Ydinvoiman historia

Ydinvoima on historiallisesti tarkasteltuna uusi energiamuoto ihmisen käytössä. Sen käyttö alkoi vasta 1900-luvulla, mikä tekee siitä nuorimman laajamittaisesti käytössä olevan primäärienergianlähteen. Sen käyttöönottoa edelsi pitkällinen tutkimustyö aineen luonteeseen ja sen pienimpiin osasiin, atomeihin, liittyen.

Ydinvoimaa käytettiin ensimmäisen kerran 1951, kun Idaho National Laboratoryn tutkijat sytyttivät neljä hehkulamppua EBR-1 -reaktorin avulla.

Idea atomista

Antiikin filosofit, etenkin Demokritos, teoretisoivat, että aine ei ole luonteeltaan yhtenäistä, vaan koostuu äärimmäisen pienistä yksiköistä, atomeista. Antiikin filosofeille atomi oli jakamaton, mitä atomin kreikankielinen nimi atomos tarkoittaakin. Nykyaikaisessa tieteessä atomikäsitteen juuret ovat jossain määrin Daniel Bernoullin yrityksessä mallintaa aineen käyttäytymistä atomeilla vuonna 1738 ja etenkin John Daltonin varhaisella 1800-luvulla tekemissä tutkimuksissa, jotka osoittivat eräiden aineiden, jotka nyttemmin tiedetään alkuaineiksi, muodostavan yhdisteitä täsmällisissä kokonaisluvuin ilmaistavissa suhteissa. Tämä viittasi vahvasti aineen atomiluonteeseen.

Atomin sisäinen rakenne löytyy

Enrico Fermi, ydinreaktoritekniikan pioneeri

Ensimmäiset vihjeet siitä, että atomin itsensä sisällä esiintyy reaktioita, saatiin 1896, kun Antoine Henri Becquerel löysi radioaktiivisuuden. Jo hyvin varhain kävi selväksi, että atomin sisältämät energiamäärät ovat hyvin suuria verrattuna sähkövoimaan perustuviin kemiallisiin energioihin. Tutkimus oli jo vuonna 1908 edennyt tarpeeksi, jotta suomalainen kemian professori Gustaf Komppa saattoi ennustaa:

”Jos keksittäisiin keino kiiruhtaa tätä ’alkuaineiden’ atomien hajaantumista, niin saisimme energianlähteen, jonkalaisesta emme ole osanneet uneksiakaan. Yksi ainoa kilo lyijyä tai uraanipikimalmia antaisi meille kyllin voimaa kuljettaaksemme suuren postihöyrylaivan yli Atlantin.”

Myöhemmin laivaliikenteestä todella tuli yksi ydinvoiman käyttökohteista.

Ytimen olemassaolosta saatiin viitteitä 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 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 saksalaismiehitetystä Tanskasta. He aloittivat yhteistyön Columbian yliopistossa ja kehittivät energianlähteeksi käyvän ketjureaktion käsitteen. Energiakäytöstä tutkimuksen painopiste siirtyi kuitenkin nopeasti ydinaseen kehittämiseen, sillä natseja paenneet eurooppalaiset tiedemiehet, Albert Einstein eritoten, näkivät atomiaseella varustetun Natsi-Saksan realistisena uhkana, johon oli välttämättä varauduttavana.

Atomi halkaistaan

1940 alkoi Yhdysvaltain hallituksen Manhattan-projekti, jonka tavoitteena oli ydinaseen kehittäminen. 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. Ensimmäistä ydinpommia testattiin Alamogordon lentotukikohdassa Uudessa Meksikossa heinäkuussa 1945. Tähän mennessä Saksa oli jo antautunut, mutta sota Japanin kanssa jatkui. Seurauksena oli Hiroshiman ja Nagasakin kaupunkien tuhoaminen ydinpommeilla sodan viimeisinä viikkoina.

Sodan jälkeen ydinohjelmat ympäri maailman keskittyivät ydinaseiden hankkimiseen, sillä kylmän sodan alku johti ripeään kilpavarusteluun. Omat reaktorityyppinsä asetuotannon tarpeisiin kehittivät Neuvostoliitto, Iso-Britannia ja Ranska. Huoli ytimen energian sotilaallisen käytön vaaroista johti vaatimuksiin sen energian käyttämisestä ennemmin ihmiskunnan tarpeiden palveluksessa. Sota oli osoittanut, kuinka mahtava voima atomiin kätkeytyy ja sen saattamista rauhanomaiseen käyttöön vaati muun muassa presidentti Eisenhower kuuluisassa Atomit rauhan puolesta -puheessaan. 1940- ja 1950-lukujen vaihteessa aloitettiinkin ensimmäiset hankkeet sähkön tuottamiseksi ydinvoimalla.

Atomiajan alku

Shippingportin ydinvoimala Yhdysvalloissa perustui laivastolle kehitetylle painevesireaktorille ja on siten nykyisten kaupallisten ydinvoimaloiden pääosan prototyyppi.

Ensimmäinen sähköntuotantoon tarkoitettu ydinreaktori saavutti kriittisyyden 27. kesäkuuta 1954 kello 17:30 Neuvostoliitossa, Obninskissa lähellä Moskovaa. Neuvostoliitto rakensi seuraavan siviilikäyttöön tarkoitetun ydinvoimalaitoksen vasta kymmen vuotta myöhemmin. Vuonna 1956 Calder Hallissa Englannissa aloitti toimintansa ensimmäinen kaupallinen Magnox-tyyppinen ydinvoimala. Vuonna 1957 aloitti toimintansa ensimmäinen ydinvoimala Yhdysvalloissa Shippingportissa. Yhdysvallat samoin kuin Neuvostoliitto keskittyivät ydinvoiman sotilaalliseen käyttöön. Maailman ensimmäinen ydinsukellusvene Nautilus laskettiin vesille 1955. Calder Hallinkin voimala tuotti alkuun myös ydinasemateriaaleja.

Ydinreaktoreiden määrä maailmassa kasvoi ensin kiivaasti mutta kasvu pysähtyi 1980-luvun lopulla.

Voimalaitosten lisäksi ydinvoimaa on hyödynnetty laajalti monissa muissa käyttökohteessa, kuten avaruudessa ja merenkulussa. Ensimmäinen ydinkäyttöinen rahtilaiva NS Savannah laskettiin vesille 1962.

Kapasiteetti kasvaa edelleen, vaikka reaktoreiden määrä pysyy samana.

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 17 % maailman sähköstä ja 6,5 % kaikesta energiasta, mikä on vain hieman vesivoiman osuutta vähemmän. Nykyisin monissa teollisuusmaissa ydinvoiman käytön lisääminen on hidastunut tai estetty poliittisista syistä, ja energiankulutuksen kasvua katetaan pääasiassa fossiilisin polttoainein.

Ydinvoiman tie Suomeen

Ajatus ydinenergian käytöstä tuli ensi kerran esiin Suomen Akatemiassa, jonka aloitteesta valtioneuvosto perusti vuonna 1955 Energiakomitean. Sen piti TKK:n professori Erkki Laurilan johdolla arvioida atomienergian käyttötarvetta Suomessa. Pohjois-Suomen jokien tultua valjastetuiksi Suomen hallitus pyysi 1961 kansainvälistä atomienergiajärjestöä IAEA:ta selvittämään ydinvoiman tarvetta Suomessa.

Helsinki osti Sipooseen kuuluvan Granön saaren uutta ydinvoimalaitosta varten. Arveltiin, että voimaverkkoon voitaisiin liittää 150–250 megawatin ydinvoimala. Granön saaren voimalaa ei kuitenkaan koskaan rakennettu. Tämän jälkeen pääkaupunkiseudulle kaavailtiin ruotsalaisen Asea-Atomin, VTT:n ja Finnatomin kehittämää lämpövoimareaktoria, joka olisi tuottanut kallioluolassa ainoastaan kaukolämpöä 200 megawatin lämpöteholla. Tutkimus- ja koulutuskäyttöön TKK:lle Espoon Otaniemeen hankittiin 1960-luvulla Yhdysvalloista General Atomicsin pieni tutkimusreaktori FiR 1 .

Vuonna 1961 Imatran Voima käynnisti kansainvälisen tarjouskilpailun ydinvoimalasta avaimet käteen -periaatteella. Ryhmä suomalaisia ydinvoima-asiantuntijoita matkusti 22. helmikuuta 1966 Neuvostoliittoon kahden viikon vierailulle tutustumaan ydinvoimatekniikkaan ja -tuotantoon. Yhtiö halusi 1967 tilata joko saksalaisen AEG:n tai amerikkalaisen Westinghousen reaktorin. Neuvostoliiton tarjousta pidettiin puutteellisena. Valtioneuvosto päätti kuitenkin luopua tilauksesta tarjousten perusteella. Teollisuusministeri Väinö Leskinen allekirjoitti Moskovassa 1969 tavaranvaihtosopimuksen, joka sisälsi ydinvoimalan tilauksen Neuvostoliitosta. Novo Voronesh -painevesireaktoria täydennettiin suomalaisella insinööritaidolla. Turvatekniikka, automaatio ja mittaristot suunniteltiin Suomessa ja hankittiin lännestä. Loviisan ydinvoimalaitos otettiin käyttöön vuonna 1977, jolloin Loviisa 1 valmistui sähköntuotantoon.

Katso myös

• Ydinvoima
• Ydinvoiman käyttökohteet

Lähteet

• Chaline, Eric: 50 konetta, jotka muuttivat maailmaa (50 Machines that Changed the Course of History). Suom. Veli-Pekka Ketola. Quid Publishing, (suom. versio Moreeni 2013), 2012. ISBN 978-952-254-160-4. Suomi