Ydinvoima
Ydinvoima tai 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 hyvin suuri tavanomaisiin polttoaineisiin verrattuna.
Hieman vanhahtavat sanat atomivoima ja atomienergia ovat ydinvoiman synonyymejä, mutta eivät yhtä suositeltavia, koska ydinvoima perustuu nimenomaan atomin ytimen reaktioiden hyödyntämiseen. Ydinvoima on siten linjassa sanojen ydinfysiikka ja ydinreaktori kanssa.
Ydinvoiman muodot
Ydinvoimaa hyödynnetään pääasiassa ydinvoimalaitoksissa sähköntuotantoon ja ydinkäyttöisillä aluksilla voimanlähteenä. Ydinvoimaa käytetään jossain määrin myös mm. 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. Täten toimivat ydinvoimalaitokset ja ydinkäyttöisten laivojen ydinreaktorit. Harvinaisempaa on radioaktiivisen hajoamisen tuottaman energian hyödyntäminen, jota käytetään mm. 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 täten 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 muodostaen heliumatomin. 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 maanlämpöä 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 valonvahvistimen toimintaan, 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 mm. Islannissa ja Japanissa.
Ydinvoiman historia
- Pääartikkeli: Ydinvoiman historia
Ensimmäiset vihjeet siitä, että atomin itsensä sisällä esiintyy reaktioita, saatiin vuonna 1896, kun Antoine Henri Becquerel löysi 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, säitelyn ja radioaktiivisuuden rauhanomainen hyödyntäminen lisääntyi monissa käyttökohteissa kuten lääketieteessä, tutkimuksessa, energiantuotannossa, merenkulussa, maanviljelyksessä, 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 % maailman sähköstä ja 6,5 % 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
| Maa | Reaktorit | Teho MW | Ydinvoiman osuus sähkön- tuotannosta % |
|---|---|---|---|
| Yhdysvallat | 104 | 99 210 | 19,9 |
| Ranska | 59 | 63 363 | 78,1 |
| Japani | 55 | 46 772 | 29,3 |
| Venäjä | 31 | 21 743 | 15,6 |
| Saksa | 17 | 20 339 | 32,1 |
| Etelä-Korea | 20 | 16 810 | 37,9 |
| Ukraina | 15 | 13 107 | 51,1 |
| Kanada | 17 | 12 113 | 15,0 |
| Iso-Britannia | 23 | 11 852 | 19,4 |
| Ruotsi | 10 | 8 869 | 51,8 |
Ydinvoimalaitoksia pidetään teollisuusmaiden jatkuvaan, mittakaavaltaan suureen sähkönkulutukseen sopivana energiamuotona. Esimerkiksi Ranskassa 78 % kaikesta sähköstä tulee ydinvoimasta ja ydinvoiman tuotantoa pyritään edelleen kasvattamaan. 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. Silti ydinvoimalaitoksen tuotantoa voidaan toki tarvittaessa myös säätää ja niin myös 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 (International Nuclear Safety Center at Argonne National Laboratory; WNA [4]). Uusia voimalaitosreaktoreita oli rakenteilla 25 (joista 8 Intiaan), suunnitteilla 39 ja ehdotettu 73. Kaikesta maailman sähköstä noin 16% tuotetaan ydinvoimalla – mikä tekee ydinvoimasta vesivoiman veroisen, maailman toiseksi merkittävimmän kasvihuonekaasupäästöttömän sähköenergianlähteen. Kaikesta tuotetusta energiasta ydinvoimalla tuotetaan noin 7 %. EU-maissa noin 31 % 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.
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.
Kymmenessä suurimmassa tuottajamaassa on neljä viidesosaa maailman ydinreaktoreista ja ne tuottavat yli 85% maailman ydinenergiasta. Muita merkittäviä ydinenergiamaita ovat Espanja, Kiina, Belgia ja Taiwan. Suomi on 19. suurin tuottaja 2 676 MW teholla 4 reaktorissa.
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 visioituja määriä.
Tällä hetkellä Suomessa on neljä ydinreaktoria. Vuonna 2005 ne tuottivat 26,3 % Suomessa käytetystä sähköstä (Energiateollisuus, Energiavuosi 2005). Suomessa ydinvoiman käyttöaste on tyypillisesti ollut yli 90%. Lisäksi Espoon Otaniemessä on pieni tutkimusreaktori Triga. 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 (ennen Teollisuuden Perusvoima). 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 keväällä 2009. 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.
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. Ydinvoimalaitoksen materiaalivirrat ovat käytön aikana suljettuja: polttoaineen syöttöä ei tapahdu, eikä savukaasuja tai muita haitallisia päästöjä muodostu.
| 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. (Choppin et al., 2002)
Ydinpolttoainekierto
- Pääartikkeli: Ydinpolttoainekierto
Ydinvoimalaitokset käyttävät tavallisesti polttoaineenaan uraanioksidia, jossa on 3–5 % 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. Laskennallisesti kuutiosenttimetri uraania riittäisi henkilöauton voimanlähteeksi koko sen käyttöiäksi, mutta nykytekniikalla sellainen käyttötarkoitus olisi teknisesti epäkäytännöllinen. Sen sijaan voimalaitoskäyttöön ydinvoima on teknisesti sovelias. 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 (UIC, 2004; Helsingin energia, 2000). Koska luonnonuraanista vain 0,7 % 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 aiheuta vaaraa oikein käsiteltynä. 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% 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
Uraani on uusiutumaton luonnonvara, jota on maankuoressa noin 4 mg/kg (4 miljoonasosaa). Kaivostoiminnan lisäksi ydinpolttoainetta saadaan vanhoista varastoista, kierrätyksellä jälleenkäsittelystä sekä ydinaseriisunnasta.
Uraanivarantojen hyödynnettävyys vaihtelee. Jotkin varannot ovat teknisesti vaikeampia ja siten kalliimpia hyödyntää kuin toiset. Uraanin eristäminen merivedestä tai tavallisesta graniitista on mahdollista. Vaikka uraanin ainepitoisuudet ovat näissä lähteissä hyvin pieniä, noin 0,0003 % graniitissa ja 3,34 mg/ merivedessä, on niiden energiasisältö varsin korkea. Tavallinen graniitti sisältää kiloa kohden laskennallisesti enemmän energiaa kuin kivihiili. Silti nykytekniikalla uraanin erotteleminen graniitista kuluttaisi arvioiden mukaan 70 kertaa enemmän energiaa kuin siitä voidaan sillä tuottaa, joten toistaiseksi se ei ole käytännöllinen polttoaine. Meriveden kohdalla on esitetty arvio, jonka mukaan "on epärealistista odottaa merivedestä tuotetun uraanin muodostavan merkittävää osaa ydinvoimaloiden polttoaineesta hyväksyttävissä olevalla aikavälillä". [1] Kokeissa, jossa uraania on eristetty merivedestä sen hinta on muodostunut 5 - 10 kertaa korkeammaksi kuin louhitun uraanin. Näistä toistaiseksi epäkäytännöllisistä uraanivaroista saa kuitenkin käsityksen uraanin yleisyydestä maankuoressa, mikä vastaa suurin piirtein tinan yleisyyttä (Fells, 2005). [2]
OECD:n ydinenergiaohjelman ja IAEA:n yhteisen raportin mukaan alle 130 dollarin kilohinnalla taloudellisesti käytettävissä olevat 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 jo tunnetuillakin malmivaroilla turvattu ainakin 150 vuodeksi eteennpäin. Lisäksi malminetsintää voidaan laajentaa jos tunnetut varannot hupenevat merkittävästi. Raportti kuitenkin toteaa, että näiden resurssien hyödyntämiseksi uraanin maailmanmarkkinahinnan tulee säilyä korkeana. Jos ydinvoimalaitoksia rakennetaan lisää, kysynnän voidaan arvoida kasvavan nykyisestä. Kasvava energiantarve ja tarve rajoittaa hiilidioksiinipäästöjä onkin saanut monet maat rakentamaan tai suunnittelemaan lisäydinvoiman rakentamista. IAEA:n ja OECD:n kantaa raportin esittämää tietoa voidaan pitää maailman geologien vallitsevan käsityksen kuvauksena. Kriitikoiden näkemyksen mukaan kuitenkin arviot uraanin riittävyydestä vahtelevat 50 ja 150 vuoden välillä ja että jo 20 % lisäys ydinenergiantuotannossa nykyisellä ydinteknologialla kuluttaisi uraanin loppuun vain muutamassa vuosikymmenessä. Australialaisen ympäristöjärjestön Global 2000:n laskelmien mukaan voimalaitokset olisivat käyttäneet vuoteen 2030 mennessä 4,5 miljoonaa tonnia uraania mikäli ydinvoiman tuotanto kasvaisi lineaarisesti vuodesta 2010 eteenpäin. Tämä tekisi vuoden 2010 jälkeen rakennetut ydinvoimalat taloudellisesti kannattamattomiksi, koska niiden rakennuskustannuksia ei pystyttäisi kuolettamaan ennen polttoaineen loppumista.[3]
Hyötöreaktorit, jotka tuottavat uutta ydinpolttoainetta toimiessaan, voivat käyttää uraani-235:n (0.7% maankuoren uraanista) lisäksi myös uraani-238:a (99.3% maankuoren uraanista). On arvioitu, että uraani-238:a olisi käytettävissä ainakin 10 000 vuotta, ehkä jopa 5 miljardia vuotta näillä reaktoreilla. [5] Hyötöreaktoreissa voidaan uraanin lisäksi ydinpolttoaineena hyödyntää mahdollisesti huomattavasti yleisempää toriumia. Toistaiseksi toriumin käyttö ei ole ollut kannattavaa, koska uraania on saatavilla edullisesti, mutta tarvittaessa toriumilla voidaan kasvattaa saatavilla olevan ydinpolttoaineen riittävyyttä. (IAEA, 2000) Kokeita hyötöreaktoreilla on tehty ympäri maailman ja täysimittaisessa tuotantokäytössä niitä on nykyisin Venäjällä. Hyötöreaktoritekniikan laajemmalla käyttöönotolla ei kuitenkaan ole kiirettä nykyisen kevytvesireaktoreiden polttoaineen saatavuden ollessa hyvä. Hyötöreaktoreiden tekniikkaa tutkitaan edelleen ja tärkeänä kehitysalueena on polttoainekierron kehittäminen kevytvesireaktoreiden kaltaiseksi siinä suhteessa, ettei polttoaine olisi ydinasekelpoista kierron missään vaiheessa.
Esitetyt fuusioreaktorit käyttävät polttoaineena deuteriumia, joka on vedyn isotooppi. Nykyisellä energiankulutuksella tunnetut litiumvarannot kestäisivät 3000 vuotta, litium merivedestä kestäisi 60 miljoonaa vuotta, ja monimutkaisempi fuusioprosessi, joka käyttäisi vain deuteriumia merivedestä, kestäisi 150 miljardia vuotta. [6] Vertailuksi auringon jäljellä olevaksi eliniäksi arvioidaan 5 miljardia vuotta.
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 % ja korkea-aktiivisten jätteiden määrä noin 0,03 %. 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. Ydinvoimateollisuutta suurempia määriä radioaktiivisia jätteitä syntyy muualla yhteiskunnassa: EU:n alueella maatalous, rakentaminen, öljyn- ja kaasuntuotanto, hiilen ja turpeen poltto, jätevesien puhdistus ja muu ihmisen toiminta synnyttävät vuosittain kymmeniä miljoonia tonneja luonnon radioaktiivisuutta sisältäviä jätteitä, jotka ylittävät radioaktiivisuudeltaan ydinjätteiden vapaarajan. Määrä on huomattavasti suurempi kuin ydinvoimateollisuuden radioaktiivisten jätteiden määrä. Näitä ei yleensä kuitenkaan eristetä, käsitellä ja loppusijoiteta ydinjätteen tavoin koska ne eivät ole syntyneet ydintekniikan käytössä. (STUK, 2004)
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. (STUK: [7])
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 %. 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. (NEA, 1996)
Käytetyn ydinpolttoaineen jätehuoltoon on esitetty lukuisia erilaisia ratkaisuja. Noin 95% 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 (OECD, 1999), 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. Toisaalta ydinvoimakeskustelussa esiintyy myös loppusijoituksen vastaisia mielipiteitä ja epäilyksiä sen onnistumisesta jätehuoltoratkaisuna, koska loppusijoituksen erittäin pitkä kesto asettaa haasteita sen turvallisuuden varmistamiselle. Toistaiseksi käytetyn polttoaineen loppusijoitusta ei ole vielä toteutettu missään, mutta loppusijoitushankkeita on käynnissä useissa maissa, mm. Ranskassa, Yhdysvalloissa, Saksassa, Ruotsissa ja Suomessa. (STUK: [8])
Ympäristö ja turvallisuus
 |
Tästä artikkelista on kiistelty. Lue tämä keskustelusivu ennen suurten muutosten tekemistä. Erimielisyyden ilmetessä perustele kantasi tällä keskustelusivulla. Tämä malline on tarkoitettu ainoastaan keskustelusivuilla käytettäväksi! |
Ydinvoiman normaalikäytön ympäristövaikutukset ovat elinkaaritarkastelussa vähäiset verrattuna muihin huomattaviin energianlähteisiin, koska ydinvoimalaitos ei suunnitellusti toimiessaan synnytä ympäristölle haitallisia päästöjä tai kasvihuonekaasuja (Euroopan komissio, 2003). Ydinvoiman rakentaminen kuitenkin vaikuttaa sähkönkulutukseen kiihdyttävästi ja lisää siten välillisesti myös fossiilisten polttoaineiden käyttöä ja kasvihuonepäästöjä (IAEA; KTM 2001). Nykyisten, ertyisesti Athabascan alueen, uraaniesiintymien ehtyessä täytyy ydinpolttoainetta alkaa tuottaa köyhemmistä uraaniesiintymistä ja joidenkin tutkijoiden laskelmien mukaan näiden hyödyntäminen nostaisi ydinenergian epäsuoria kasvihuonepäästöjä. Kasvihuonepäästöjen määrä kasvaa suhteessa uraanilähteen köyhyyteen siten, että pitoisuuden laskiessa noin 0,05 %:iin tuottaisi ydinvoima yhtä paljon -päästöjä, kuin perinteinen kaasuvoimala[4][5]
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 % suurempi riski sairastua keuhkosyöpään työssään saaman altistumisen johdosta. [6]
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.
Toimivan ydinvoimalaitoksen käyttö kasvattaa 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. Muu väestö altistuu tätä vähemmän. (STUK, 2001)
Ydinturvallisuus
 |
Tätä artikkelia tai sen osaa on pyydetty parannettavaksi, koska se ei täytä Wikipedian laatuvaatimuksia. Voit auttaa Wikipediaa parantamalla artikkelia tai merkitsemällä ongelmat tarkemmin. Lisää tietoa saattaa olla keskustelusivulla. Tarkennus: ei (enää) kerrota juuri mitään edes ydintuvallisuuden perusteista. Laajentamiseen tai palautukseen aihetta. |
- Pääartikkeli: Ydinturvallisuus, Ydinonnettomuus
- Katso myös: Luettelo ydinonnettomuuksista
Ydinvoiman käytölle on ominaista, että siihen liittyvä ionisoiva säteily ja radioaktiivisuus voivat aiheuttaa vaaraa, jos ydinturvallisuudesta ei ole huolehdittu. Ydinturvallisuudesta huolehtimalla 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.
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 vaiko eivät – poikkeuksetta joko hankkineet aseen ennen ydinsulkusopimuksen olemassaoloa tai olleet harvoja sopimuksen ulkopuolisia maita ja siten myös YK:n ydinainevalvonnan ulkopuolella.
Ydinvoimaloiden käyttö ydinaseriisunnan palveluksessa on keskeistä. Kun ydinpommi puretaan, ydinräjähteeksi käyvät aineet jäävät jäljelle. Niistä voisi rakentaa uuden pommin, jollei niitä hävitetä. Hävittäminen tapahtuu yleensä 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. [7]
Ydinvoiman valvonta
Suomessa ydinvoiman käytöstä määrätään ydinenergialaissa ([9]) 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.
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.
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 mahdollisten 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 olemassaolevilla ydinvastuuvakuutuksilla [8]. 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. (Lakiesitys, FINLEX).
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%). 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). [9]
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. Täytyy kuitenkin huomioida, että ydinvoimaa ei kehitetty yksinomaan sähköntuotantokäyttöön, vaan sotilaallinen käyttö laivaston palveluksessa oli alkuun pääprioriteetti, joten energiaa kohti laskettu panostus ei ole täysin vertailukelpoinen. Lisäksi ydinvoiman osalta lukuun on laskettu myös arvio vakuutuksen rajoituksen tuomista laskennallisista kustannuksista, mikä ei ole varsinaista suoraa rahallista panostusta. Suhteutettaessa tuet nykypäivään asti tuotetun energian määrään on laskettu, että tuet nostaisivat ydinenergian hintaa laskennallisesti 1,2 c/kWh, mutta on epäselvää miksi esim. sotilaskäyttöön tehtyjen reaktoreiden kustannuksia pitäisi sisällyttää sähkön hintaan. Vastaavasti aurinkoenergian tuotantoa on tuettu 51 c/kWh ja tuulienergian tuotantoa 4 c/kWh. (Goldberg, 2000). OECD-maissa ydinenergian tutkimukseen panostettiin vuosina 1995-1998 16 miljardia US$. Tämä sisältää fuusiotutkimuksen. Samalla aikavälillä uusiutuvia energia ja energian säästöä tutkittiin OECD-maiden julkisilla varoilla 9 miljardilla US$. [10]
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. Kokonaisenergiankulutuksen kannalta näissä maissa on kuitenkin päästy vasta marginaalisiin tuloksiin biopolttoaineiden ja vesivoiman ollessa näissä maissa mahdollisuuksiltaan rajallisia.
Ydinvoiman tulevaisuus
| |
Tästä artikkelista on kiistelty. Lue tämä keskustelusivu ennen suurten muutosten tekemistä. Erimielisyyden ilmetessä perustele kantasi tällä keskustelusivulla. Tämä malline on tarkoitettu ainoastaan keskustelusivuilla käytettäväksi! |
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 tarve rajoittaa hiilidioksiinipäästöjä on saanut monet maat rakentamaan tai suunnittelemaan lisäydinvoiman rakentamista ja kasvanutta kysyntää varten on perustettava uutta uraanituotantoa. Uraanituotannon kasvattamisen puolestaan arvellaan johtavan tuotannon lisääntymiseen erityisesti kehitysmaissa mikä pahentaa kaivostoiminnan ympäristövaikutuksia, koska kehitysmaiden ympäristönormit ja niiden valvominen on kehittynyttä maailmaa huonompia. Liian pieni uraanituotanto voi myös johtaa hyötyreaktorien kehityksen nopeutumiseen, koska nämä käyttävät uraanian nykyisiä reaktoreita tehokkaammin. [11]
Kehittyneemmän kaivostekniikkan avulla uraania voidaan tuottaa aiempaa tehokkaammin, taloudellisemmin ja vähäisemmin ympäristövaikutuksin. Tosin kaivostoiminnan luonne riippuu siitä hyödynnetäänkö uuden tekniikan suomat mahdollisuudet.lähde?
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 tippuu 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. Hyötyvoimalat tuottavat kuitenkin nykyisistä ydinvoimaloista poiketen ydinaseiden valmistukseen soveltuvaa plutoniumia ja asiantuntijat pelkäävät tämän johtavan ydinaseiden leviämiseen maailmassa. [12] Yksi hyötöreaktoritekniikan kehitysalueista onkin niiden polttoainekierron kehittäminen sellaiseksi, ettei ydinaseisiin kelpaavista materiaaleja syntyisi.[13]
Polttoainetaloudellisuus
Uudet polttoaineet ja reaktorit voivat ottaa energian tehokkaammin irti uraanista, ja täten samasta määrästä polttoainetta saadaan enemmän sähköä ja lämpöä poistopalaman kasvaessa. Nykyinen energiatehokkuus lienee Suomessa noin 45 MWd/kg, ja tulevaisuudessa on mahdollista saavuttaa 65 MWd/kg tai enemmän, jopa perinteisellä reaktoritekniikalla. Uusilla reaktorityypeillä polttoaineen käyttö tehostuu entisestään. hyötöreaktoreiden käyttö mahdollistaa uuden polttoaineen tuottamisen samalla kun reaktori toimii. Hyötöreaktoritekniikan käyttöönotolla ei toistaiseksi ole kiirettä sillä uraanin saatavuus on hyvä, mutta jos varat hupenevat tarve niiden käyttämiselle voi lisääntyä. Sen lisäksi on olemassa uusia kaasuturbiinivoimaloita ja suunnittelupöydällä superkriittisiä kevytvesireaktoreja, joiden hyötysuhde on jopa lähes 50 prosenttia verrattuna nykyiseen noin 30 prosenttiin.
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. Merivedestä saadaan deuteriumia ja litiumista tritiumia, joten fuusioreaktorin polttoainetta riittää koko näköpiirissä olevaan tulevaisuuteen. Valmistusprosessi on kuitenkin suhteellisen monimutkainen.
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
- ↑ Nuclear Power: the Energy Balance, Chapter 2 Fuel Costs and Uranium Reserves
- ↑ NUCLEAR TECHNOLOGIES AND NON-PROLIFERATION POLICIES (ISSUE 13): Annex 8. Evaluation of Cost of Seawater Uranium Recovery and Technical Problems toward Implementation
- ↑ IPS-Inter Press Service: Not All See Enough Uranium
- ↑ Chapter 2 Fuel Costs and Uranium Reserves
- ↑ Nuclear 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]
- ↑ 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
- ↑ Euroopan unionin komissio: External Costs - Research results on socio-environmental damages due to electricity and transport, Bryssel, 2003, ISBN 92-894-3353-1
- ↑ World Energy Assessment Overview: 2004 Update, s. 73)
- ↑ Rob Edwards: Human health may be the cost of a nuclear future. New Scientist, 2006, nro 2555. . Osa artikkelista luettavissa [2]
- ↑ Rob Edwards: Human health may be the cost of a nuclear future. New Scientist, 2006, nro 2555. . Osa artikkelista luettavissa [3]
- ↑ An Introduction to Argonne National Laboratory's INTEGRAL FAST REACTOR (IFR) PROGRAM
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 kotisivut (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)
Muita kantaa ottamattomia sivuja
- Yhdysvaltain yleisradion ydinvoimadokumenttisarjan sivut (englanniksi)