Tekniikka

 

Yleisimmät reaktorityypit: painevesi- ja kiehutusvesireaktorit

Suurin osa maailman ydinreaktoreista on joko painevesireaktoreita (63 %) tai kiehutusvesireaktoreita (19 %). Näiden reaktorityyppien jälkeen seuraavaksi yleisimpiä ovat Neuvostoliitossa suunnitellut painevesireaktorit (VVER). Näiden lisäksi on muutaman prosentin osuudella kaasujäähdytteisiä reaktoreita, grafiittihidasteisia reaktoreita ja hyötöreaktoreita.
 
 
Kuvion lähde: European Nuclear Society.

Painevesireaktori (PWR)

Painevesireaktorissa ylläpidetään niin korkeaa painetta, että vesi ei kiehu huolimatta noin 300 asteen lämpötilasta. Reaktorista kuuma vesi pumpataan nesteenä lämmönvaihtimeen, jossa se luovuttaa lämpönsä putkiston seinämien läpi lämmönvaihtimen toisiopuolella kulkevalle vedelle. Toisiopiirissä alhaisemmassa paineessa se kiehuu höyryksi, joka johdetaan turbiiniin. Lämmönvaihdin erottaa reaktorijärjestelmän ja turbiinijärjestelmän vedet toisistaan, minkä vuoksi painevesireaktorin turbiinilaitoksessa ei ole radioaktiivisuutta. Suomessa Loviisan ydinvoimalaitoksen molemmat reaktorit ovat painevesireaktoreita.
 
Painevesireaktorin toimintakaavio:
 

Kiehutusvesireaktori (BWR)

 Kiehutusvesireaktorissa paine on painevesireaktoria paljon alhaisempi ja vesi kiehuu reaktorin sisällä polttoainesauvojen välissä kulkiessaan. Turbiini saa siten höyrynsä suoraan reaktorista. Höyry on radioaktiivista, eikä turbiinin lähellä voi oleskella laitoksen käydessä. Heti laitoksen pysäyttämisen jälkeen turbiini on luoksepäästävissä. Kiehutusvesireaktorista puuttuvat höyryn kehittämiseen tarvittava lämmönvaihdin sekä paineen ylläpitämiseen tarvittavat laitteet, mikä tekee laitoksesta painevesireaktoria yksinkertaisemman. Suomessa Olkiluodon kaksi reaktoria edustavat kiehutusvesitekniikkaa.
 
Kiehutusvesireaktorin toimintakaavio:

Ydinreaktio eli fissio

Ydinreaktori tuottaa lämpöä energialähteenä käytettävän uraanin atomiytimien haljetessa. Lämmön avulla kiehutetaan vettä korkeapaineiseksi höyryksi. Höyry pyörittää turbiinia, jonka akselille kytketty generaattori kehittää sähköä. Lämmön tuottamiseksi ydinreaktorin polttoaineena käytettävää uraania "pommitetaan" atomiytimien neutroneilla, jotta uraaniytimet saataisiin halkeamaan. Uraaniytimen halkeamisessa syntyy yleensä kaksi keskiraskasta atomiydintä ja lisäksi 2-3 neutronia. Halkeamistuotteiden ja neutronien yhteenlaskettu massa on hiukan pienempi kuin alkuperäisen uraaniytimen massa. Erotus on muuttunut energiaksi, joka aluksi ilmenee halkeamistuoteatomien ja neutronien liike-energiana, mutta muuttuu nopeasti lämmöksi neutronien törmäillessä ympäröiviin atomiytimiin.
 
Reaktorissa uraani on pieninä nappeina, jotka ovat kaasutiiviissä metalliputkissa, ns. polttoainesauvoissa. Tällaisia polttoainesauvoja on reaktorissa useita kymmeniätuhansia niputettuina 80-300 sauvan polttoaine-elementeiksi. Ne muodostavat reaktorin sydämen, joka on sijoitettu jäähdytysaineella täytettyyn paineastiaan. Sauvojen välitse virtaava jäähdyte kuljettaa lämmön reaktorista turbiinille.
 
Uraaniytimien halkeamisia ylläpitävänä voimana toimivat neutronit. Neutronien määrää säätelemällä ohjataan halkeamisten määrää ja siten reaktorin tehoa. Tehonsäätö tapahtuu polttoainesauvojen välissä olevilla säätösauvoilla. Sauvat sisältävät esimerkiksi booria tai kadmiumia, jotka sitovat tehokkaasti neutroneja.
 

Turvallisuus

 
Ydinvoimalaitosten turvallisuus perustuu monivaiheiseen "turvallisuuden syvyysajatteluun". Kaikki laitteet ja toiminnot suunnitellaan erityisten turvallisuustarkastelujen pohjalta, joissa sovelletaan korkeita laatuvaatimuksia ja riittäviä turvallisuusmarginaaleja. Tästä huolimatta lähdetään siitä olettamuksesta, että laitevikoja voi esiintyä tai laitoksen käyttäjä voi tehdä virheitä. Näiden varalta laitos varustetaan toimintaa valvovilla turvallisuusjärjestelmillä. Kaikki turvallisuudelle merkitykselliset toiminnot varmistetaan useilla rinnakkaisilla järjestelmillä ja laitteilla, jotta saavutettaisiin korkea luotettavuustaso. Erityisillä suojauslaitteilla ja -rakenteilla lievennetään mahdollisen onnettomuuden vaikutuksia. Laitteiden ohella kiinnitetään huomiota niiden käytön luotettavuuteen ylläpitämällä henkilökunnan korkeaa osaamistasoa jatkuvalla koulutuksella.
 
Ydinvoimalaitokseen liittyvä riski aiheutuu reaktorin polttoaineeseen käytön aikana kertyvistä radioaktiivisista aineista. Niiden säteilyenergia kehittää lämpöä vielä reaktorin sammuttamisen jälkeenkin. Tämä ns. jälkilämpö on aluksi muutama prosentti reaktorin toiminnan aikaisesta lämpötehosta, mutta pienenee vähitellen. Jos lämpöä ei kuljetettaisi pois reaktorin sydäntä jäähdyttämällä, lämpö riittäisi sulattamaan polttoaineen kaasutiiviit suojakuoret ja itse polttoaineen. Radioaktiivisilla aineilla olisi tällöin mahdollisuus vapautua reaktorista. Ydinvoimalaitoksen turvallisuuden edellytys onkin polttoaineen jäähdytyksestä huolehtiminen kaikissa tilanteissa.
 
Polttoaineen radioaktiivisuuden aiheuttaman vaaran minimoimiseksi muodostetaan useiden sisäkkäisten suojavyöhykkeiden kokonaisuus. Radioaktiivisuuden ensimmäisenä vapautumisesteenä on itse uraanioksidista tehty polttoainetabletti, joka pidättää itsessään syntyneitä halkeamistuotteita. Toisena suojamuurina on polttoainesauvojen kuorena käytetty metalliputki ja kolmantena reaktorin paineastia. Viimeisenä esteenä on reaktoria ympäröivä kaasutiivis suojarakennus. Turvallisuusajattelun lähtökohtana on, että joku suojavyöhykkeistä voi pettää, mutta muut suojavyöhykkeet ovat silti varmistamassa turvallisuutta.
 

Ydinlaitostapahtumat julkisessa tietopankissa

 
Kansainvälisen atomienergiajärjestön IAEA:n ylläpitämä tietopankki välittää englanniksi tietoa 60 maan merkittävistä ydinlaitostapahtumista. Tästä linkistä pääsee NEWS-järjestelmään.
Tietokantaa tapahtumista päivittävät pääasiassa eri maiden kansalliset viranomaiset. Suomessa tehtävää hoitaa Säteilyturvakeskus (STUK). Myös eräät muut erikseen nimetyt organisaatiot, esimerkiksi voimayhtiöt, voivat tallentaa tietoja järjestelmään. Tiedot säilytetään luettavissa puoli vuotta.