Ydinvoima
Ydinvoima eli ydinenergia on energiantuotantoa, joka perustuu hallittuun atomiydinten fissio- tai fuusioreaktioon tai muihin ydinreaktioihin, kuten radioaktiiviseen hajoamiseen. Ydinvoiman tuotannossa osa ydinpolttoaineen atomien massasta muuttuu energiaksi, joten ydinpolttoaineen energiasisältö on tavanomaisiin polttoaineisiin verrattuna hyvin suuri.
Ydinvoimasta käytetään vanhastaan myös nimityksiä atomivoima ja atomienergia, jotka ovat ydinvoiman synonyymeja.[1] Ydinvoima kuitenkin perustuu nimenomaan atomin ytimen reaktioiden hyödyntämiseen.
Ydinvoiman muodot
Ydinvoimaa hyödynnetään pääasiassa ydinvoimalaitoksissa sähköntuotantoon ja ydinkäyttöisillä aluksilla voimanlähteenä. Ydinvoimaa käytetään jossain määrin myös muun muassa avaruudessa, majakoissa, vedenpuhdistuksessa ja tutkimuksessa. Suurin osa ydinvoimasta on sähkön tuotantoa ydinreaktorilla. Reaktorissa hallittu fissioketjureaktio tuottaa lämpöä, joka jäähdytyskierrolla johdetaan turbiineihin ja muunnetaan siten mekaaniseksi energiaksi ja jälleen generaattorilla sähköenergiaksi. Tämä on ydinvoimalaitosten ja ydinkäyttöisten laivojen ydinreaktorien toimintatapa. Harvinaisempaa radioaktiivisen hajoamisen tuottaman energian hyödyntämistä käytetään muun muassa avaruusluotaimissa. Hallitulla fuusioreaktiolla ei toistaiseksi ole tuotettu energiaa, mutta ydinfuusio saattaa tulevaisuudessa muodostua tärkeäksi energianlähteeksi.
Fissio
- Pääartikkeli: Fissio
Ylivoimaisesti merkittävin ydinvoiman muoto on hallitun fissioreaktion hyödyntäminen. Fissiossa atomiydin halkeaa kahdeksi tai useammaksi kevyemmäksi atomiytimeksi, ja atomi hajoaa yhtä moneksi kevyemmän alkuaineen atomiksi. Lisäksi reaktiossa ytimestä sinkoutuu neutroneita, ja osa sen massasta muuttuu energiaksi.
Eräissä alkuaineissa voi suotuisissa olosuhteissa syntyä ketjureaktio, jossa fissiossa vapautuvat neutronit törmäävät muihin atomeihin ja aiheuttavat uusia fissioita. Jos kussakin fissiossa vapautuneet neutronit aiheuttavat keskimäärin ainakin yhden uuden fission, ketjureaktio pysyy käynnissä, muutoin se väistämättä pysähtyy. Ydinreaktorin säätö perustuu yleensä vapaiden neutronien absorbointiin säätösauvoilla tai muilla keinoilla.
Vain harvat aineet pystyvät ylläpitämään ketjureaktiota eli ovat fissiilejä. Ydinpolttoaineessa käytetään yleensä uraanin fissiiliä isotooppia U-235 tai plutoniumin fissiiliä isotooppia Pu-239 tai molempia. Plutonium tuotetaan keinotekoisesti ydinreaktorilla, mutta uraania esiintyy luonnossa. Luonnon uraaniesiintymissä tiedetään jopa syntyneen luonnonydinreaktoreita, joissa ketjureaktio on käynnistynyt itsestään ja pysynyt käynnissä kunnes polttoaine on loppunut.
Fuusio
- Pääartikkeli: Fuusioreaktio
Fissiolle vastakkainen reaktio on fuusio, jossa kaksi kevyen alkuaineen atomiydintä yhdistyy muodostaen uuden raskaamman alkuaineen. Samalla vapautuu hyvin suuria määriä energiaa. Yleensä fuusiossa yhdistyy kaksi vetyatomia, jolloin muodostuu heliumatomi. Fuusioreaktion vaatima suunnattoman korkea lämpötila ja siihen liittyvät ongelmat ovat tähän asti osoittautuneet suureksi tekniseksi esteeksi hallitun fuusioreaktion energiakäytössä. Toistaiseksi fuusion voimalaitoskäyttö vaikuttaisi olevan vähintään vuosikymmenien päässä. Luonnossa Auringon ja muiden tähtien energia on peräisin fuusioydinreaktiosta. Auringon energia on maapallon pääasiallinen energianlähde, sillä kaikki ihmisen käytössä oleva energia ydinvoimaa ja geotermistä energiaa lukuun ottamatta ovat tavalla tai toisella lähtöisin Auringosta.
Radioaktiivisuus energianlähteenä
Radioaktiivisessa hajoamisessa vapautuu energiaa, jota voidaan hyödyntää suhteellisen vähän energiaa kuluttavissa käyttötarkoituksissa. Radioaktiivisuudelle perustuva isotooppiparisto (RTG) on ennustettavissa oleva, vakaa ja pitkäikäinen voimanlähde syrjäisiin tai muuten eristettyihin järjestelmiin. Tyypillisiä käyttötarkoituksia ovat majakat, avaruusluotaimet ja satelliitit, aiemmin myös sydämentahdistimet. Hyvin pienet määrät radioaktiivista ainetta riittävät myös antaman energiaa itsevalaiseviin pintoihin joissain pimeässä näkyvissä kylteissä sekä mittaristojen, kompassien tai kellojen viisareissa yms. Luonnossa radioaktiivinen hajoaminen on maan sisäisen lämmön lähde ja siten mm. tulivuorten ja kuumien lähteiden voimanlähde. Tätä kautta radioaktiivista hajoamista käytetään energiantuotannossa maalämpövoiman avulla esimerkiksi Islannissa ja Japanissa.
Ydinvoiman historia
- Pääartikkeli: Ydinvoiman historia
Ensimmäiset vihjeet siitä, että atomin itsensä sisällä esiintyy reaktioita, saatiin vuonna 1896, kun Antoine Henri Becquerel havaitsi radioaktiivisuuden. Ytimen olemassaolosta saatiin viitteitä vuonna 1919, kun Ernest Rutherford altisti typpikaasun alfahiukkassäteilylle: osa hiukkasista törmäsi ja jäi typpiatomiin transmutatoiden eli muuttaen ne hapeksi. Reaktiossa atomi emittoi protonin, jonka myöhemmät tutkimukset osoittivat ydinhiukkaseksi. Toisen ydinhiukkasen, neutronin, löysi Sir James Chadwick vuonna 1932. Pian italialainen Enrico Fermi kollegoineen havaitsi, että uraaniin törmätessään hitaat neutronit synnyttävät kohteessa ainakin neljää erilaista ainetta. Vähän myöhemmin saksalaiset Otto Hahn ja Fritz Strassmann osoittivat, että reaktiossa uraaniatomit halkeavat. Keinotekoinen fissio oli keksitty.
Vuonna 1939 Fermi pakeni Italian fasisteja Yhdysvaltoihin; Niels Bohr puolestaan pakeni natsimiehitystä Tanskasta. He aloittivat yhteistyön Columbian yliopistossa ja kehittivät energianlähteeksi käyvän ketjureaktion käsitteen. Energiakäytöstä tutkimuksen painopiste siirtyi kuitenkin nopeasti ydinaseen kehittämiseen. Vuonna 1940 alkoi Yhdysvaltain hallituksen Manhattan-projekti, jonka tavoitteena oli ydinaseen kehittäminen.
Vuonna 1942 Enrico Fermin johdolla rakennettiin ensimmäisen kokeellinen ydinreaktori Chicagon yliopistoon. Tämä oli ensimmäinen kerta maailmanhistoriassa kun ihminen toteutti hallitun fissioiden ketjureaktion. Vuotta myöhemmin Oak Ridgessä kokeiltiin plutoniumin tuotantoon tarkoitettua reaktoria ja vuoteen 1945 mennessä Hanfordissa oli käynnissä kolme täysimittaista reaktoria.
Toisen maailmansodan päätyttyä atomiytimen energian hyödyntäminen oli kaksijakoista: toisaalta ydinaseiden tuhovoima ja määrä kasvoivat nopeasti, mutta toisaalta myös ydinvoiman, säteilyn ja radioaktiivisuuden rauhanomainen hyödyntäminen lisääntyi monissa käyttökohteissa kuten lääketieteessä, tutkimuksessa, energiantuotannossa, merenkulussa, maanviljelyssä, avaruustutkimuksessa. Ensimmäinen sähköntuotantoon tarkoitettu ydinreaktori saavutti kriittisyyden 27. kesäkuuta 1954 kello 17:30 Neuvostoliitossa, Obninskissa lähellä Moskovaa. Vuonna 1956 Calder Hallissa, Englannissa aloitti toimintansa ensimmäinen kaupallinen ydinvoimalaitos. Vuonna 1957 aloitti toimintansa ensimmäinen ydinvoimalaitos Yhdysvalloissa Shippingportissa.
1950-luvun jälkeen ydinvoimaloiden määrä on kasvanut huomattavasti. Vuoteen 1964 mennessä maailmassa oli 14 reaktoria kytkettynä sähköverkkoon, vuonna 1970 81 reaktoria, vuonna 1975 jo 167, vuonna 1985 365 ja vuonna 1999 428. Ydinvoimalla tuotetaan tätä nykyä noin 16 prosenttia maailman sähköstä ja 6,5 prosenttia kaikesta energiasta ja sen osuus on kasvussa (IAEA, 2005; USGS,1998).
Ydinvoiman käyttö
- Pääartikkeli: Ydinvoiman käyttökohteet.
Ydinvoimaa käytetään hyvin vaihtelevissa käyttötarkoituksissa voimalaitoksista sukellusveneisiin ja satelliiteista majakoihin. Ydinpolttoaineen suuri energiasisältö mahdollistaa toisaalta suurten energiamäärien tuottamisen pienillä materiaalivirroilla ja toisaalta sallii pitkäkestoisen energiantuotannon ilman tarvetta lisätä polttoainetta.
 |
||
 |
 |
 |
Ydinvoima maailmalla
| ||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||
 Rakentaa lisää ydinvoimaa Rakentaa ensimmäistä voimalaa Suunnittelee lisäydinvoimaa Suunnittelee ensimmäistä voimalaa Ydinvoiman määrä vakaa Harkitsee luopumista Luopunut ydinvoimasta |
Ydinvoimaa pidetään useissa maissa jatkuvaan, mittakaavaltaan suureen sähkönkulutukseen sopivana energiamuotona. Esimerkiksi maailman ydinvoimajohtajamaa Ranska tuottaa 78 prosenttia kaikesta sähköstään ydinvoimalla. Koska sähkömarkkinoilla voimalaitosten ajojärjestyksestä tavallisesti muotoutuu sellainen, että kulutuksen laskiessa ensimmäisinä tuotantoa vähennetään kalliiden muuttuvien kustannusten voimalaitoksissa, suhteellisen edullista sähköä tuottavia ydinvoimaloita käytetään yleensä miltei tauotta perusvoimantarpeen kattamiseen. Ydinvoimalaitoksen tuotantoa voidaan toki tarvittaessa myös säätää ja niin yleisesti tehdään paljon ydinsähköä tuottavissa maissa.
31. joulukuuta 2005 maailmassa oli yhteensä 443 sähkövoiman tuotantoon käytettävää ydinreaktoria kaikkiaan 31 eri maassa. Näillä tuotettiin sähköä yhteensä 368 125 MW teholla.[2] Uusia voimalaitosreaktoreita oli rakenteilla 25 (joista 8 Intiaan), suunnitteilla 39 ja ehdotettu 73. Kaikesta maailman sähköstä noin 16 prosenttia tuotetaan ydinvoimalla – mikä tekee ydinvoimasta vesivoiman veroisen, maailman toiseksi merkittävimmän kasvihuonekaasupäästöttömän sähköenergianlähteen. Kaikesta tuotetusta energiasta ydinvoimalla taas tuotetaan noin 7 prosenttia. EU-maissa noin 31 prosenttia sähköstä tuotetaan ydinvoimalla.
Suurimmat ydinvoiman tuottajamaat ovat Yhdysvallat, Ranska ja Japani. Näissä kolmessa maassa sijaitsee noin puolet ydinreaktoreista ja yhdessä ne tuottavat selvästi yli puolet maailman ydinenergiasta. Ennen hajoamistaan myös Neuvostoliitto kuului suurten ydinenergiamaiden joukkoon. Kymmenessä suurimmassa tuottajamaassa on neljä viidesosaa maailman ydinreaktoreista ja ne tuottavat yli 85 prosenttia maailman ydinenergiasta. Muita merkittäviä ydinenergiamaita ovat Espanja, Kiina, Belgia ja Taiwan. Suomi on 19. suurin tuottaja 2 676 MW teholla neljässä reaktorissa.
Reaktorityypeistä kevytvesireaktori on selvästi yleisin voimalaitoskäytössä. Niitä on yhteensä 355, joista 263 painevesireaktoreita ja 92 kiehutusvesireaktoreita. Seuraavaksi yleisin on CANDU-reaktori, joita on 38. Loput 46 ovat harvinaisempia reaktorityyppejä.
Ydinvoima Suomessa
- Pääartikkeli: Ydinvoima Suomessa
Ydinvoimaa piti rakentaa aikoinaan Suomeen nykyistä enemmän, muun muassa Helsinki osti Vuosaaren vierestä Sipooseen kuuluvan Granön saaren uutta ydinvoimalaitosta varten. Voimaloita ei lopulta rakennettu läheskään suunniteltua määrää.
Suomessa on neljä kaupallista ydinreaktoria. Vuonna 2005 ne tuottivat 26,3 prosenttia Suomessa käytetystä sähköstä (Energiateollisuus, Energiavuosi 2005). Suomessa ydinvoiman käyttöaste on tyypillisesti ollut yli 90 prosenttia. Lisäksi Espoon Otaniemessä on pieni Triga-tutkimusreaktori. Reaktorin tuottamaa säteilyä käytetään tutkimuksen lisäksi aivokasvainten hoidossa käytettävään boorineutronikaappaushoitoon.
Sähköntuotannossa olevista ydinreaktoreista kaksi sijaitsee Satakunnassa Eurajoen Olkiluodon saarella, lähellä Raumaa. Niiden omistaja on Teollisuuden Voima TVO. Toiset kaksi reaktoria ovat Fortumin omistuksessa ja ne sijaitsevat Itä-Uudellamaalla Loviisassa Hästholmenin saarella.
Eurajoen kiehutusvesireaktorit (BWR) valmisti ruotsalainen Asea-Atom, nykyinen monikansallinen ABB. Loviisan painevesireaktorit (PWR) ovat neuvostoliittolaisen Atomenergoexportin tuotosta. Loviisan 1. yksikkö aloitti sähköntuotannon helmikuussa 1977 ja 2. yksikkö marraskuussa 1980. Olkiluodon reaktorit otettiin tuotantokäyttöön vuosina 1979 ja 1982.
Eduskunta antoi vuonna 2002 TVO:lle luvan rakentaa viidennen ydinvoimalaitosyksikön Olkiluotoon. Yksikkö on tarkoitus ottaa tuotantokäyttöön vuonna 2011. Uusi laitos on tekniikaltaan ns. kolmannen sukupolven kevytvesireaktori ja malliltaan eurooppalainen painevesireaktori eli EPR. Voimala tulee olemaan sähköteholtaan (1600 MW) maailman suurin yksikkö. Laitoksen höyryturbiini on maailman suurin höyryturbiini. Uuden voimalan toimittaa saksalais-ranskalainen Framatome-Siemens-konsortio. Rakennusprojektin aikana on raportoitu huomattava määrä laatu- ja toimintopoikkeamia joiden johdosta hankkeen toteutusaikataulu tulee viivästymään. Merkittävimmät ongelmat on kirjattu Säteilyturvakeskuksen vuosiraportteihin[3].
Ydinvoimalaitos
Ydinvoimalaitoksen pääosat ovat:
- Reaktori
- Pääkiertopiiri eli primääripiiri
- Toisiopiiri eli sekundääripiiri
- Turbiinigeneraattori eli turbogeneraattori
- Lauhdutin
Ydinvoimalaitoksessa ydinreaktori tuottaa lämpöä, joka kuumentaa pääkiertopiirin vettä. Laitostyypistä riippuen joko pääkiertopiirin vesi höyrystyy, pyörittää turbiinia ja lauhdutetaan, tai sitten pääkiertopiirin vesi johdetaan erillisiin höyrystimiin, joissa toisiopiirin vesi höyrystetään turbiiniin ja lauhduttimeen. Turbiiniin on kytketty generaattori, jolla tuotetaan sähköä. Lauhduttimessa suljetun vesikierron vesi lauhdutetaan höyrystä jälleen vedeksi. Lauhdutinta jäähdytetään joko vesistöstä saatavalla vedellä tai jäähdytystornien avulla.
| Painevesireaktori eli PWR | Kiehutusvesireaktori eli BWR |
 |  |
|
C polttoaine |
D säätösauvakoneisto |
G generaattori |
Ydinreaktori sisältää kaiken ydinvoimalaitoksen ydintekniikan ja radioaktiivisten aineiden selkeän pääosan. Reaktori on eristetty ympäristöstä ilmatiiviiseen suojarakennukseen. Muilta osin ydinvoimalaitos on kuten muutkin lämpövoimalaitokset.
Ydinreaktori
- Pääartikkeli: Ydinreaktori
Ydinvoimalaitoksissa reaktorin tehtävänä on tuottaa lämpöä ydinpolttoaineesta. Tämä tapahtuu ylläpitämällä ja säätämällä reaktorissa tapahtuvaa ketjureaktiota, jossa polttoaineen (tavallisesti uraanin) atomien fissio tuottaa lämpöä.
Reaktoriin ladataan ydinpolttoainetta yleensä 3-5 vuoden ajaksi huoltoseisokkien yhteydessä, paitsi eräissä harvinaisissa reaktorityypeissä (mm. CANDU ja RBMK), jotka sallivat polttoaineen vaihdon reaktorin ajon aikana. Reaktorin käydessä polttoaineessa tapahtuu fissioketjureaktio, joka pitää itseään yllä. Reaktorin säätö tapahtuu pääasiassa ketjureaktiota ylläpitävää neutronivuota hallitsemalla.
Ydinvoimareaktoreita on useita erilaisia pääasiallisten erojen ollessa jäähdytteen ja hidastinaineen valinnassa. Hidastinaineen tehtävä on jarruttaa fissioreaktioissa syntyviä neutroneita: vain tarpeeksi hitaina neutronit aiheuttavat tarpeeksi uusia fissioita, jotta ketjureaktio pysyisi käynnissä, nopeiden neutronien karatessa herkästi reaktorista. Hidastinaineena voidaan käyttää grafiittia tai raskasta vettä, mutta yleisin on tavallinen vesi, josta käytetään myös nimitystä kevyt vesi, jotta ero raskaaseen veteen olisi selvä. Jäähdytteen tehtävä on siirtää reaktorin tuottama lämpö voimalaitosprosessiin ja se on tavallisesti vettä.
Kevytvesireaktorit, jossa tavallinen vesi on sekä jäähdytteenä että hidastinaineena, ovat suunnittelultaan yksinkertaisia, ydinteknisiltä ominaisuuksiltaan luonnostaan vakaita ja helppoja säätää. Näistä ominaisuuksista johtuen maailman voimalaitosreaktorit ovat pääosin kevytvesireaktoreita, joko painevesi- tai kiehutusvesityyppiä. Varsinkin uudet voimalaitokset käyttävät lähes yksinomaan kevytvesireaktoreita. Maailmalla on käytössä myös eräitä harvinaisempia reaktorityyppejä, mm. Venäjällä ja Kanadassa; niistä kerrotaan tarkemmin artikkelissa ydinreaktori.[4]
Reaktorin säätö
Kevytvesireaktorin käynnissä pysyminen vaatii seuraavien kolmen edellytyksen täyttymistä:
- rikasta ydinpolttoainetta, joka reagoi,
- neutroneja, jotka aiheuttavat fissiot sekä
- hidastinainetta, joka jarruttaa neutroneja niin, etteivät ne karkaa reaktorista aiheuttamatta fissiota.
Tätä voi verrata tulisijaan, jossa tarvitaan polttoainetta, kuumuutta ja happea tulen ylläpitämiseksi. Jos yksikin menetetään, reaktio ei kykene jatkumaan.
Kevytvesireaktori on suunniteltu siten, että sen toimiessa kolme ehtoa täyttyvät juuri ja juuri. Reaktorin säätöä varten reaktorisydämestä voidaan poistaa tai sinne voidaan käytön aikana lisätä neutroneja absorboivia säätösauvoja. Reaktori voidaan sammuttaa milloin tahansa työntämällä tarpeeksi säätösauvoja reaktoriin. Sammuttaminen kestää noin sekunnin. Kevytvesireaktorin luonteeseen kuuluu, että se on itsestään, fysikaalisten ominaisuuksiensa ansiosta vakaa. Tehon ja siten lämpötilan nousu reaktiossa johtaa hidastinaineen lämpölaajenemisen takia hidastumisen vähenemiseen, mikä itsestään vähentää fissioiden määrää. (Choppin et al., 2002)
Reaktorin säätölaitteiston tehtävänä on, turvallisuusmerkityksensä lisäksi, muuttaa reaktorin lämpötehoa sopivaksi aikoina, jolloin sähkön kulutus ei edellytä voimalaitoksen käyttöä täydellä teholla. Esimerkiksi on mahdollista, että ydinvoimalaitoksen energiantuotantoa vähennetään yön ajaksi oheisen kuvan havainnollistamalla tavalla. Tehon muutos ei ole välitön, vaan voimalaitosprosessi sopeutetaan vähittäisellä muutoksella uuteen tehontarpeeseen. Nykyaikaisessa ydinvoimalaitoksessa tehon säätö tapahtuu nopeammin kuin tyypillisissä fossiilisia polttoaineita käyttävissä laitoksissa, mutta vesivoimalaitokset voivat säädettävyydessään saavuttaa ydinvoimalaitokset. Ydinvoimalaitoksen polttoaineenkulutus luonnollisesti vähenee suhteessa alennettuun tehoon. Suomessa sähkön kysyntä on viime vuosikymennet ollut niin suurta, ettei ydinvoimalaitosten sähköntuotantoa tavallisesti säädetä, vaikka se teknisesti onkin mahdollista.
Ydinvoimalle on muista energiantuotantotavoista poiketen mahdollista automaattinen kuormanseuranta. Kun sähkönkulutus verkossa kasvaa, lisää se voimalaitoksella generaattorin kuormaa. Tällöin höyry luovuttaa enemmän energiaa turbiinissa ja se palaa enemmän jäähtyneenä prosessiin. Kevytvesireaktorissa tämä johtaa lämpötilan laskuun ja lämpölaajenemisen vastakkaisilmiöön eli tiheyden kasvuun hidastinaineessa. Tiheämpi hidastinaine hidastaa enemmän neutroneita ja lisää fissioiden määrää: reaktorin teho nousee itsestään suuremman kuorman seurauksena. Tästä syystä ydinvoimalaitokset pyrkivät luonnostaan tasaamaan tuotannon ja kulutuksen muutoksia sähköverkossa. (Lamarsh, 1983)
Ydinpolttoainekierto
- Pääartikkeli: Ydinpolttoainekierto
Ydinvoimalaitokset käyttävät tavallisesti polttoaineenaan uraanioksidia, jossa on 3–5 prosenttia fissiiliä uraani-235:ttä tai plutonium-239:ää, mikäli kyseessä on kierrätetty polttoaine. Ydinpolttoaineen energiatiheys on erittäin suuri, koska ydinvoimaloiden energiantuotanto perustuu fissioreaktioon eikä hapettamiseen, kuten polttolaitoksissa. Tätä voidaan havainnollistaa esimerkiksi tavanomaisen auton koko eliniän energiankulutuksella, joka vastaa noin sokeripalan kokoista määrää ydinpolttoainetta. Maailman reaktoreiden nykyisin vuodessa kuluttama ydinpolttoaine – noin 70 000 tonnia – mahtuisi kuutioon, jonka särmät ovat 15 metriä pitkät. Laskennallisesti siis koko maailman nykyinen sähkönkulutus voitaisiin kattaa 400 000 uraanitonnilla vuodessa, mikä mahtuisi kuutioon, jonka särmät ovat 30 metriä pitkät.
Ydinpolttoaineen valmistus alkaa uraanikaivokselta. 1000 MW:n ydinvoimalaitos kuluttaa vuodessa polttoainetta noin kuutiometrin verran, mitä varten polttoaineen valmistusta varten kaivetaan noin 50 000 tonnia uraanimalmia. Vastaavan kokoisen hiilivoimalan kuluttaman hiilen tuottamiseen tarvitaan monikymmenkertaisesti kaivostoimintaa [5]. Koska luonnonuraanista vain 0,7 prosenttia on uraanin fissiiliä isotooppia U-235, täytyy luonnonuraani rikastaa kevytvesireaktoreissa käyttöä varten tarvittavaan pitoisuuteen.
Polttoaineen valmistuksessa uraanioksidi puristetaan ja sintrataan keraamisiksi tavallisesti sylinterinmuotoisiksi napeiksi, jotka ovat tilavuudeltaan yleensä alle kuutiosenttimetrin kokoisia. Keraaminen olomuoto on kemiallisesti hyvin kestävä ja reagoimaton. Napit ovat kovia, kiinteitä ja liukenemattomia. Kukin nappi riittää noin 10 000 kilowattitunnin sähkön tuottamiseen. Uraaninapit pinotaan zirkoniumsauvoihin, jotka hitsataan umpinaisiksi ja kootaan nipuiksi. Niput laitetaan reaktoriin, jossa vesi kulkee sauvojen välissä ja lämpenee.
Käytettäessä ydinpolttoaineen olomuoto ei muutu, vaan käytetty polttoaine pysyy kokonaisuudessaan voimalaitoksessa polttoainevaihtojen välillä. Käyttämätön ydinpolttoaine ei säteile merkittäviä määriä, eikä sen turvallinen käsittely vaadi suojatoimia. Vasta kun käytetty ydinpolttoaine poistetaan reaktorista, se säteilee voimakkaasti ympäristöönsä ja voi aiheuttaa vaaraa lähellä oleskeleville, jos säteilysuojelusta ei huolehdita. Käytetyn polttoaineen säilytys ja käsittely tapahtuu vesialtaassa, joka vaimentaa säteilyn miltei täysin. Käytetty ydinpolttoaine voidaan kierrättää 95-prosenttisesti jälleenkäsittelyn avulla, jolloin vain noin 5 prosenttia polttoaineesta jää jätteeksi. Suomessa jälleenkäsittelyä ei kuitenkaan harjoiteta. Jos jälleenkäsittelyä ei tehdä, käytetty ydinpolttoaine on ydinjätettä. (Hore-Lacey, 2003)
Käytetyn ja käyttämättömän ydinpolttoaineen kuljetuksia on käsitelty artikkelissa ydinpolttoainekierto.
Ydinpolttoaineen riittävyys
- Pääartikkeli Uraanin esiintyminen
Uraani on uusiutumaton luonnonvara, jota kuitenkin on maankuoressa suhteessa sen kulutukseen niin huomattava määrä, ettei sen ehtyminen ennakoitavissa olevalla aikajänteellä ole realistinen vaihtoehto. Uraania on maapallolla kaikkiaan noin 63 biljoona tonnia, ja maankuoressa sen pitoisuus on noin 4 miljoonasosaa.[6] Tämän lisäksi käytössä ovat olemassa olevat uraanivarastot, ydinpolttoaineen jälleenkäsittely sekä ydinaseriisunnasta saatava polttoaine. Noin 40 % maailman ydinsähköstä tuotetaan tällä hetkellä näistä kaivostoimintaa kaipaamattomista polttoaineenlähteistä.[7]Uraani on rikastunut esiintymiksi maankuoressa lukuisten eri prosessien kautta ja maankuoren keskimääräinen pitoisuus 4 ppm on huomattavan korkea verrattuna maapallon keskimääräiseen uraanipitoisuuteen 0,001 ppm. Uraani on moninaisten rikastumisväyliensä johdosta tyypillinen lognormaalisti maankuoreen jakautunut alkuaine. [9]
OECD:n ydinenergiaohjelman ja IAEA:n yhteisen raportin mukaan alle 130 dollarin kilohinnalla taloudellisesti käytettävissä olevat tunnetu malmivarannot ovat runsaat 4,7 miljoonaa tonnia, mikä riittäisi nykyisten reaktorien tarpeisiin seuraavaksi 85 vuodeksi. Uusia vielä hyödyntämättömiä uraaniesiintymiä tunnetaan Nigerin, Brasilian, Australian ja Namibian alueella ja OECD:n ja IAEA:n mukaan uraanintuotanto on luultavasti turvattu 150 vuodeksi eteenpäin kuitenkin nykyistä korkeammalla hinnalla. Kasvava energiantarve ja tarve rajoittaa hiilidioksidipäästöjä onkin saanut monet maat rakentamaan tai suunnittelemaan lisäydinvoiman rakentamista.[7]
MIT:n tekemän poikkitieteellisen selvityksen mukaan uraania on riittävästi ainakin 1000 uuden reaktorin rakentamiseksi seuraavan 50 vuoden aikana ja näiden käyttämiseksi 40 vuoden ajan.[10] Uraanivarojen arviointia vaikeuttaa se, ettei ole tietoa siitä miten tehokkaasti uraaniesiintymiä voidaan tulevaisuudessa hyödyntää.[11]
Ympäristöjärjestöjen arviot uraanin riittävyydestä vaihtelevat 50 ja 150 vuoden välillä ja heidän mukaansa ydinenergiatuotannon kasvaminen saattaisi kuluttaa uraanin loppuun vain muutamassa vuosikymmenessä.[12] Tällaiset arviot kuitenkin huomiovat yleensä vain tunnetut taloudelliset uraanivarannot, eivätkä ota huomioon hinnan nousun vaikutusta tai toistaiseksi kartoittamattomia uraaniesiintymiä.[6].
Tunnettujen varantojen lisäksi maankuoressa on toistaiseksi löytämättömiä uraanivaroja. Nykyisin kaivostoiminta edellyttää vähintään 1000 ppm pitoisuutta uraania malmissa, jotta sen hyödyntäminen olisi kannattavaa. Näissä esiintymissä on Yhdysvaltojen energiaminiteriössä tehdyn geologisen kartoituksen perusteella noin 90 miljoonaa tonnia uraania.[6][9] NEA:n ja IAEA:n uraanivarantojen inventoinnista vastaavat tutkijat ovat arvioineet, että nykykaivostoiminnalle hyödynnettävät tavanomaiset varannot uraania riittävät ainakin vuosisadoiksi kun huomioidaan tunnettujen varantojen lisäksi toistaiseksi löytämättömät esiintymät, joita geologian nojalla maankuoressa arvioidaan olevan.[8]
Lognormaalin jakauman seurauksena tyytyminen köyhempiin malmeihin nostaa taloudellisesti kannattavien uraanivarojen määrää dramaattisesti. Hinnan kaksinkertaistuminen kasvattaa uraanivaroja kymmenkertaiseksi, hinnan kymmenkertaistuminen jo noin 300-kertaisiksi. Jos viime vuosina nähdystä uraanin hinnan yli kymmenkertaistumisesta edes osa on pysyvää, on seurauksena taloudellisesti kiinnostavien uraanivarojen erittäin huomattava kasvu aivan uuteen suuruusluokkaan. Raakauraanin hyvin alhainen osuus ydinsähkön hintarakenteessa mahdollistaa köyhienkin esiintymien taloudellisen hyödyntämisen.[6][13]
Ydinjätehuolto
- Pääartikkeli: Ydinjätehuolto
Ydinvoiman käytössä syntyy ydinjätteitä, jotka eroavat tavallisista jätteistä radioaktiivisuutensa takia. Ydinjätteitä syntyy merkittävässäkin ydinvoiman käytössä pieniä määriä verrattuna muiden teollisuusalojen synnyttämiin ongelmajätteisiin tai radioaktiivisiin jätteisiin. Kaikkien ydinjätteiden määrä verrattuna kaikkiin teollisuuden ongelmajätteisiin on alle 1 prosenttia ja korkea-aktiivisten jätteiden määrä noin 0,03 prosenttia. Tilavuutensa puolesta suurenkin ydinvoimalaitoksen koko elinkaaresta jäljelle jäävät ydinjätteet mahtuvat yhteen varastoon. (Euroopan Komissio, 1985) Suomessa matala- ja keskiaktiiviset jätteet varastoidaan laitospaikalle yhteen keskitettyyn varastoon ja samoin välivarastoidaan käytetty ydinpolttoaine. [14] Myös vanhojen ydinvoimaloiden purkamisen yhteydessä syntyy jonkin verran radioaktiivista matala- ja keskiaktiivista jätettä.
Ydinvoiman käytössä määrällisesti selvästi eniten syntyy matala- ja keskiaktiivisia ydinjätteitä, joihin kuuluvat mm. heikosti radioaktiiviset aineet tai aktiivisten aineiden tahrimat työvaatteet, suojavarusteet, työvälineet, laitteet, osat sekä suodattimet ja suodatusjätteet. Näiden ydinjätteiden aktiivisuus laskee nopeasti. Suurimman osan jätteistä kohdalla radioaktiivisuuden puoliintumisaika on niin lyhyt, että jätteet yksinkertaisesti varastoidaan odottamaan radioaktiivisuuden häipymistä omia aikojaan. Kun aktiivisuus on laskenut tarpeeksi, jätteet kierrätetään tai toimitetaan tavalliseen jätehuoltoon. Ne jätteet, joiden kohdalla odottaminen kestäisi liian pitkään - noin vuosisadan tai enemmän - säilytetään vartioiduissa varastoissa tai loppusijoitetaan paikkaan, jossa vartiointi ei ole tarpeen, yleensä suljettuun kallioluolaan. Matala- ja keskiaktiivisen ydinjätteen loppusijoitusta toteutetaan aktiivisesti ympäri maailman. [15]
Määrällisesti selvästi vähemmän syntyy korkea-aktiivista jätettä, joka on pääasiassa käytettyä ydinpolttoainetta. Kuten matala- ja keskiaktiivisellakin ydinjätteellä, laskee käytetyn ydinpolttoaineen aktiivisuus nopeasti: ensimmäisenä vuonna reaktorista poiston jälkeen aktiivisuus on laskenut 99 prosenttia. Tällöin pääosa fissiotuotteista on hajonnut. Koska korkea-aktiivinen ydinjäte sisältää myös puoliintumisajaltaan pitkäkestoisia jätteitä, kestää kauan, ennen kuin säteily on vaimentunut niin paljon, että käytetyn polttoaineen lähellä on turvallista oleskella. Kuparisen loppusijoituskapselin vieressä voi olla muutaman vuosikymmenen kuluttua. Itse polttoaineen läheisyydessä voi turvallisesti oleskella vajaan tuhannen vuoden kuluttua. Sen jälkeen käytetty polttoaine voisi aiheuttaa varaa lähinnä nieltynä tai hengitettynä, sillä se on luonnossa esiintyvän uraanin tavoin myrkyllistä. Loppusijoituksen suunnittelussa tavoitellaan huomattavasti pidempiä eristysaikajänteitä. [16]
Käytetyn ydinpolttoaineen jätehuoltoon on esitetty lukuisia erilaisia ratkaisuja. Noin 95 prosenttia käytetystä polttoaineesta voidaan kierrättää jälleenkäsittelyllä, jota tehdään mm. Ranskassa ja Japanissa. Muista jätehuollon vaihtoehdoista geologinen loppusijoitus on merkittävin. Yhdistyneiden kansakuntien alaisen Kansainvälisen atomienergiajärjestön, OECD:n ydinenergiajärjestö NEA:n, ja Euroopan yhteisöjen yhteinen kanta on [17], että
»nykyisin on olemassa menetelmiä arvioida riittävällä tarkkuudella hyvin suunnitellun loppusijoitusjärjestelmän mahdollisia pitkän aikavälin radiologisia vaikutuksia ihmisiin ja ympäristöön, ja [...] että oikeanlainen turvallisuuden arviointi yhdistettynä riittävään tietotasoon ehdotetusta loppusijoituspaikasta voi tarjota teknisen perustan päättää tarjoaako tietty loppusijoitusratkaisu riittävän turvallisuustason nykyiselle ja tuleville sukupolville.»
Myös YK:n Agenda 21 -ohjelmajulistuksessa kannustetaan jäsenmaita keskittymään geologisen loppusijoituksen tutkimiseen sen ympäristö- ja turvallisuusetujen vuoksi. Toistaiseksi käytetyn polttoaineen loppusijoitusta ei ole vielä toteutettu missään, mutta loppusijoitushankkeita on käynnissä useissa maissa, mm. Ranskassa, Yhdysvalloissa, Saksassa, Ruotsissa ja Suomessa.[18].
Useimmat ympräristöjärjästöt vastustavat ydinjätteen geologista loppusijoitusta vedoten ydinjätevarastojen mahdolliseen vuotoriskiin pohjaveden kautta ja vaativat jätteen säilömistä maanpäällisiin varastoihin ydinvoimaloiden yhteyteen, kunnes turvallisempi loppusijoitusratkaisu on löydetty. [19] Greenpeace on raportoinut joidenkin olemassa olevien matala- ja keskiaktiivisen ydinjätteen loppusijoituslaitosten yhteydessä tapahtuneista jätevuodoista. [20]
Ydinjätteen loppusijoitus on aiheuttanut kiistaa muun muassa Yhdysvaltain suunniteleman Nevadan Yucca Mountainin loppusijoituslaitoksen yhteydessä. Mielipidemittausten mukaan suurin osa osavaltion asukkaista vastustaa hanketta. Yhdysvaltain energiaministeriön vuonna 2006 julkaiseman raportin mukaan laitoksen suunnitelun yhteydessä on myös ilmennyt epäselvyyksiä. Tämän vuoksi energiaministeriö on antanut laitoksen turvallisuuteen liittyvä tietellisen tutkimuksen ulkopuolisen tutkimuslaitoksen arvioitavaksi.
Ympäristövaikutukset ja turvallisuus
Ydinvoiman normaalikäytön ympäristövaikutukset ovat elinkaaritarkastelussa vähäiset verrattuna muihin huomattaviin energianlähteisiin, koska ydinvoimalaitos ei suunnitellusti toimiessaan synnytä ympäristölle haitallisia päästöjä tai kasvihuonekaasuja [21].
Ydinvoiman rakentamisen on voi vaikuttaa kuitenkin sähkönkulutukseen kiihdyttävästi korvaamalla fossiilisten käyttöä lämmön tuottajana. Esim. lämmitysöljyn ja kaasun käyttö laskee kun sähkön kWh tulee edullisemmaksi. Esimerkiksi Suomessa viidennen ydinvoimalan rakentamisella on kasvihuonepäästöjä kiihdyttävä vaikutus vaihtoehtoihin nähden kun vaihtoehtoina oli: 1.Ydinvoimaa rakennetaan lisää ja kivihiiltä poltetaan kuten ennen 2. Ei lisää ydinvoimaa. Kivihiilen käyttö korvataan lähes täysin maakaasulla. Huom. Vaihtoehtoa että ydinvoimaa lisätään ja kivihiilen poltto korvataan lähes täysin maakaasulla, ei tutkittu.[22] Isossa-Britanniassa ydinvoimakapasiteetin kaksinkertaistaminen leikkaisi maan hiilidioksidipäästöjä vuoteen 2035 mennessä 8 prosenttia.[23] Ison-Britannian tavoite on vähentää hiilidioksidipäästöjä 60 prosenttia vuoteen 2050 mennessä.
Ydinvoiman asema Kioton ilmastosopimuksessa ja ilmastonmuutoksen torjumisessa on kansainvälisesti kiistanalainen asia. Kansainvälinen atomienergiajärjestö IAEA:n yleiskokouksessa Wienissä syyskuussa 2000 hyväksyttiin päätöslauselma, jossa IAEA:ta kehotetaan auttamaan jäsenmaita ydinenergian tuottamisessa kasvihuonekaasujen vähentämiseksi ja esimerkiksi Kiinassa ja Intiassa, jossa on suuret kivihiilivarannot, joista energian tuotanto on nykyisin halvempaa kuin ydinenergia, on ajateltu päästökauppaa keinoksi parantaa ydinenergian kannattavuutta ja siten vähentää maiden hiilidioksiinipäästöjä. [24] Kioton sopimus ei kuitenkaan tällä hetkellä hyväksy ydinenergiaa kahteen sopimuksen kolmesta mekanismista: yhteistoteutukseen (JI) eikä puhtaan kehityksen mekanismiin (CDM). Kolmas mekanismi, eli päästökauppa, ei ota ydinvoimaan kantaa. Keskeisenä kysymyksenä kiistassa ydinenergian ja Kioton ilmastosopimuksen välisessä suhteessa on ollut eri näkemykset kestävästä kehityksestä. [25] Joidenkin tutkijoiden näkemyksen mukaan ydinenergian hiilidioksiinipäästöt saattavat tulevaisuudessa nousta uraanikaivostoiminan päästöjen lisääntyessä. [26]
Merkittävimmät ydinvoimalaitoksen välittömät haittavaikutukset ovat kaikille lämpövoimalaitoksille yhteisiä, eivätkä ne koske erityisesti ydinvoimalaitoksia. Näistä ydinvoiman tapauksessa huomattavin on lauhduttimen jäähdytykseen käytetyn meriveden lämpeneminen. Mereen palatessaan se lämmittää vesistöjä ja saattaa aiheuttaa paikallisia ekosysteemimuutoksia suosien paikallisesti lämpimän alueen lajeja kylmän alueen lajien kustannuksella. Muita vaikutuksia ovat mm. paikallinen melu ja liikenne laitosalueelle.
Ydinvoiman välilliset ympäristövaikutukset voivat kuitenkin olla merkittäviä, koska sen tarvitsemat uraanikaivokset ovat aiheuttaneet vaikeita paikallisia ympäristöongelmia erityisesti entisen Neuvostoliiton alueella ja kehittyvässä maailmassa, mutta myös EU:n ja muun kehittyneen maailman alueella. EU:n tilaama vuonna 2002 valmistunut selvitys löysi unionin alueelta 7 000 kohdetta 11 maasta, jotka vaativat puhdistustoimia uraanin louhimisen jäljiltä. Saksassa tehty tutkimus osoitti, että vähintään 400 000:lla uraanikaivosmiehellä maassa on vähintään 10 prosenttia suurempi riski sairastua keuhkosyöpään työssään saaman altistumisen johdosta. [27]
Säteilyturvallisuus
- Pääartikkeli: Säteilyturvallisuus
Ydinvoiman käyttöön liittyy ionisoiva säteily ja radioaktiivisuus, joiden huomioon ottamisen tarve tekee ydinvoiman käytöstä erilaista muihin energianlähteisiin verrattuna. Ydinvoimalaitoksen prosessissa esiintyy ionisoivan säteilyn eri lajeja ja radioaktiivisia aineita, joille altistuminen suurina määrinä on terveydelle vaarallisia. Ydinvoimalaitoksen eräät työntekijät voivat työssään altistua ionisoivalle säteilylle ja heidän kohdallaan on huolehdittava säteilysuojelusta.
Ydinvoimalaitokset erottelevat toiminnassaan syntyvät radioaktiiviset aineet, jotka joko laitetaan odottamaan luonnollisen hajoamisen kautta tapahtuvaa muuttumista stabiileiksi aineiksi tai loppusijoitetaan. Tarkemmin aihetta käsitellään artikkelissa ydinjätehuolto. Joitain kaasumaisia tai nestemäisiä radioaktiivisia aineita on hyvin vaikeaa eristää, joten niiden tarkkaan valvottu päästäminen tarpeeksi laimennettuna ympäristöön sallitaan. Esimerkiksi Olkiluodon ydinvoimalan kohdalla aktiiviset päästöt veteen olivat vuonna 2006 0,6 gigabequerelliä. Saman laitoksen tritiumpäästöt veteen olivat vuonna 2006 2,46 terabequerelliä.[28]
Radioaktiivisten aineiden hallitut päästöt kasvattavat voimalaitoksen ympäristönsä ionisoivan säteilyn tai radioaktiivisuuden määrää korkeintaan hyvin pieniä määriä suhteessa luonnolliseen säteilyyn. Tyypillisesti eniten altistuvien voimalan ulkopuolisten ihmisten kohdalla ydinvoimalaitos aiheuttaa korkeintaan tuhannesosien muutoksen normaalissa vuotuisessa säteilyannoksessa. Vaikutus alittaa moninkertaisesti vuotuisen luonnollisen vaihtelun säteilytaustassa ja muu väestö altistuu vielä tätä vähemmän. [29]
Ydinturvallisuus
- Pääartikkeli: Ydinturvallisuus
Ydinvoiman käytölle on ominaista, että siihen liittyvä ionisoiva säteily ja radioaktiivisuus voivat aiheuttaa vaaraa, jos ydinturvallisuudesta ei ole huolehdittu. Radioaktiivisuutta ja ionisoivaa säteilyä hyödynnetään laajalti myös ydintekniikan ulkopuolella (muun muassa radiologisessa lääketieteessä), jolloin täytyy myös huolehtia toiminnan säteilyturvallisuudesta.
Ydinturvallisuuden takaamiseksi ydinvoimalaitoksissa pyritään noudattamaan ydinturvallisuusperiaatteita, joista merkittävimmät ovat
- 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. ydinturvallisuus)
- 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)
Länsimaisissa ydinvoimalaitoksissa mainittuja turvallisuusperiaatteita on noudatettu ja niiden toimivuus on varmennettu käytännössä: yksittäiset puutteet ydinvoimalaitoksen turvallisuudessa eivät ole kertaakaan johtaneet ympäristölle aiheutuvaan vaaratilanteeseen, koska muut ydinturvallisuustoimet ovat toimineet suunnitellusti. Muualla kuin länsimaissa ydinturvallisuusperiaatteiden noudattaminen ei välttämättä ole yhtä hyvällä tasolla. (STUK, 2004)
Ydinonnettomuudet
- Pääartikkeli: Ydinonnettomuus
- Katso myös: Luettelo ydinonnettomuuksista
Ylläkuvattuja periaatteita ydinturvallisuudessa noudattamalla on ydinonnettomuudet länsimaissa saatu suhteellisen harvinaisiksi ja niiden vaikutukset rajattua kauttaaltaan voimalaitoksen sisälle: yhdessäkään tapauksessa onnettomuudella ei tunneta ympäristö- tai terveysvaikutuksia laitoksen ulkopuolella. Heikomman ydinturvallisuuden maissa historia tuntee muunkinlaisia kokemuksia. Pahimmillaan onnettomuudelle alttiilla reaktorilla varustettua voimalaitosta, joka on suunniteltu noudattamatta ydinturvallisuuden perusperiaatteita, operoi turvallisuuden osalta puutteellisesti koulutettu ja huonosti motivoitunut henkilökunta välittämättä turvallisuusmääräyksistä ja ilman riippumatonta valvontaa. Tällainen oli tilanne Tšernobylissä, jossa tapahtui erittäin vakava onnettomuus.
Länsimaisten voimaloiden, joissa ylläkuvattuja ydinturvallisuuperiaatteita on noudatettu, onnettomuustodennäköisyyttä on hankala arvioida. Tavallisesti onnettomuustodennäköisyys lasketaan yksinkertaisesti jakamalla tapahtuneet onnettomuudet toiminnan kestolla. Länsimaisten ydinvoimaloiden kohdalla näin ei kuitenkaan voida menetellä siksi, että vaikka niille on kertynyt yhteensä yli 10 000 reaktorinkäyttövuotta, ei tuona aikana ole kertaakaan tapahtunut ympäristölle vaarallista onnettomuutta. Nykyisen kokemuksen perusteella siis tiedetään, että sellaisen onnettomuuden mahdollisuus on hyvin vähäinen.
Vakavan reaktorionnettomuuden todennäköisyyttä hyvän ydinturvallisuuden voimalaitoksessa on arvioitu laskennallisesti. Tällöin määritetään ensin vakavan onnettomuuden edellytykset ja sitten arvioidaan todennäköisyys näiden edellytysten yhtäaikaiselle ilmenemiselle. Historiallisesti laskennallinen todennäköisyys reaktorisydämen vaurioitumiselle on ollut reaktorityypistä riippuen noin yksi tapaus 1 000 - 100 000 vuodessa. Nykyaikaisessa ydinvoimalassa todennäköisyys on tyypillisesti selvästi vähäisempi kuin yksi tapaus 100 000 vuodessa. Eurooppalaiset viranomaiset edellyttävät uudelta reaktorilta suunnitteluperusteena laskennallisesti alle yhtä tapausta miljoonassa vuodessa. Näinkin harvinaisiin onnettomuuksiin on varauduttu ja ydinvoimalaitokset suunnitellaan siten, että onnettomuuden vaikutukset rajataan ensisijaisesti reaktorin ja toissijaisesti laitoksen sisälle. Tarkempi kuvaus ydintekniikkaan liittyvän riskin arvioinnista on artikkelissa ydinturvallisuus. (STUK, 2004; Francois, 2000)
Vaikka ydinvoimalaitosten historia ei Tšernobylin onnettomuuden lisäksi tunne muita ympäristölle vaaraa aiheuttaneita onnettomuuksia, on vaikutuksiltaan lievempiä ydinonnettomuuksia sattunut useita. Korkean ydinturvallisuuden voimalaitoksissa vaikutukset ovat aina rajoittuneet laitoksen sisälle. Koska Tšernobyl on tästä ainoa poikkeus, voidaan sanoa, että tyypillisen ydinonnettomuuden vaikutukset ovat laitoksen sisäisiä. Länsimaisista onnettomuuksista vakavin oli Three Mile Islandin onnettomuus. Onnettomuuden katsotaan olleen tähän asti merkittävin nykyaikaisen ydinturvallisuuden toimivuuden koettelu. Three Mile Islandilla turvallisuusjärjestelyjen toiminta esti vaaran aiheutumisen ympäristölle. (STUK, 2004)
Ydinvoima, ydinaseet ja ydinaseriisunta
- Katso myös: Ydinase ja Ydinaseriisunta
Luonnonuraanista alle prosentti on fissiiliä eli ketjureaktiota ylläpitävää isotooppia U-235. Ydinvoimaloissa käytetään yleensä rikastettua uraania, jossa U-235-pitoisuus on noin kolme prosenttia. Ydinaseissa sen sijaan käytetään yli 95 prosentin rikastusastetta. Tästä syystä ydinaseen tekeminen ei onnistu käyttämällä ydinvoimaloiden polttoainetta sellaisenaan. Tavanomaisen ydinvoimalaitoksen kevytvesireaktori kuluttaa käydessään fissiilejä aineita, joten polttoaineen rikastusaste edelleen laskee reaktorissa ollessaan.
Vaikka tavanomaisesta kevytvesireaktorilla toimivasta ydinvoimalaitoksesta ei aseenhankinnassa olekaan juuri apua, montaa muunlaista ydintekniikkaa, kuten rikastusteknologiaa, voi käyttää sekä rauhanomaisesti että sotilaallisesti. Ydinpolttoainetta voidaan edelleen rikastaa ydinaseisiin kelpaavaksi, minkä takia ydinaineista pidetään kirjaa ja niiden määrä varmennetaan tarkastuksin ja valvonnalla. Suomessa ydinainevalvonnasta huolehtii säteilyturvakeskus ja kansainvälisesti IAEA. Valvonnan laajentamista fissiilien aineiden lisäksi sotilastekniikaksi kelpaavaan ydintekniikkaan on ehdotettu, sillä esimerkiksi Intia ja Pakistan ovat hankkineet paljon asetuotantoon käytettyä ydinteknologiaa länsimaista ilmoittaen aikeekseen sen rauhanomaisen käytön.
Ydinasehankkeen naamiointi rauhanomaiseksi on yleensä kömpelöä tarvittavan tekniikan erilaisuuden ja IAEA:n tarkastusten takia. Peittelyllä ei ole koskaan onnistuttu salaamaan ydinasehanketta ydinaseen valmistumiseen asti. Peittely ei ole välttämättä tarpeenkaan, sillä jos maa ei kuulu ydinsulkusopimuksen piiriin, saa se laillisesti hankkia ydinaseen. Israelilla on ydinaseita, vaikka maalla ei ole ydintekniikan rauhanomaista voimalaitoskäyttöä. Samoin on väitetysti Pohjois-Korean laita. Alkuvuodesta 2006 on kohuttu Iranin ydinhankkeesta: maata on uhattu asian viemisellä YK:n turvallisuusneuvostoon ja pakotteilla ja jopa USA:n tai Israelin sotilaallisia toimia on väläytelty. Iran on uhannut puolestaan muun muassa ydinsulkusopimuksesta irtisanoutumisella.
Ydinvoiman rauhanomainen käyttö ilman sotilaallisia pyrkimyksiä on kuitenkin yleisempää: yhteensä 27 ydinaseetonta maata käyttää ydinvoimaa yksinomaan rauhanomaisesti. Ydinaseen tavoittelua ehkäisevät toisaalta tässä kuvatut tekniset esteet, toisaalta kansainväliset sitoomukset. Ilman edistyksellistä teknologista kykyä rikastaa fissiilien aineiden osuutta noin 90 prosenttiin luonnonuraanissa tai ydinpolttoaineessa ei ole teknisesti mahdollista valmistaa ydinasetta. Lisäksi miltei kaikki maailman maat ovat ydinsulkusopimuksella sitoutuneet olemaan valmistamatta ydinasetta, eikä tätä sitoomusta ole tähän mennessä rikottu. Ydinsulkusopimukseen kuulumattomia maita on tällä hetkellä koko maailmassa neljä. Ydinaseen hankkineet maat ovat – riippumatta siitä käyttävätkö ne ydinvoimaa vai eivät – poikkeuksetta joko hankkineet aseen ennen ydinsulkusopimuksen olemassaoloa tai olleet harvoja sopimuksen ulkopuolisia maita ja siten myös YK:n ydinainevalvonnan ulkopuolella.
Ydinvoimaloita käytetään myös ydinaseriisuntaan. Ydinaseen plutoniumia hävitetään laimentamalla ne ydinpolttoaineeksi kelpaavaksi ja sen jälkeen käyttämällä niitä ydinvoimalaitoksissa sähkön tuottamiseen. Ydinaseista saatavan MOX-polttoaineen käyttäminen voimalaitoksissa on kohdannut vastustusta eri järjestöiltä, jotka pitävät prosessia tehottomana ja katsovat siihen liittyvän muun muassa suuria ydinaseiden leviämiseen ja ydinturvallisuuteen liittyviä riskejä. [30]
Ydinvoiman valvonta
Ydinvoiman kaupallinen käyttö on alusta asti perustunut tiukalle viranomaisvalvonnalle, jonka synty ajoittuu 50-luvun Yhdysvaltoihin. Amerikkalaisen Atomic Energy Commissionin säädöstön pohjalta on hyvin pitkälti laadittu nykyaikainen ydinvoiman rauhanomaista käyttöä koskevat säännöt ympäri maailman. Ydinvoiman käytön periaatteiden pääasiallisina ohjenuorina ovat, että käytön hyötyjen on oltava haittoja suuremmat ja sen on aina oltava turvallista. Esimerkiksi Suomessa ydinenergialaissa ([6]) määrätään seuraavaa:
- 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. Ydinenergialain ja muiden ydinenergiaa koskevien lakien ja määräysten noudattamista valvotaan sekä kansallisesti, että kansainvälisesti. Päävastuu valvonnasta on aina paikallisella viranomaisella. Esimerkkinä tyypillisestä kaupallisen ydinvoiman valvontajärjestelmästä tässä annetaan suomalainen valvonta.
Kauppa- ja teollisuusministeriö eli KTM vastaa ydinenergian ylimmästä valvonnasta sekä ydinenergian käytön johdosta Suomessa. Ministeriö valmistelee alan lainsäädännön ja huolehtii sen täytäntöönpanosta. KTM osallistuu Suomen edustajana ydinalan kansainvälisten sopimusten valmisteluun. KTM valvoo Suomen ydinjätehuoltoa ja hallinnoi ydinsähkön hintaan lisätyistä maksuista kerättyä Valtion ydinjäterahastoa. KTM edustaa Suomea Euratomissa, IAEA:ssa ja OECD:n atomienergiajärjestössä (NEA) sekä pohjoismaisessa ydinturvallisuuden tutkimusohjelmassa (NKS).
Säteilyturvakeskus eli STUK on ydinvoimalaitosten suunnittelua ja käyttöä valvova laitosoperaattoreista ja poliittisista päättäjistä riippumaton viranomainen. Muissa maissa on vastaavat ydinturvallisuuden valvontaviranomaiset.
Euroopan atomienergiayhteisö eli Euratom on Euroopan unionin ydinvoima-alan yhteisö, jolla on viranomaisvaltuudet. Se valvoo ydinvoiman käyttöä Euroopan unionin alueella.
Kansainvälinen atomienergiajärjestö eli IAEA on Yhdistyneiden kansakuntien ydinenergiajärjestö, joka valvoo ydintekniikan ja ydinaineiden käyttöä kansainvälisesti. Sillä on valvontaoikeus kaikissa ydinsulkusopimuksen allekirjoittajamaissa. Ydinsulkusopimuksen piiriin kuuluvat Pakistania, Intiaa ja Israelia lukuun ottamatta kaikki maailman itesenäiset valtiot.
Ydinvoiman valvonnasta Suomessa katso Ydinvoima Suomessa#Valvonta.
Ydinvoiman taloudellisuus
Ydinvoiman tuotantoon liittyy monia eri maksuja. Ydinsähkön hinta sisältää muun muassa ydinjätehuollon kustannukset, ydinlaitosten viranomaisvalvonnan kustannukset, ydinvoimalaitoksen purkukustannukset mukaan lukien jätehuollon sekä ydinvastuuvakuutuksen. Ydinvastuuvakuutus on lailla määrätty otettavaksi ydinonnettomuuden ulkopuolisille aiheuttamien vahinkojen korvaamiseksi.
Historiallisesti toteutuneet ydinonnettomuudet maailmalla yleisimmissä kevytvesireaktoreissa ovat osoittautuneet taloudellisilta vahingoiltaan kohtuullisiksi suhteessa laitoksen käyttäjän korvauskykyyn. Myös mahdollisia onnettomuusvahinkoja Suomessa arvioineet tutkimukset ovat osoittaneet, että useimmat onnettomuustyypit pystyttäisiin korvaamaan olemassa olevilla ydinvastuuvakuutuksilla [31]. Silti on esitetty, että ydinvastuuvakuutuksen korvauskatto, noin 200 miljoonaa euroa, ei riittäisi aivan kaikissa kuviteltavissa olevissa onnettomuustapauksissa taloudellisten menetysten korvaamiseen. Tästä johtuen ydinlaitoksen haltijan korvausvastuuta on ydinvastuulaissa tarkoitus nostaa (vuonna 2006) 700 miljoonaan euroon. Samassa yhteydessä on myös tarkoitus muuttaa kanneaika ydinvoimayhtiötä vastaan 30 vuodeksi, siis samaksi kuin valtiota vastaan, ja poistaa ydinlaitoksen haltijan korvauskatto.[32]. Pohjoismaisena yhteistyönä 1990 tehdyssä tutkimuksessa laskettiin, mitä seurauksia ympäristölle olisi jos 10 % 1000 MW:n kevytvesireaktorin cesiumin kokonaismäärästä päätyisi onnettomuuden seurauksena ympäristöön. Kustannukset voisivat kohota miljardeihin tai kymmeniin miljardeihin markkoihin. Tämänkaltaisen onnettomuuden todennäköisyys on hyvin pieni, mutta korotettu 700 miljoonan euron korvausvastuu riittäisi todennäköisimmin sellaisenkin sattuessa.[33].
Ydinvastuuvakuutus on tarkoitettu vain ydinonnettomuuden johdosta ulkopuolisille aiheutuneiden vahinkojen korvaamiseen. Laitoksen purkamiskustannukset ja loppusijoituskustannukset kustannetaan ydinjätehuoltorahastoon maksetuista varoista.
Nykypäivänä ydinenergia on hintaa kasvattavista maksuista huolimatta halpaa. Teollisuuden Voiman mukaan uusimman Suomeen rakennettavan voimalan sähkön hinnaksi tulee 2,2 senttiä/kWh. EU:n komissio on arvioinut ydinsähkön keskimääräiseksi hinnaksi 4,5 senttiä/kWh. Hintaeroa selittää Suomessa poikkeuksellisen korkea käyttöaste (tyypillisesti yli 95 prosenttia). Ainoastaan vesivoiman hintataso alittaa ydinvoiman yleisen hintatason.
Ydinsähkön hintaan on sisällytetty ylläkuvattuun tapaan suuri joukko varsinaisen sähköntuotannon kustannusten ulkopuolisia odotettavissa olevia tai mahdollisia kustannuksia. Aivan kaikkia ulkoiskustannuksia ei ydinsähkön hinnan kuitenkaan arvioida sisältävän. Euroopan komission julkaisemassa tutkimuksessa on laskettu sähkön tuotannon ulkoiskustannuksia eri energianlähteillä. Ydinvoiman ulkoiskustannuksiksi tutkimuksessa saatiin 0,2-0,5 c/kWh. Tätä voi verrata hiileen (2-15 c/kWh), öljyyn (3-11 c/kWh), kaasuun (1-4 c/kWh), biomassaan (0-5 c/kWh) ja tuulivoimaan (0,05-0,25 c/kWh).[34]
Menneiden parin vuosikymmenen aikana raakauraanin osuus on ollut noin 2% ydinsähkön hinnasta. Voidaan olettaa, että mahdollinen uraanin hinnan kaksinkertaistuminen nostaisi tuotetun energian hintaa siis noin 2%, kymmenkertaistuminenkin vain noin 20%. Köyhdytetyn uraanin lisärikastamisella ja polttoaineen tehokkaammalla käytöllä on mahdollista myös pienentää sähkönhinnannousua.[6]
Eri energiateknologioiden kehitykseen sijoitettujen resurssien määrä vaihtelee suuresti. Esimerkiksi Yhdysvalloissa ydinvoimaa tuettiin vuonna 1999 685 miljoonalla dollarilla (n. 0,1 c/kWh) tuulivoiman tukiaisten ollessa 38,4 miljoonaa (n. 1 c/kWh) ja vesivoiman 3,8 miljoonaa dollaria (n. 0,001 c/kWh). Ydinenergian kehitystyön aikana 1947–1961 Yhdysvallat panosti erään arvion mukaan yhteensä 39,4 miljardin dollarin arvosta (15,30 dollaria/kWh) uuteen energianlähteeseen. Tätä on verrattu tuulivoiman tukeen, joka on ollut 1,2 miljardia dollaria (0,46 dollaria/kWh) yhtä pitkällä 15 vuoden jaksolla 1975–1989. Suhteutettaessa tuet nykypäivään asti tuotetun energian määrään on laskettu, että tuet nostaisivat ydinenergian hintaa laskennallisesti 1,2 c/kWh. Vastaavasti aurinkoenergian tuotantoa on tuettu 51 c/kWh ja tuulienergian tuotantoa 4 c/kWh. [35]. OECD-maissa ydinenergian tutkimukseen panostettiin vuosina 1995–1998 16 miljardia dollaria. Tämä sisältää fuusiotutkimuksen. Samalla aikavälillä uusiutuvia energia ja energian säästöä tutkittiin OECD-maiden julkisilla varoilla 9 miljardilla dollarilla. [36]
Ydinvoima ja yhteiskunta
- Pääartikkeli: Ydinvoimakeskustelu
Ydinvoiman käyttö on voimakkaasti polarisoitunut poliittinen kysymys ja sitä koskevaa keskustelua ja argumentointia esiintyy tuon tuostakin medioissa. Aiheen tiimoilta järjestetään myös mielenosoituksia, mainoskampanjoita ja muita mielenilmauksia. Ydinvoimakielteiset mielenosoitukset ovat myönteisiä yleisempiä, kun taas maksettuun ilmoitteluun turvautuu useammin atomivoimaa puolustava osapuoli.
Useimmissa mielipidemittauksissa ydinvoiman käyttö saa osakseen enemmän kannatusta kuin vastustusta. Vastustajia on kuitenkin merkittävä vähemmistö. Ydinvoiman lisärakentamisesta mittaukset antavat vaihtelevia tuloksia.
Ydinvoimasta käytävä poliittinen kiistely on sikäli merkittävää, että ydinvoiman tuotantoon liittyy vahvasti poliittinen lupamenettely, johon yleensä liittyy laaja julkinen keskustelu. Ydinvoiman tuotantomäärä ei siis kasva tai vähene vapaasti kysynnän mukaan, vaan sen käytön sallimisesta ja rajoittamisesta päättävät vaaleilla valitut poliitikot. Viime vuosikymmenien näkyvällä ydinvoimakeskustelulla on tuntuva vaikutus nykypäivän ydinvoimapolitiikassa. Monissa maissa ydinvoiman rakentaminen on poliittisella päätöksellä hidastunut, ellei jopa pysähtynyt.
Kun ydinvoimaloiden rakentamiselle on myönnetty lupa, voimaloita yleensä käytetään suurella käyttöasteella, koska edullisen, vakaasti tuotetun perusenergian kysyntä on teollisuusmaissa suurta.
1950–1980-luvuilla ydinvoiman kasvu oli erittäin nopeaa ja eräissä maissa, kuten Ranskassa, sillä korvattiin fossiilisten polttoaineiden käyttö sähköntuotannossa lähes kokonaan. (Choppin et al., 2002) Suomi ja Ruotsi (ks. kaavio oikealla) ovat esimerkkejä maista, joissa ydinvoiman tuotantoa on pitkään kasvatettu määrätietoisesti. Sen seurauksena fossiilisten polttoaineiden osuus kokonaisenergiantuotannosta on selvästi pienempi kuin teollisuusmaissa yleensä. Ruotsissa ja Suomessa on lisäksi mahdollista käyttää biopolttoaineita ja vesivoimaa merkittävästi, mikä myös näkyy kaavioissa.
Saksa ja Tanska ovat maita, joissa ydinvoiman käyttö on vähäistä. Tanskassa ydinvoimaan tuotantoa ei ikinä edes aloitettu ja Saksassa aluksi kasvanut ydinvoiman tuotanto on päätetty lopettaa. Maiden energiantuotanto tapahtuu enimmäkseen fossiilisilla polttoaineilla samalla kun uusiutuvien energianlähteiden käyttöä on pyritty lisäämään. Maat ovat keskittyneet lähinnä tuulivoiman lisärakentamiseen biopolttoaineiden ja vesivoiman ollessa näissä maissa mahdollisuuksiltaan rajallisia.
Ydinvoiman tulevaisuus
Ydinvoiman kehitystyö jatkuu aktiivisena ympäri maailman. Ydinvoimalle etsitään jatkuvasti uusia sovelluskohteita ja olemassa olevaa tekniikkaa parannetaan. Toisaalta myös uusia ydinenergiamuotoja tutkitaan. Ydinvoiman käytön hyväksyttävyyteen vaikuttavat toisaalta ydinvoimaan kriittisesti suhtautuvien ihmisten huolet ydinvoiman haitoista ja toisaalta myönteisesti suhtautuvien painottamat edut. Ydinvoimakeskustelu jatkunee siis aktiivisena tulevaisuudessakin.
Kasvava energiantarve ja Kioton ilmastosopimus on saanut monet maat rakentamaan tai suunnittelemaan lisäydinvoiman rakentamista ja kasvanutta kysyntää varten on perustettava uutta uraanituotantoa. Uraanin riittävyys ydinenergian tarpeisiin riipuu siitä, miten paljon ydinvoiman tuotanto kasvaa ja siitä mitä teknologiaa uusi ydinenergiatuotanto tulee hyödyntämään. Koska uraania on kallioperässä saatavissa runsaasti, uraanin riittävyys sinänsä ei muodosta teknistä estettä ydinvoiman käytön laajallekaan lisäämiselle (ks. artikkeli uraanin esiintyminen).
Jotkut tutkijat pelkäävät kasvavan kysynnän johtavan uraanituotannon lisääntymiseen erityisesti kehitysmaissa, mikä saattaa pahentaa kaivostoiminnan ympäristövaikutuksia, koska kehitysmaiden ympäristönormit ovat heikompia ja niiden valvominen on kehittynyttä maailmaa tehottomampaa.[38]
Hyötöreaktori
Hyötöreaktorit, jotka tuottavat uutta ydinpolttoainetta toimiessaan, voivat käyttää uraani-235:n (0.7 prosenttia maankuoren uraanista) lisäksi myös uraani-238:a (99.3 prosenttia maankuoren uraanista). Hyötöreaktoreissa voidaan uraanin lisäksi ydinpolttoaineena hyödyntää mahdollisesti huomattavasti yleisempää toriumia. Toistaiseksi toriumin käyttö ei ole ollut kannattavaa, koska uraania on saatavilla edullisesti, mutta tulevaisuudessa toriumilla voidaan mahdollisesti kasvattaa saatavilla olevan ydinpolttoaineen riittävyyttä. (IAEA, 2000) Koereaktorikokeita on tehty ympäri maailman, mutta teollisessa käytössä hyötöreaktoritekniikka on tällä hetkellä ainoastaan Venäjällä.
Kasvavan kysynnän aiheuttama uraanin hinnan nousun voi johtaa hyötöreaktorien kehityksen nopeutumiseen, koska nämä käyttävät uraanian nykyisiä reaktoreita tehokkaammin. Hyötöreaktorien polttoaineeseen liittyy kuitenkin muun muassa ydinaseiden leviämiseen liittyviä riskejä[38] ja MIT:n tekemä tutkimuksen mukaan ei ole odotettavissa, että uudet reaktori- ja polttoaineteknologiat pystyisivät yhtä aikaa vastaamaan kustannuksiin, turvallisuuteen, ydinjätteisiin ja ydinaseiden laajenemiseen liittyviin riskeihin. Se suositteleekin nykyisen teknologian käyttämistä myös tulevina vuosikymmeninä.[39]
Kiihdytinreaktori
Eräs ydinreaktoreiden kehityssuunta on kiihdytinreaktori eli ADS (Accelerator Driven Systems). ADS:ssä saattaa muodostua merkittäväksi tavaksi hävittää pitkäikäisiä radioaktiivisia aineita ja tehdä samalla sähköä. Samaan pystyvät myös jossain määrin hyötöreaktorit. Tällä käsittelyllä käytetyn ydinpolttoaineen aktiivisuus putoaa tuhannen vuoden kuluessa alle luonnonuraanin aktiivisuuden. Nykyisin geologinen loppusijoitus on yleisesti parhaana pidetty, mutta silti erittäin kiistelty käytetyn polttoaineen ydinjätehuollon vaihtoehto. Hyötöreaktoreilla tai kiihdytinvoimaloilla voitaisiin myös parantaa polttoaineiden saatavuutta huomattavasti, sillä ne pystyvät käyttämään uraanin ja toriumin kaikki luonnossa esiintyvät isotoopit hyödyksi Yksi hyötöreaktoritekniikan kehitysalueista nykyisin on niiden polttoainekierron kehittäminen sellaiseksi, ettei ydinaseisiin kelpaavista materiaaleja syntyisi. [40]
Fuusio
- Pääartikkeli: Fuusioreaktori
Tulevaisuudessa fuusioreaktio saattaa tarjota miltei ehtymättömän energianlähteen. Fuusioenergian hyödyntäminen käytännössä on kuitenkin vuosikymmenten päässä. Fuusioenergian hinta saattaa myös muodostua suhteellisen korkeaksi. Kansainvälinen ITER-tutkimushanke tähtää toimivan, voimalaitoskoon fuusioreaktorin prototyypin rakentamiseen Cadarcheen Ranskaan. Kun ITER:n käyttö näillä näkymin 2016 alkaa, voidaan alkaa suunnitella ensimmäisiä prototyyppivoimalaitoksia reaktorin käytöstä saatujen kokemusten perusteella. Fuusiovoiman on arveltu olevan tuotantokäytössä aikaisintaan 2050. Fuusio hyödyntää vedyn kahta isotooppia, deuteriumia ²H ja tritiumia ³H ja perustuu atomien yhdistämiseen päinvastoin kuin fissio. Reaktiotuote on helium: kemiallisesti stabiili ja myrkytön jalokaasu.
Esitetyt fuusioreaktorit käyttävät polttoaineena deuteriumia, joka on vedyn isotooppi. Nykyisellä energiankulutuksella tunnetut litiumvarannot kestäisivät 3000 vuotta, merivedestä erotettu litium kestäisi 60 miljoonaa vuotta, ja monimutkaisempi fuusioprosessi, joka käyttäisi vain deuteriumia merivedestä, kestäisi 150 miljardia vuotta.[41] Vertailuksi auringon jäljellä olevaksi eliniäksi arvioidaan 5 miljardia vuotta.
Lähteet
- IAEA: Rising Expectations for Nuclear Electricity Production, Wien, 2005
- U.S. Geological Survey (USGS): United States Energy and World Energy Production and Consumption Statistics, Denver, 1998
- Uraanimalmin ja hiilen määrä laskettu lähteistä
- Uranium Information Centre (UIC): The Nuclear Fuel Cycle, Melbourne, 2004
- Helsingin Energia: Ympäristöraportti 2000, Helsinki, 2000
- Euroopan komissio: External Costs - Research results on socio-environmental damages due to electricity and transport, Bryssel, 2003, EUR 20198, ISBN 92-894-3353-1
- Euroopan komissio: Radioactive Waste Management and Disposal, Bryssel, 1985, EUR 10163, ISBN 0-521-32580-3
- Säteilyturvakeskus (STUK): Säteily ydinvoimalaitosten ympäristössä, Helsinki, 2001
- Choppin et al.: Principles of Nuclear Power, 19. luku kirjasta Radiochemistry and Nuclear Chemistry, MA, USA, 2002, ISBN 0-7506-7463-6
- Lamarsh, J.: Introduction to Nuclear Engineering, Reading, MA, USA, 1983, ISBN 0-201-82498-1
- Hore-Lacey, Ian: Nuclear Electricity, Melbourne, Australia, 2003, ISBN 0-9593829-8-4
- Nuclear Energy Agency (NEA): Radioactive Waste Management in Perspective, Pariisi, 1996, ISBN 92-64-14692-X
- Säteilyturvakeskus (STUK): Ydinturvallisuus, Hämeenlinna, 2004, ISBN 951-712-500-3
- Francois, B.: European Passive Reactor (EPR), Nu-Power Vol.14 No.3, Mumbai, 2000
- Spadaro, J. et al.: Greenhouse Gas Emissions of Electricity Generating Chains, IAEA Bulletin Vol.42, Wien, 2000, ISSN 0020–6067
- OECD ja IAEA: Uranium 1999: Resources, Production and Demand, Pariisi, 2000 ISBN 92-64-17198-3
- IAEA: Thorium based fuel options for the generation of electricity: Developments in the 1990s, Wien, 2000, IAEA-TECDOC–1155, ISSN 1011-429
- Cohen, B.: Breeder Reactors: a Renewable Energy Source, American Journal of Physics, 51, Melville, NY, USA, 1/1983, ISSN 0002–9505
- Fells, N.: Nuclear Power, MS Encarta Online Encyclopedia, 2005
- Goldberg, Marshall: Federal Energy Subsidies: Not All Technologies Are Created Equal, Washington, 2000
Viitteet
- ↑ ”atomivoima nyk. tavallisemmin: ydinenergia.” ”atomivoimala nyk. tavallisemmin: ydinvoimala. ”atomienergia nyk. tavallisemmin: ydinenergia.” Kielitoimiston sanakirja. Kotimaisten kielten tutkimuskeskuksen julkaisuja 132. Internet-versio MOT Kielitoimiston sanakirja 1.0. Helsinki: Kotimaisten kielten tutkimuskeskus ja Kielikone Oy, 2004. ISBN 952-5446-11-5.
- ↑ International Nuclear Safety Center at Argonne National Laboratory; WNA
- ↑ Säteilyturvakeskus, Ydinenergian käytön turvallisuusvalvonta 2006
- ↑ Choppin et al., 2002
- ↑ UIC, 2004; Helsingin energia, 2000
- ↑ a b c d e f g Herring, J.: Uranium and thorium resource assessment, Encyclopedia of Energy, Boston University, Boston, USA, 2004, ISBN 0-12-176480-X.(Fells, 2004)
- ↑ a b c NEA, IAEA: Uranium 2005 – Resources, Production and Demand. OECD Publishing, 2.6.2006, ISBN 978-92-64-02425-0.
- ↑ a b c R. Price, J.R. Blaise: Nuclear fuel resources: Enough to last?. NEA News 2002 – No. 20.2, Issy-les-Moulineaux, Ranska.
- ↑ a b Deffeyes, K., MacGregor, I.: World Uranium resources Scientific American, Vol 242, No 1, January 1980, pp. 66-76.
- ↑ Eric S. Beckjord et al.: The Future of Nuclear Power - AN INTERDISCIPLINARY MIT STUDY 2003. Massachusetts Institute of Technology. : "We believe that the world-wide supply of uranium ore is sufficient to fuel the deployment of 1000 reactors over the next half century and to maintain this level of deployment over a 40 year lifetime of this fleet."
- ↑ Uraanin riittävyys www.energia.fi.
- ↑ IPS-Inter Press Service: Not All See Enough Uranium,
Greenpeace CEO rejects nuclear push May 18, 2006. Greenpeace. - ↑ Ux Consulting Company: Ux U3O8 vs. CIS Prices. Roswell, Georgia, USA, 12.6.2007.
- ↑ STUK, 2004
- ↑ STUK: Loppusijoituslaitokset ja suunnitelmat eri maissa
- ↑ NEA, 1996
- ↑ OECD, 1999
- ↑ Loppusijoituslaitokset ja suunnitelmat eri maissa
- ↑ End the nuclear age: Waste
- ↑ Greenpeace report reveals French dairy cattle given water contaminated by leaking nuclear dumpsite
- ↑ Euroopan komissio, 2003
- ↑ Kauppa- ja teollisuusministeriö: Kasvihuonekaasujen vähentämistarpeet ja mahdollisuudet Suomessa: Kansallisen ilmastostrategian taustaselvitys, 2001. ISBN 951-739-596-5
- ↑ Sustainable Development Commission UK: The role of nuclear power in a low carbon economy, 2006
- ↑ http://www10.antenna.nl/wise/index.html?http://www10.antenna.nl/wise/535/5206.html
- ↑ NUCLEAR ENERGY AGENCY ORGANISATION FOR ECONOMIC CO-OPERATION AND DEVELOPMENT: Nuclear Energy and the Kyoto Protocol
- ↑ Chapter 2 Fuel Costs and Uranium ReservesNuclear Power, The Energy Balance, Chapter 1
- ↑ Rob Edwards: Human health may be the cost of a nuclear future. New Scientist, 2006, nro 2555. . Osa artikkelista luettavissa [1]
- ↑ Ydinvoima Pohjolan Voima. Viitattu 19. kesäkuuta 2007. (suomeksi)
- ↑ STUK, 2001
- ↑ Nuclear Control Institute: DISPOSAL OF WEAPONS PLUTONIUM IN THE U.S. AND RUSSIA: ISSUES AND OPTIONS FOR THE G-8
- ↑ mm. Rossi, 2001: Vakavan reaktorionnettomuuden päästön aiheuttamat taloudelliset vaikutukset. VTT Energia, Espoo ja Tveten, 1990: Environmental consequences of releases from nuclear accidents. Institute for Energy Technology, Kjeller, Norja
- ↑ Lakiesitys, FINLEX
- ↑ Hallituksen esitys Eduskunnalle laiksi ydinvastuulain muuttamisesta 1994. Finlex.
- ↑ Euroopan unionin komissio: External Costs - Research results on socio-environmental damages due to electricity and transport, Bryssel, 2003, ISBN 92-894-3353-1
- ↑ Goldberg, 2000
- ↑ World Energy Assessment Overview: 2004 Update, s. 73)
- ↑ Energy Balances of OECD Countries, IEA/OECD Paris, 2005 [2]
- ↑ a b Rob Edwards: Human health may be the cost of a nuclear future. New Scientist, 2006, nro 2555. Osa artikkelista luettavissa [3]
- ↑ Eric S. Beckjord et al.: The Future of Nuclear Power - AN INTERDISCIPLINARY MIT STUDY 2003. Massachusetts Institute of Technology.
- ↑ An Introduction to Argonne National Laboratory's INTEGRAL FAST REACTOR (IFR) PROGRAM
- ↑ [4]
Aiheesta muualla
Tämä luettelo sisältää ydinvoimaa käsitteleviä tieteellisiä ja viranomaissivustoja sekä muita epäpoliittisia sivustoja. Linkkejä ydinvoimaa vastaan tai sen puolesta kampanjoiville sivustoille löytyy artikkelista ydinvoimakeskustelu.
Yliopistojen ja tutkimuslaitosten sivuja
- Tampereen teknillisen yliopiston artikkeli ydinvoimasta
- Teknillisen korkeakoulun Ydinenergiatekniikan perusteet -kurssin sivu - kohdassa kirjallisuus voi ladata ydinvoimaa koskevaa tietoa.
- Massachussettsin teknillisen korkeakoulun (MIT) tutkimus ydinvoiman tulevaisuudesta (englanniksi)
- Los Alamos Research Quarterly ydinvoimasta - Kalifornian yliopiston tutkimuslaboratorion kausijulkaisun artikkeli (englanniksi)
- Idaho National Laboratoryn ydinvoimasivut (englanniksi)
- NASA:n Prometheus-ydinrakettiohjelman ympäristövaikutusten arviointi (englanniksi)
- ITER - kansainvälinen fuusioreaktorihanke (englanniksi)
Ydinvoima-alan viranomaisten ja hallitustenvälisten järjestöjen sivuja
- Kauppa- ja teollisuusministeriön ydinvoimasivut
- Säteilyturvakeskuksen ydinvoimasivut
- Kansainvälinen atomienergiajärjestö - YK:n atomienergiajärjestö (englanniksi)
- Euroopan atomienergiayhteisö Euratom - EU:n ydinenergiaviranomainen (englanniksi)
- OECD:n atomienergiajärjestö NEA - Hallitustenvälinen yhteistyöelin ydintekniikan, ydintutkimuksen, ydinturvallisuuden, lainsäädännön ja ympäristönsuojelun alalla. (englanniksi)
- DOE Office of Nuclear Energy - Yhdysvaltojen energiaministeriön ydinvoimaosasto (englanniksi)
- Nuclear Energy Today - NEA:n laajahko julkaisu ydinenergian nykytilasta. (englanniksi)
- Generation IV - kansainvälinen 4. sukupolven ydinreaktoreiden kehitysohjelma (englanniksi)
- Ydinenergia ja Suomi, Kauppa- ja teollisuusministeriön sekä Atomiteknillisen seuran PDF-esite ydinenergiasta
- Australian ydintekniikkaviranomaisen ANSTOn koulutussivu (englanniksi)