YDINVOIMA OSA 1

Ihmiskunta on kautta historian etsinyt itselleen erilaisia energiamuotoja, jotka voitaisiin valjastaa ihmisen käyttöön. Ensimmäisenä valjastettiin luonnon omat energiavarat: aurinko, vesi ja tuuli. Sähköstä ei tuolloin ollut tietoakaan, mutta ne valjastettiin lämmittämään tai suorittamaan suoraan mekaanisia liikkeitä. Teollistumista edelsi höyryvoima, jossa polttamalla saatiin aikaiseksi lämpöä, joka muutetaan koneistossa mekaaniseksi energiaksi. Siitä siirryttiin fossiilisiin polttoaineisiin, eli öljyyn, maakaasuun, kivihiileen ja turpeeseen, jotka kaikki ovat syntyneet muinaisten eliöiden fossiloituessa.

Ensimmäisen öljykriisin aikaan 70 – luvulla alettiin jälleen panostamaan uusiutuviin energialähteisiin, eli aurinkoon, veteen ja tuuleen. Kuitenkin reilu 75 vuotta sitten, 2. joulukuuta 1942 Chicagossa Yhdysvalloissa tehtiin ensimmäistä kertaa onnistunut koe, joka tulisi muuttamaan maailmaa ikiajoiksi. Italialaissyntyinen fyysikko Enrico Fermi johti koetta, jossa saatiin aikaan maailman ensimmäinen hallittu ydinreaktio. Noina aikoina kuultiin myös Albert Einsteinin kuuluisa ennustus ”Ei ole pienintäkään merkkiä siitä, että ydinenergiaa voitaisiin joskus käyttää”.

Ensimmäiset vinkit atomin sisällä tapahtuvista reaktioista saatiin, kun vuonna 1896 Antoine Henri Becquerel havaitsi radioaktiivisuuden. Reilu 40 vuotta myöhemmin keinotekoista fissiota, missä atomeita halkaistaan lämmön saamiseksi hallituissa oloissa, yritettiin valjastaa aseeksi Yhdysvaltojen Manhattan-projektissa.  Projekti päättyi onnistuneesti, kun Yhdysvallat pudottivat Japanin Hiroshimaan ja Nagasakiin ydinpommit kesällä 1945. Toisen maailmansodan jälkeen ydinvoiman kehitys oli kaksijakoista. Toisaalta ydinaseita tehtiin kokoajan lisää, mutta myös rauhanomainen kehitys teki huomattavia harppauksia kohti turvallista ydinvoimaa. Ensimmäinen sähköä tuottava reaktori kytkettiin verkkoon Neuvostoliitossa vuonna 1954. Kun ydinvoimalla tuotetaan sähköä, synnytetään joko atomeita halkaisemalla tai yhdistämällä lämpöä, joka höyrystää vettä, joka pyörittää turbiinia joka tuottaa sähköä. Atomien halkaisemista kutsutaan fissioenergiaksi, ja niiden yhdistämistä fuusioenergiaksi.

Fissioenergia

Fissioenergiassa siis atomi halkaistaan kahtia, jolloin se muuttuu kahdeksi tai useammaksi kevyemmäksi atomiytimeksi, ja siitä erilaisten alkuaineiden atomeiksi. Reaktiossa atomien ytimestä sinkoutuu neutroneita, jolloin osa sen massasta muuttuu energiaksi. Energia tuottaa lämpöä, joka lämmittää vettä. Lämmitetty vesi joko pyörittää suoraan, tai erilaisen höyrystimen avulla turbiinia, joka tuottaa sähköä. Höyrystynyt vesi kierrätetään takaisin vedeksi, mihin tarvitaan suuria jäähdytystorneja, tai sitten suoraan vesistöjen vesien avulla, kuten Suomen ydinreaktoreissa. Tietyissä alkuaineissa voi suotuisissa oloissa käynnistyä ketjureaktio, jolloin fissiossa vapautuneet neutronit törmäävät muihin atomeihin, ja aiheuttavat uusia fissioita. Näin fissioreaktio pysyy käynnissä kunnes polttoaine loppuu. Näitä alkuaineita kutsutaan fissiileiksi.

Ydinpolttoaineena käytetään yleensä uraaniin fissiiliä isotooppia U-235 tai plutoniumin fissiiliä isotooppia Pu-239. Plutonium tuotetaan keinotekoisesti ydinreaktorilla, mutta uraania louhitaan suoraan luonnosta. Ydinvoimaa mainostetaan täysin päästöttömäksi energiaksi, mutta päästöjä syntyy kun otetaan huomioon kaikki uraanin louhimiseen, kuljettamiseen sekä käsittelemiseen tarvittavat koneet. Ydinpolttoaine ei ole alkuainetta sellaisenaan, vaan se pitää erikseen valmistaa. Uraanista tehdyn polttoaineen tekeminen alkaa uraanikaivoksen perustamisella. Yksi ydinvoimalaitos käyttää tyypillisesti kolmen kuutiometrin verran polttoainetta, jonka saamiseksi täytyy kaivaa 50 000 tonnia uraanimalmia. Luonnonuraani on vain 0.7 prosenttisesti uraanin fissiilistä isotooppia, joten sitä täytyy väkevöittää erilaisissa väkevöintilaitoksissa. Lopputuloksena syntyy alle kuutiosenttimetrin kokoisia nappeja, joista jo yksi nappi riittää tuottamaan noin 10 000 kilowattitunnin edestä sähköä. Napit pinotaan erityisen zirkoniumputken sisälle, putki hitsataan umpeen ja asetetaan muiden putkien kanssa nipuiksi ydinreaktoriin. Ydinpolttoainetta valmistetaan kaupallisesti useissa maissa, muun muassa Ruotsissa, Kiinassa, Ranskassa, Yhdysvalloissa sekä Venäjällä. Ydinpolttoaineen olomuoto ei muutu käytettäessä, vaan se pysyy kokonaisuudessaan voimalaitoksessa polttoainevaihtojen välillä. Kun ydinpolttoaine poistetaan reaktorista, se säteilee voimakkaasti. Ydinpolttoainetta käsitellään vesialtaissa, mikä vaimentaa säteilyn lähes kokonaan. Polttoainetikkuja täytyy säilyttää vesialtaassa useita vuosia, ennen kuin ne voidaan viedä muualle säilöön. Käytetty ydinpolttoaine on mahdollista kierrättää 95 prosenttisesti, mutta esimerkiksi Suomessa kierrätystä ei tehdä, koska laki kieltää käytetyn ydinpolttoaineen maastaviennin ja maahantuonnin.