Fukushima Daiichi – Ōkuman ydinvoimala ja vuoden 2011 ydinkatastrofi
Fukushima Daiichi – Ōkuma: 2011 ydinonnettomuus, TEPCO, seuraukset ja puhdistustyöt — taustat, vaikutukset ja turvallisuusoppitunnit.
Fukushima Daiichin ydinvoimala (myös Fukushima I) on käytöstä poistettu ydinvoimalaitos Ōkuman kaupungissa Fukushiman prefektuurissa Japanissa. Fukushima Daiichi oli ensimmäinen ydinvoimala, jonka rakensi ja jota pyöritti ainoastaan Tokyo Electric Power Company (TEPCO).
Maaliskuussa 2011 ydinvoimalassa ja eräissä muissa japanilaisissa ydinvoimaloissa sattui ydinonnettomuus, joka herätti kysymyksiä ydinvoiman tulevaisuudesta. Fukushiman ydinkatastrofin jälkeen Kansainvälinen energiajärjestö puolitti arvionsa vuoteen 2035 mennessä rakennettavasta lisäydinvoimakapasiteetista.
Tausta ja tekniset tiedot
Fukushima Daiichi käsitti kuusi kiehutusvesireaktoria (BWR), jotka valmistuivat ja otettiin käyttöön 1960–1970-lukujen aikana. Reaktorien tehot vaihtelivat; laitoksen rakentaminen ja käyttö ajoittuivat ydinvoiman nopean laajentumisen aikakauteen Japanissa. Laitos oli TEPCO:n omistama ja sen tehtävänä oli tuottaa sähköä paikalliselle verkolle.
Maaliskuun 2011 tapahtumat
11. maaliskuuta 2011 voimakas Tōhoku-maanjäristys (magnitudi 9,0) aiheutti massiivisen tsunamin, joka iski Japanin koillisrannikolle. Maailmanluokan luonnonkatastrofi vaurioitti Fukushima Daiichin varavoimajärjestelmiä ja huoltokoneistoja. Varsin nopeasti reaktoreiden jäähdytysjärjestelmät menetettiin, mikä johti ydinpolttoaineen ylikuumenemiseen ja ns. ydinpesien sulamiseen useissa yksiköissä.
Tärkeimmät seuraukset olivat:
- Reaktoreissa 1–3 tapahtuneet polttoaineen osittaiset tai täydelliset sulamiset.
- Useissa reaktoreissa ja laitosrakennuksissa tapahtuivat vetyräjähdyksiä (mm. yksiköissä 1, 3 ja 4), jotka vaurioittivat rakennuksia ja levittivät radioaktiivista materiaalia.
- Suuria määriä radioaktiivisia aineita pääsi ympäristöön sekä ilmaan että mereen.
Säteily- ja ympäristövaikutukset
Ydinkatastrofi aiheutti merkittäviä päästöjä radioaktiivisia aineita, minkä seurauksena laajoja alueita pilaantui. Meriveden ja maaperän säteilytasojen kartoitus ja puhdistus ovat olleet pitkäkestoisia prosesseja. Puhdistustyöt sekä maaperän ja rakennusten dekontaminaatio ovat vähentäneet säteilytasoa monilla alueilla, mutta joitakin alueita on pysyvästi tai pitkään suljettu.
Evakuointi ja terveysvaikutukset
Onnettomuuden vuoksi evakuoitiin kymmeniätuhansia ihmisiä alueelta; korkeimmillaan evakuoitujen määrä oli noin 150 000–170 000. Suoria säteilysurmoja ei raportoitu, mutta evakuointiin liittyvät olosuhteet ja pitkäaikaishäiriöt vaikuttivat merkittävästi ihmisten hyvinvointiin ja johtivat myös kuolemia ja sairastumisia erityisesti haavoittuvissa ryhmissä (ikäihmiset, pitkäaikaissairaat).
Puhdistus, jäähdytysvesien hallinta ja jätteet
TEPCO on toteuttanut laajoja jäähdytys- ja puhdistustoimia tavoitteena vakauttaa reaktorit ja estää lisäpäästöt. Keskeisiä toimia ovat olleet:
- reaktoreiden jäähdytys ja painesäiliöiden lämpötilan hallinta (TEPCO ilmoitti joulukuussa 2011 saavuttaneensa ns. "kylmän seisokin" tilanteen);
- radioaktiivisen veden käsittely ALPS-järjestelmällä (Advanced Liquid Processing System), joka poistaa useita radionuklideja mutta ei tritiumia;
- satojen suurten säiliöiden rakentaminen puhdistetun, mutta tritiumia sisältävän veden tilapäisvarastoksi sekä pitkän aikavälin ratkaisujen etsiminen.
Varastoitavan veden määrä kasvoi nopeasti, ja kansainvälistä ja kotimaista keskustelua seurattiin, kun Japanin viranomaiset päättivät aloittaa käsitellyn veden valvotun päästön mereen loppuvaihtoehtona. Vuonna 2023 aloitettu hallittu vedenpäästö sai IAEA:n tarkastus- ja seurantatuen, jonka mukaan päästö oli teknisesti toteutettu turvallisuusnormien puitteissa; toimenpide herätti kuitenkin laajaa huolta kalastuselinkeinöissä ja naapurimaissa.
Korvaukset, vastuukysymykset ja TEPCO:n asema
Onnettomuus johti laajoihin korvausvaatimuksiin ja TEPCO joutui kantamaan merkittävää taloudellista vastuuta. Yhtiötä ja sen toimintaa on arvosteltu kriisinhallinnasta, tiedottamisesta ja valvonnan puutteista. Japanin hallitus on osallistunut tilanteen hoitoon sekä taloudellisin että lainsäädännöllisin keinoin.
Decommissioning eli purku ja tulevaisuus
Reaktorien poistaminen käytöstä ja sulaneen polttoaineen jälkien siivoaminen on erittäin monimutkainen ja pitkä prosessi. Arviot työlle viittaavat useisiin vuosikymmeniin; polttoainedebrisin (sulatun polttoaineen) ja rakenteellisten jäänteiden poisto edellyttää etäohjattuja laitteita, tutkimusta ja kokeiluja. Japanin viranomaiset ja TEPCO ovat laatineet vaiheittaisen suunnitelman, mutta aikataulut ja tekniikat tarkentuvat työn edetessä.
Poliittiset ja kansainväliset vaikutukset
Fukushiman onnettomuus vaikutti merkittävästi ydinenergian julkiseen keskusteluun ja politiikkaan useissa maissa. Joissain maissa ydinvoiman laajentussuunnitelmia hidastettiin tai peruttiin, toisaalta turvallisuusvaatimukset ja kansainvälinen yhteistyö lisääntyivät. IAEA sekä muut kansainväliset toimijat ovat korostaneet turvallisuuskulttuurin, luonnonkatastrofeihin varautumisen ja riippumattoman valvonnan merkitystä.
Tilanne nykyhetkellä
Useita toimenpiteitä puhdistuksen, seurantajärjestelmien ja yhteiskunnallisen tukitoimien osalta on toteutettu ja kehitetty vuosien 2011 jälkeen. Evakuointimääräyksiä on lievennetty monilla alueilla ja osa asukkaista on palannut, mutta alueellinen palautuminen on epätasaista. Decommissioning etenee vaiheittain, mutta työn odotetaan kestävän useita vuosikymmeniä. Fukushima Daiichin tapaus on jäänyt yhdeksi modernin ydinvoiman historian merkittävimmistä onnettomuuksista ja sen opit vaikuttavat edelleen kansalliseen ja kansainväliseen energiapolitiikkaan sekä ydinvoiman turvallisuusvaatimuksiin.
Japanissa vuonna 2011 tapahtuneen Fukushiman ydinonnettomuuden aikana kolme ydinreaktoria vaurioitui räjähdyksissä.
Ydinreaktorit
Ydinreaktorit yksiköihin 1, 2 ja 6 toimitti General Electric, yksiköihin 3 ja 5 Toshiba ja yksikköön 4 Hitachi. General Electricin yksiköiden arkkitehtonisen suunnittelun teki Ebasco. Kaikki rakennustyöt teki Kajima. Syyskuusta 2010 lähtien yksikön 3 polttoaineena on käytetty MOX-polttoainetta|mixed-oxide (MOX) -polttoainetta. Yksiköissä 1-5 oli/on Mark 1 -tyyppinen (hehkulampun muotoinen torus) suojarakenne, yksikössä 6 on Mark 2 -tyyppinen (yli/alas) suojarakenne.
Yksikkö 1 on 439 MW:n kiehutusvesireaktori (BWR3), joka rakennettiin heinäkuussa 1967. Se aloitti kaupallisen sähköntuotannon 26. maaliskuuta 1971, ja se oli tarkoitus sulkea maaliskuussa 2011. Se vaurioitui vuoden 2011 Sendain maanjäristyksessä ja tsunamissa. Reaktorin atomi- ja maanjäristysturvallisuustaso oli korkea, kun se valmistettiin, mutta nyt se on sekä vanha että vanhentunut. Kukaan ei tiennyt, että Japanissa voisi tapahtua näin paha maanjäristys. Yksikkö 1 suunniteltiin 0,18 g:n (1,74 m/s2 ) maanjäristyksen huippukiihtyvyydelle ja vuoden 1952 Kernin piirikunnan maanjäristykseen perustuvalle seismiselle vastespektrille. Kaikki yksiköt tarkastettiin vuoden 1978 Miyagin maanjäristyksen jälkeen, jolloin seisminen maanpinnan kiihtyvyys oli 0,125 g (1,22 m/s2 ) 30 sekunnin ajan, mutta reaktorin kriittisille osille ei havaittu vaurioita.
| Yksikkö | Tyyppi | Ensimmäinen meni atomisesti "kriittiseksi | Tuotettu sähköenergia | Reaktorin toimitti | Suunnittelija | Rakentanut |
| Fukushima I - 1 | BWR-3 | lokakuu 1970 | 460 MW | General Electric | Ebasco | Kajima |
| Fukushima I - 2 | BWR-4 | 18. heinäkuuta 1974 | 784 MW | General Electric | Ebasco | Kajima |
| Fukushima I - 3 | BWR-4 | 27. maaliskuuta 1976 | 784 MW | Toshiba | Toshiba | Kajima |
| Fukushima I - 4 | BWR-4 | 12. lokakuuta 1978 | 784 MW | Hitachi | Hitachi | Kajima |
| Fukushima I - 5 | BWR-4 | 18. huhtikuuta 1978 | 784 MW | Toshiba | Toshiba | Kajima |
| Fukushima I - 6 | BWR-5 | 24. lokakuuta 1979 | 1 100 MW | General Electric | Ebasco | Kajima |
| Fukushima I - 7 (suunniteltu) | ABWR | lokakuu 2016 | 1 380 MW | |||
| Fukushima I - 8 (suunniteltu) | ABWR | lokakuu 2017 | 1 380 MW |
Tyypillinen tyypillinen BWR Mark I -säiliö, jota käytetään yksiköissä 1-5.
2011 Fukushiman ydinkatastrofi
Katso myös: Fukushiman ydinkatastrofi
Maaliskuussa 2011, pian Sendain maanjäristyksen ja tsunamin jälkeen, Japanin hallitus poisti ihmiset voimalan lähistöltä ja käynnisti paikalliset hätätilalainat Fukushima I:ssä. Japanin ydinturvallisuuslautakunnan Ryohei Shiomi oli huolissaan ykkösyksikön sulamisen mahdollisuudesta. Seuraavana päivänä kabinettipäällikkö Yukio Edano sanoi, että osittainen sulaminen yksikkö 3:lla oli "hyvin mahdollinen".
Nuclear Engineering International -ryhmä oli ilmoittanut, että yksiköt 1, 2 ja 3 sammutettiin automaattisesti. Yksiköt 4, 5 ja 6 oli jo suljettu huoltotöiden ajaksi. Tsunami vaurioitti varageneraattoreita, jotka käynnistyivät ensin, mutta pysähtyivät tunnin kuluttua.
Japanin hallitus sanoi, että se oli joutunut ydinvoimalaitoksen hätätilaan, kun jäähdytysongelmat ilmenivät varadieselgeneraattoreiden rikkoutuessa. Jäähdytystä tarvitaan poistamaan hajoamislämpöä myös silloin, kun ydinvoimala on pysäytetty, koska ydinreaktiot ovat pitkäaikaisia. Satojen japanilaisten joukkojen kerrottiin kuljettavan generaattoreita ja akkuja paikalle.
Reaktorin ja generaattoreiden vaurioraportit (09.53 UTC, 16-3-2011)
Varadieselgeneraattorien pumppujen hajottua hätäakut tyhjenivät noin kahdeksan tunnin kuluttua. Paikalle lähetettiin akkuja muista ydinvoimaloista, ja siirrettävät sähkö- ja dieselgeneraattorit saapuivat paikalle 13 tunnin kuluessa, mutta työt siirrettävien generaattoreiden kytkemiseksi vesipumppujen käyttövoimaksi jatkuivat edelleen 12. maaliskuuta kello 15.04. Normaalisti dieselgeneraattorit kytketään yhteen voimalaitoksen rakennusten kellaritiloissa sijaitsevien vaihteiden avulla, mutta tsunami oli tulvinut sinne.
JAIF:n (Japan Atomic Industrial Forum) arvioimat tiedot.
| Reaktoreiden tila klo 22:00 21. maaliskuuta JST | 1 | 2 | 3 | 4 | 5 | 6 |
| Sähköteho (MWe) | 460 | 784 | 784 | 784 | 784 | 1100 |
| Reaktorin tyyppi | BWR-3 | BWR-4 | BWR-4 | BWR-4 | BWR-4 | BWR-5 |
| Toimintatila maanjäristyksessä | Käytössä | Käytössä | Käytössä | Katkos (polttoaineen poisto) | Katkos (suunniteltu) | Katkos (suunniteltu) |
| Polttoainevahinkojen taso | 70 % vaurioitunut | 33 % vaurioitunut | Vahingoittunut | Ei vaurioitunut | Ei vaurioitunut | Ei vaurioitunut |
| Ensisijaisen suojarakennuksen vahinkotaso | Ei vaurioitunut | Epäilty vahinko | Saattaa olla "Ei vaurioitunut" | Ei vaurioitunut | Ei vaurioitunut | Ei vaurioitunut |
| Ydinjäähdytysjärjestelmä 1 (ECCS/RHR) | Ei toiminnassa | Ei toiminnassa | Ei toiminnassa | Ei tarpeen | Ei tarvita, vaihtovirta käytettävissä | Ei tarvita, vaihtovirta käytettävissä |
| Ydinjäähdytysjärjestelmä 2 (RCIC/MUWC) | Ei toimi | Ei toimi | Ei toimi | Ei tarpeen | Ei tarpeen | Ei tarpeen |
| Rakennuksen vahinkotaso (toissijainen eristys) | Räjähdys vaurioitti vakavasti | Räjähdys vaurioitti hieman | Räjähdys vaurioitti vakavasti | Räjähdys vaurioitti vakavasti | Kattoon poratut tuuletusaukot | Kattoon poratut tuuletusaukot |
| Ympäristövaikutus (mitattuna huoltorakennuksen pohjoispuolella) | 2019 µSv/tunti kello 15:00 21. maaliskuuta 2019 | |||||
| Paineastia, vedenpinnan taso | Polttoaine on osittain tai kokonaan alttiina | Polttoaine on osittain tai kokonaan alttiina | Polttoaine on osittain tai kokonaan alttiina | Turvallinen | Turvallinen ja kylmässä sammutuksessa | Turvallinen ja kylmässä sammutuksessa |
| Paineastia, paine | Vakaa | Tuntematon | Tuntematon | Turvallinen | Turvallinen | Turvallinen |
| Säiliöyksikön paine | Vakaa | Vakaa | Vähenevä | Turvallinen | Turvallinen | Turvallinen |
| Ruiskutettiinko reaktorin ytimeen merivettä? | Jatkuva | Jatkuva | Jatkuva | Ei tarpeen | Ei tarpeen | Ei tarpeen |
| Ruiskutettiinko merivettä ensisijaiseen suoja-astiaan? | Jatkuva | Päätetään myöhemmin | Jatkuva | Ei tarpeen | Ei tarpeen | Ei tarpeen |
| Säiliöyksikön tuuletus | Kyllä, mutta väliaikaisesti pysäytetty | Kyllä, mutta väliaikaisesti pysäytetty | Kyllä, mutta väliaikaisesti pysäytetty | Ei tarpeen | Ei tarpeen | Ei tarpeen |
| Käytetyn polttoaineen vahinkotaso | Tuntematon, veden ruiskutusta harkitaan | Tuntematon, merivesi-injektio suoritettiin 20. maaliskuuta. | SFP:n vedenpinta matalaMeriveden | SFP:n vedenpinta matalaMeriveden | SFP:n jäähdytyskapasiteetti on otettu talteen | SFP:n jäähdytyskapasiteetti on otettu talteen |
| Evakuointialueen säde | 20 km NPS:ltä | |||||
| INES | Taso 5 (Japanin NISA:n arvio ja kansainvälisen IAEA:n hyväksymä); taso 6 (Ranskan ydinvoimaviranomaisten ja Suomen ydinvoimaviranomaisten arvio); de facto taso 5 (reaktorisydämen eristys on rikkoutunut). | |||||
Myöhemmin myös läheisen Fukushima II -ydinvoimalaitoksen yksikkö 4 sammutettiin turvajärjestelmien avulla. Nyt laitoksen ulkopuolinen voimanlähde on käytettävissä, mutta voimalan vahinkotaso on paha.
Ehdotettu pitkän aikavälin turvallisuustoiminta
Boori
Viranomaiset ovat harkinneet säteilyn tappavan boorihapon, boorattujen muovihelmien tai boorikarbidipellettien sijoittamista käytetyn polttoaineen altaisiin tai niiden pudottamista ilmasta neutronien absorboimiseksi. Ranska lennätti 95 tonnia booria Japaniin 17. maaliskuuta 2011. Boorihappo, jota on ruiskutettu reaktorisydämiin, absorboi neutroneita, mutta on epäselvää, onko booria käytetty myös polttoaineen poistoaltaiden suihkutusletkujen ja paloautojen vesiruiskutuksessa.
Sarkofagihauta ja nestemäinen metalli
Uutistoimisto Reuters kertoi 18. maaliskuuta, että Japanin ydinvoimaviraston tiedottajalta Hidehiko Nishiyamalta kysyttiin reaktoreiden hautaamisesta hiekka- ja betonihautaan: Nishiishi sanoi: "Tämä ratkaisu on mielessämme, mutta keskitymme reaktoreiden jäähdyttämiseen."
Tšernobylin onnettomuuden jälkeen ydinturvallisuustyöntekijät käyttivät 1 800 tonnia hiekkaa ja savea laitoksen peittämiseen. Tämä aiheutti ongelman, koska ne olivat lämpöeristeitä ja vangitsivat lämpöä sisälle. Ensin on siis laitettava haihtumatonta jäähdytysainetta, kuten nestemäistä metallia. Kun kaikki on jäähtynyt, rakennetaan Tšernobylin ydinvoimalan kaltainen sarkofagihauta.
Tokion palokunnan vesitorni; Fukushimaan on lähetetty muitakin "vesitorni"-paloautoja.
Implikaatiot
Fukushima Daiichin ja muiden ydinvoimaloiden ydinvoimalaonnettomuudet herättivät kysymyksiä ydinvoiman tulevaisuudesta. Plattsin mukaan "Japanin Fukushiman ydinvoimaloiden kriisi on saanut johtavat energiaa kuluttavat maat tarkistamaan nykyisten reaktoreidensa turvallisuutta ja asettanut kyseenalaiseksi suunniteltujen laajennusten nopeuden ja laajuuden eri puolilla maailmaa". Fukushiman ydinkatastrofin jälkeen Kansainvälinen energiajärjestö puolitti arvionsa vuoteen 2035 mennessä rakennettavasta uudesta ydinvoimakapasiteetista.
Kysymyksiä ja vastauksia
Q: Mikä on Fukushima Daiichin ydinvoimala?
V: Fukushima Daiichin ydinvoimalaitos on Ōkuman kaupungissa Fukushiman prefektuurissa Japanissa sijaitseva ydinvoimalaitos.
K: Kuka toimi Fukushima Daiichin ydinvoimalassa?
V: Tokyo Electric Power Company (TEPCO) oli ainoa yritys, joka rakensi ja käytti Fukushima Daiichin ydinvoimalaa.
K: Mitä Fukushima Daiichin ydinvoimalassa tapahtui maaliskuussa 2011?
V: Fukushima Daiichin ydinvoimalassa ja eräissä muissa Japanin ydinvoimaloissa oli maaliskuussa 2011 ydinonnettomuuksia.
K: Miten Fukushima Daiichin ydinvoimalaonnettomuudet vaikuttivat ydinvoiman tulevaisuuteen?
V: Fukushima Daiichin ydinonnettomuudet ja muut Japanin ydinvoimalat herättivät kysymyksiä ydinvoiman tulevaisuudesta.
Kysymys: Miten Kansainvälinen energiajärjestö reagoi Fukushiman ydinkatastrofiin?
V: Fukushiman ydinkatastrofin jälkeen Kansainvälinen energiajärjestö puolitti arvionsa vuoteen 2035 mennessä rakennettavasta lisäydinvoimakapasiteetista.
K: Milloin Fukushima Daiichin ydinvoimala rakennettiin?
V: Fukushima Daiichin ydinvoimala oli ensimmäinen ydinvoimala, jonka rakensi ja jota pyöritti ainoastaan TEPCO.
K: Missä Fukushima Daiichin ydinvoimala sijaitsee?
V: Fukushima Daiichin ydinvoimala sijaitsee Ōkuman kaupungissa Fukushiman prefektuurissa Japanissa.
Etsiä