
[muokkaa] Ydintekniikan käytön valvonta
Ydinvoiman käytön oikeutuksesta säädetään länsimaissa yleensä lailla. Suomessa ydinenergialaissa [2] oikeutusta koskevat mm. seuraavat kohdat:
- 5 § Yhteiskunnan kokonaisetu Ydinenergian käytön tulee olla, sen eri vaikutukset huomioon ottaen, yhteiskunnan kokonaisedun mukaista.
- 6 § Turvallisuus Ydinenergian käytön on oltava turvallista eikä siitä saa aiheutua vahinkoa ihmisille, ympäristölle tai omaisuudelle.
Muunlainen ydinenergian käyttö on Suomessa laitonta. Ydintekniikan käyttöä valvoo useimmissa maissa itsenäinen viranomainen. Suomessa tämä viranomainen on Säteilyturvakeskus. Viranomaisella on oikeus ydintekniikan käyttäjistä ja poliittisista päättäjistä riippumatta varmentaa, että ydintekniikan käyttö tapahtuu turvallisesti. Lupa ydintekniikan käyttöön evätään jos turvallisuusvaatimukset eivät täyty.
[muokkaa] Ydinturvallisuuden toteutus
Nykyaikaisessa ydinturvallisuusajattelussa korostetaan kokonaisvaltaisen turvallisuuskulttuurin merkitystä. IAEA:n mukaan "turvallisuuskulttuuri on organisaatiossa ja sen muodostavilla yksilöillä niiden ominaisuuksien ja asenteiden kokonaisuus, joka varmistaa että ydinturvallisuusasiat saavat niiden merkityksellisyyden mukaisen huomion eli ensisijaisuuden tärkeysjärjestyksissä". Ydinturvallisuuden toteutus tapahtuu kaikenkattavasti ulottuen laitoksen suunnittelusta ja tekniikasta sen käyttöön, huoltoon ja henkilökunnan koulutukseen ja laajemmallekin. Seuraavassa on lueteltu eräitä keskeisimpiä ydinturvallisuusperiaatteita:
- Paras mahdollinen turvallisuus: turvallisuusfilosofia, jonka mukaan turvallisuustaso tehdään niin korkeaksi kuin käytännöllisin toimin on mahdollista
- Syvyyssuuntainen turvallisuusajattelu: onnettomuuden estäminen tapahtuu usealla peräkkäisellä toisiaan varmentavalla tasolla
- Konservatiiviset arviot: suunnittelun lähtökohdaksi valitaan pahimpia mielekkäästi kuviteltavissa olevia tapahtumia ja olosuhteita
- Varautuminen: turvallisuussunnittelu perustuu vikoihin ja virheisiin varautumiseen
- Stabiilin tekniikan käyttö: tekniikan suunnittelu siten, että se pyrkii luonnostaan turvalliseen tilaan
- Moninkertainen varmentaminen: turvallisuuden kannalta olennaisten laitteiden suunnittelussa noudatetaan rinnakkais-, erilaisuus- ja erotteluperiaatetta (kts. edempänä)
- Peräkkäiset esteet: ydinpolttoaineen radioaktiiviset aineet eristetään ympäristöstä peräkkäisin estein siten, että vaikka yksi este pettäisi, on jäljellä useita muita esteitä
- Suuret turvallisuusmarginaalit sekä laitosten mitoituksessa että hyväksymiskriteereissä
- Henkilökunnan koulutus ja ammattitaidon ylläpito turvallisuutta ja odottamattomissa olosuhteissa toimimista painottaen
- Turvallisuuskulttuuri, jonka mukaan turvallisuus varmistetaan jokaisella tasolla ja jokaisen toimenpiteen yhteydessä
- Valvonta: laitoksen ja sen operoinnin riippumaton ja läpitunkeva valvonta (kts. Säteilyturvakeskus)
[muokkaa] Turvajärjestelyt
Ydinvoimalaitoksessa ydinturvallisuuden kannalta ratkaiseva päämäärä on reaktorin polttoaineessa olevien radioaktiivisten aineiden eristäminen ympäristöstä. Laitoksen tekniset turvajärjestelyt tukevat tavalla tai toisella tätä päämäärää. Turvajärjestelyjen toteutuksessa noudatetaan seuraavia periaatteita:
- Rinnakkaisperiaate
- Turvallisen vioittumisen periaate
- Erilaisuusperiaate
- Syvyysperiaate
[muokkaa] Rinnakkaisperiaate
Turvallisuustoiminnon hoitamiseksi on useita samanlaisia osajärjestelmiä. Järjestelmä suunnitellaan siten, että vaikka osajärjestelmistä yksi tai jopa useampia sattuisi olemaan yhtäaikaisesti toimintakyvyttömiä, turvallisuustoiminto pystytään silti toteuttamaan.
Esimerkiksi Loviisan ydinvoimalassa reaktorin jäähdytysvesikierrosta huolehditaan kuudella toisistaan riippumattomalla pääkiertopumpulla. Reaktorisydämen jälkilämmön jäähdyttämiseen riittää, että yksikin pumpuista käy. Lisäksi tulevat varajärjestelmät.
[muokkaa] Turvallisen vioittumisen periaate
Turvallisuuden kannalta olennaiset järjestelmät suunnitellaan siten, että vioittuessaan ne ovat turvallisessa tilassa. Esimerkiksi reaktorin tehon säätöön käytettyjen säätösauvojen koneisto suunnitellaan siten, että sähkömagneetti tai moottori pitää sauvoja poissa reaktorista kun reaktoria ajetaan. Tällöin virran menetys säätösauvakoneistossa johtaa säätösauvojen tunkeutumiseen reaktoriin joko painovoimaisesti tai paine-eron voimalla ja reaktori sammuu.
[muokkaa] Erilaisuusperiaate
Saman toiminnon hoitamiseksi on useita rinnakkaisia eri periaatteella toimivia järjestelmiä. Esimerkiksi reaktorin säätö voidaan yleensä toteuttaa sekä säätösauvakoneistolla että säätämällä jäähdytysveden booripitoisuutta. Boorilla voidaan tarvittaessa vaikka sammuttaa reaktori kokonaan säätösauvakoneistosta riippumatta.
[muokkaa] Syvyysperiate
Syvyys turvallisuudessa tarkoittaa, että vaikka jokin turvallisuustoimi epäonnistuisi, on olemassa useita turvallisuuskerroksia lisää, jotka estävät vaaran aiheutumisen. Esimerkiksi käy radioaktiivisten aineiden ympäristöstä eristäminen, joka varmennetaan useilla peräkkäisillä keskenään erilaisilla esteillä. Tätä havainnollistaa kaavio 2. Ydinvoimalassa ensimmäisen esteen muodostaa itse ydinpolttoaine, joka on olomuodoltaa kiinteä ja keraamista sekä heikosti reagoivaa. Polttoaine ei voi "vuotaa" nesteiden ja kaasujen tapaan, eikä se pala. Toinen este on poltoainesauvojen ilmatiivis zirkoniumkuori. Kolmas este on reaktorin erikoisteräksinen, kymmeniä senttimetrejä paksu paineastia. Neljäs este on reaktorin ympärillä oleva ilmatiivis suojarakennus, jonka rakenteet ovat terästä tai yli metrin paksuista teräsbetonia. Monissa uusissa voimalaitoksissa on kaksinkertainen suojarakennus, jolloin ulompi suojarakennus muodostaa vielä viidennen esteen. Samat esteet myös suojaavat reaktorisydäntä ulkoisilta uhilta.
Suomessa Olkiluodon voimalaitoksessa reaktoripaineastiaa ympäröi ns. kompakti suojarakennus, joka on vielä reaktorihallin sisällä. Loviisan voimalaitoksessa on suuri teräksinen suojarakennus, jonka lisäksi sen sisä- ja ulkopuolella ovat vielä tukevat betoniset kantavat rakenteet.
[muokkaa] Turvajärjestelyiden yhteisvaikutus
Viat ydinvoimalassa johtavat reaktorin sammumiseen ja turvallisuusjärjestelmien käynnistymiseen. Reaktorin sammuminen työntämällä säätösauvat reaktoriin yhtäaikaisesti vie kevytvesireaktorissä yleensä noin sekunnin. Järjestelmän vioittuminen johtaa samaan tulokseen (turvallisen vioittumisen periaate), sillä ohjauksen toiminnasta riippumatta reaktori on sammutettavissa viimeistään katkaisemalla virta säätösauvakoneistosta.
Vaikka turvallisuuden kannalta merkityksellinen osajärjestelmä vioittuisi, sitä korvaa useampi toisistaan riippumaton osajärjestelmä (rinnakkaisperiaate). Osajärjestelmiä on tarpeeksi useaan yhtäaikaiseen toisistaan riippumattomaan vikaan varautumiseen.
Sama turvallisuustavoite toteutetaan useilla eri toimintaperiaatteille perustuvilla tavoilla (erilaisuusperiaate). Esimerkiksi sähkön saanti Loviisassa on turvattu laitoksen kahden reaktorin tuotannolla, yhteydellä valtakunnan verkkoon, erillisellä yhteydellä läheiselle vesivoimalaitokselle, neljällä eri dieselmoottorilla sekä kaasuturbiinilla. Usean toimintaperiaatteiltaan erilaisen, eri paikoissa sijaitsevan, moneen kertaan varmennetun järjestelmän yhtäaikainen vioittuminen on äärimmäisen epätodennäköistä.
Vaikka kaikesta huolimatta jossain turvallisuustavoitteessa epäonnistuttaisiin, on vaaran ehkäisemiseksi useita peräkkäisiä esteitä (syvyysperiaate). Jos esimerkiksi sydämen radioaktiivisia aineita jotenkin lähtisi liikkeelle polttoainesauvoista huolimatta useista toisistaan riippumattomista, turvallisesti vioittuvista, moneen kertaan varmennetuista turvajärjestelmistä, pidettäisiin ne reaktoripaineastian sisällä. Ja vaikka eristäminen reaktoripaineastian sisälle huolimatta useista toisistaan riippumattomista, turvallisesti vioittuvista, moneen kertaan varmennetuista turvajärjestelmistä epäonnistuisi edes osittain, estäisi suojarakennus päästön ympäristöön.
Turvajärjestelmien moninkertainen, riippumaton, turvallisesti vioittuva, syvyyssunnassa varmennettu luonne selittää miksi ydinvoimaan liittyvä riski on pieni verrattuna muihin energiantuotantotapoihin, teollisuusaloihin ja ihmiseen normaaliin arkeen kuuluvaan toimintaan. Kevytvesireaktoreita on käytetty ydinvoimalaitoksissa yhteenlaskettuna yli 10000 vuotta, jona aikana väestölle ei ole aiheutunut vaaraa kertaakaan.
