Elokuun 28. päivänä 2003 Gremihan laivastotukikohdasta Kuolan niemimaalta lähdettiin hinaamaan K-159-sukellusvenettä. 107 metriä pitkän ydinsukellusveneen runkoon oli kiinnitetty neljä suurta ponttonia, joiden varassa ruostunut kylmän sodan veteraani piti viedä Murmanskiin romutettavaksi.
Kaksi päivää myöhemmin hinaaja ja sukellusvene joutuivat myrskyn kouriin Kildinin saaren tienoilla Barentsinmerellä. Aallot olivat nelimetrisiä, ja tuulen nopeus oli 17 metriä sekunnissa. Kovassa merenkäynnissä ponttonit irtosivat sukellusveneen keulasta ja sisään pääsi vettä. Sukellusvene ja yhdeksän miehistön jäsentä päätyivät merenpohjaan 246 metrin syvyyteen.
K-159:ssä oli edelleen paikoillaan sen moottoria pyörittävä ydinreaktori täynnä radioaktiivista ydinpolttoainetta. Eikä K-159 ole ainoa radioaktiivinen hylky Jäämeressä.
Vuonna 1982 Novaja Zemljan rannikon edustalle upotettiin toinen käytöstä poistettu ydinsukellusvene, K-27. Sen hylky lojuu noin 30 metrin syvyydessä.
Lisäksi Jäämeren pohjassa makaavat kolmen muun ydinsukellusveneen – K-11:n, K-19:n ja K-140:n – ja ydinvoimalla toimineen jäänmurtaja Leninin ydinreaktorit.
Sukellusveneiden hylyt muodostavat noin 90 prosenttia pohjoisten merialueiden radioaktiivisista aineista. K-159:n ja K-27:n sisältämä säteilymäärä on yhteensä neljäsosa siitä, mikä pääsi ympäristöön kuukaudessa Fukushiman ydinvoimalaonnettomuudessa Japanissa vuonna 2011.
Vuosien mittaan merivesi on syövyttänyt sukellusveneiden rakenteita, ja radioaktiiviset aineet uhkaavat päästä mereen. Jos niin käy, edessä voi olla samanlainen ympäristökatastrofi kuin Fukushimassa.
Säteily tekisi pahaa jälkeä Jäämeren luonnossa. Siksi Venäjä on – Norjan avustuksella – käynnistämässä pelastusoperaatiota. Tavoitteena on nostaa K-159 ja K-27 pintaan ja kuljettaa ne maihin. Ydinpolttoaine on määrä ottaa talteen ja hylyt romuttaa.
Ydinvoimala sukellusveneessä
Ydinsukellusvene saa voimansa ydinreaktorista, joka on oikeastaan ydinvoimala pienoiskoossa. Siinäkin ydinreaktorissa tapahtuu uraanipolttoaineessa fissioreaktio, joka tuottaa lämpöä ja säteilyä. Lämpö kuumentaa vettä tai nestemäistä metallia, joka ohjataan putkistossa höyrystimeen.
Siellä lämpö muuttaa vettä vesihöyryksi, joka pyörittää generaattorin turbiinia. Generaattori tuottaa sähköä, jolla käytetään sukellusveneen moottoria.
Ydinreaktorit yleistyivät sotilassukellusveneiden voimanlähteenä 1950-luvulla. Siihen asti niissä käytettiin dieselmoottoreita. Nykyään maailman merissä kulkee noin 200 ydinkäyttöistä sukellusvenettä.
Ydinvoiman etu sukellusveneissä on se, että ydinreaktori ei tarvitse happea kuten dieselmoottori. Siksi dieselkäyttöisten sukellusveneiden on noustava säännöllisin – yleensä muutaman päivän – välein pintaan ottamaan ilmaa.
Barentsinmeressä ja Karanmeressä lojuu noin 18 000 erilaista radioaktiivista kohdetta. Mustat pisteet ovat sukellusveneitä, keltaiset nestemäisiä ydinjätteitä ja oranssit kiinteitä ydinjätteitä.
Pinnalle nousu vie aikaa ja sotatilanteessa myös altistaa vihollisen hyökkäyksille. Ydinsukellusveneen ei tarvitse nousta pinnalle kuin noutamaan tarvikkeita miehistölle.
Ydinsukellusveneisiin liittyy kuitenkin toinen vaara. Jos ydinpolttoainetta pääsee reaktorin suojakilven ulkopuolelle, seuraukset voivat olla katastrofaaliset.
Kylmän sodan päättymisen jälkeen maailman meriin on uponnut seitsemän venäläistä ydinsukellusvenettä. Ehkä kuuluisin haveri on Kursk-sukellusveneen uppoaminen vuonna 2000. Sen mukana menehtyi 118 miehistön jäsentä. Kurskin hylyn nostaminen oli suuri mediatapahtuma syksyllä 2001.
Miniydinvoimala liikuttaa sukellusvenettä
Uponneiden K-27- ja K-159-sukellusveneiden voimanlähteenä oli uraani. Niissä oli samanlainen fissioreaktori kuin ydinvoimaloissa.
Fissioreaktorissa energiaa syntyy, kun uraaniatomit halkeavat. Reaktio ei tarvitse happea, ja siksi sukellusvene voi olla pinnan alla pitkään.
Uraanin halkeaminen vapauttaa energiaa
Kun uraaniatomi halkeaa, vapautuu energiaa lämpönä ja gammasäteilynä. Lämpö kuumentaa vettä tai nestemäistä metallia, joka kiertää reaktoria ympäröivissä putkissa.
Lämpö käyttää höyrystintä
Kuuma neste kulkee höyrystimeen, joka reaktorin tavoin sijaitsee paksun metallikilven suojassa. Höyrystimessä kuumennetaan vettä vesihöyryksi.
Turbiini pyörittää moottoria
Höyrystymisen vesihöyry johdetaan turbiiniin, joka pyörittää sähkömoottoria ja sitä kautta sukellusveneen potkuria. Samalla tuotetaan sähköä sukellusveneen eri laitteisiin.
Höyry nesteytetään ja käytetään uudestaan
Turbiinin jälkeen vesihöyry kulkee lauhduttimeen, jossa se jäähtyy ja muuttuu taas nesteeksi. Neste pumpataan takaisin höyrystimeen, ja prosessi voi alkaa taas alusta.
Säteily voi tuhota luontoa
Sekä K-27:n että K-159:n hylkyjä on kuvattu sukellusrobottien kameroilla muun muassa Norjan ja Venäjän yhteisoperaatiossa vuonna 2012. Kuvat näyttivät, että alusten rungot ovat vielä suhteellisen hyvin kasassa, mutta niissä on haurastumisen merkkejä, mikä huolestuttaa tutkijoita ja viranomaisia.
Norjan säteilysuojaviranomainen julkaisi vuonna 2017 tutkimusraportin K-159:stä. Sen mukaan on olemassa riski, että ydinreaktoriin pääsee vettä. Tästä seuraisi raportin mukaan hätätilanne.
🎬 Sukella katsomaan sukellusvene K-27:n hylkyä
Sukellusrobotti kuvasi K-27:n hylkyä vuonna 2012. Hylky sijaitsee noin 30 metrin syvyydessä Novaja Zemljan saaren lähistöllä.
Venäläiset ovat päättäneet ryhtyä toimeen. Molemmat sukellusveneet on määrä noutaa pois merenpohjasta. Se ei ole halpaa. Hinnaksi on arvioitu 200 miljoonaa euroa.
Toimeen pitää ryhtyä pian, jotta sukellusveneiden ydinreaktorien radioaktiiviset aineet eivät pääse ympäristöön. Jos niin kävisi, seurauksena voisi olla ympäristökatastrofi Karanmeressä ja Barentsinmeressä.
Ne ovat tärkeä elinympäristö jääkarhuille, valaille ja monille muille lajeille, mutta sen lisäksi ne ovat myös taloudellisesti merkittävä kalastusalue, missä on maailman suurimpiin kuuluvat silli-, turska- ja villakuorekannat. Radioaktiiviset saasteet voivat siis päätyä myös lautaselle.
Radioaktiiviset aineet, kuten cesium-137- ja strontium-90-isotoopit, ovat vesiliukoisia, ja ne voivat päätyä kasviplanktoniin, jota eläinplanktonin äyriäiset syövät. Kalat taas syövät eläinplanktonia, ja lopulta radioaktiiviset aineet kulkeutuvat ihmisen ruokakaloihin.
Mitä ylemmäs ravintoketjussa mennään, sitä suurempi määrä radioaktiivista ainetta eläimiin kertyy.
Tämä ilmiö on nimeltään bioakkumulaatio. Isoissa petokaloissa radioaktiivisuus voi olla suorastaan terveydelle vaarallista.
Ydinjätteet päätyvät lautaselle
Radioaktiivisia aineita pääsee meriin
Jos ydinreaktorin polttoainetta pääsee mereen, merivirrat voivat kuljettaa sitä tuhansia kilometrejä. Ydinpolttoaine sisältää muun muassa cesium-137:ää, joka sitoutuu kloridiin (Cl–) ja liukenee veteen samalla tavalla kuin tavallinen ruokasuola (NaCl).
Radioaktiivisia aineita kertyy planktoniin
Meriveteen liuennut cesium-137 kulkeutuu planktoniin eli vedessä vapaana leijuviin eliöihin. Ensin kasviplankton, kuten syanobakteerit ja viherlevät, sitoo cesium-137:ää vedestä. Sitten eläinplankton, kuten äyriäiset, syö kasviplanktonia.
Radioaktiivisuus kasvaa ravintoketjussa
Plankton on pikkukalojen ravintoa. Isot kalat taas syövät pikkukaloja. Kun kaloihin kertyy radioaktiivista ainetta enemmän kuin elimistö ehtii poistaa, aineen määrä kasvaa ravintoketjussa vaihe vaiheelta. Tätä kutsutaan bioakkumulaatioksi.
Radioaktiivinen kala päätyy ihmisen ruoaksi
Kun radioaktiivisten aineiden määrä kalassa ylittää tietyn raja-arvon, kala voi olla ajan mittaan vaarallista ihmiselle, jos sitä syödään paljon. Radioaktiiviset aineet tuottavat niin sanottua ionisoivaa säteilyä, joka voi aiheuttaa muun muassa syöpää.
Radioaktiivinen säteily on ionisoivaa. Se tarkoittaa sitä, että säteilyn energia irrottaa atomeista elektroneja ja muuttaa atomit ioneiksi. Silloin elimistössä voi syntyä solumuunnoksia ja syöpää. Jos sukellusveneet pääsevät saastuttamaan ympäristönsä, voi olla, että Barentsinmeren ja Karanmeren kalaa ei voida käyttää ihmisravinnoksi.
Vesi voi käynnistää ketjureaktion
K-159 päätyi merenpohjaan onnettomuuden seurauksena. K-27 sen sijaan upotettiin tarkoituksella. Jäämereen on upotettu muutakin ydinjätettä. Kaiken kaikkiaan Barentsinmeressä ja Karanmeressä on arviolta 18 000 radioaktiivista kappaletta. K-27:ää pidetään kuitenkin todennäköisimpänä radioaktiivisen vuodon lähteenä.
K-27:ssä on kaksi reaktoria, joissa on polttoaineena rikastettua uraania. Reaktorien jäähdytysjärjestelmä on poikkeuksellista tyyppiä, jossa veden sijaan käytetään nestemäistä metallia.
Pahimmassa tapauksessa K-27:n reaktorit voivat aiheuttaa onnettomuuden, jonka seurauksena ympäristö saastuu yhtä pahasti kuin Tšernobylissä tai Fukushimassa.
Tutkijat ovat käyneet läpi erilaisia mahdollisia uhkia, joita K-27:ään liittyy. Heidän päätelmänsä on se, että jos reaktoriin pääsee merivettä, voi käynnistyä ketjureaktio, jonka seurauksena radioaktiivista ainetta kulkeutuu suuria määriä paitsi mereen myös ilmakehään.
Vesi toimii niin sanottuna neutronihidastimena, joka voi lisätä reaktorin aktiivisuutta. Tällainen ketjureaktio voi syntyä, jos reaktoriin pääsee 5–6 litraa vettä tyyrpuurin puolelta eli aluksen oikealta puolelta perästä katsottuna ja 18–20 litraa paapuurin puolelta.
Venäjän valtion ydinenergiayhtiö Rosatom tutkii erilaisia keinoja sukellusveneiden nostamiseksi. Kun Kursk-ydinsukellusveneen hylky nostettiin vuonna 2001, apuna oli alankomaalainen Mammoet-yhtiö.
Sama yhtiö asensi vuonna 2016 Ukrainassa Tšernobylin ydinvoimalan rikkoutuneen nelosreaktorin päälle 110 metriä korkean ja 36 000 tonnia painavan terässuojan.
Katamaraani nostamaan hylkyjä
Tieteen Kuvalehti ei saanut Rosatomilta tietoa tarkoista suunnitelmista sukellusveneiden nostamiseksi. Venäläisten medioiden, muun muassa uutistoimisto TASSin, tietojen perusteella todennäköisin ratkaisu näyttää kuitenkin olevan katamaraanin kaltainen kaksirunkoinen erikoisalus.
137 metriä pitkässä nostoaluksessa olisi 14 tarttumakouraa hylyn nostamista varten.
Tarttumakourat lasketaan vaijereilla pohjaan. Kun ne ovat saaneet otteen sukellusveneen rungosta, hylky nostetaan pinnan tuntumaan. Tarttumakouria on monta, jotta niillä voidaan tukea runkoa niin, että se ei katkea noston aikana.
Kun sukellusveneen hylky on saatu lähelle pintaa, sen viereen tuodaan erillinen kuljetusalus, jonka kannen korkeutta voidaan säätää niin, että se on veden pinnan alla. Kansi lasketaan niin syvälle, että alus voi uida sukellusveneen alle.
Kun kuljetusalus on sukellusveneen alla, nostoalus siirtyy sivuun ja kuljetusaluksen runkoon pumpataan ilmaa niin, että sen kansi nousee ja tuo mukanaan sukellusveneen pinnan yläpuolelle. Kuljetusalus vie sitten sukellusveneen satamaan, missä sen radioaktiiviset aineet otetaan talteen.
Uusia ydinvoimaloita merille
Jäämeren puhdistaminen ydinjätteistä on pitkä urakka. Venäläinen sotilasalan uutistoimisto Interfax-AVN kertoi vuonna 2020 Rosatomin asiantuntijoiden haastattelujen pohjalta, että sukellusveneiden hylkyjen nostaminen Jäämerestä kestää 2030-luvulle asti. Asialla alkaa olla kiire.
Venäläinen ydinenergian tutkimus- ja kehityslaitos Kurtšatov-instituutti arvioi vuonna 2014, että K-159:n reaktorin suojakilpi voi kestää 30 vuotta, mutta pahimmassa tapauksessa se puhkeaa jo kymmenen vuoden kuluessa.
Samaan aikaan Venäjä on lähettänyt merille lisää ydinvoimaloita. Vuonna 2018 lähti Pietarista neitsytpurjehdukselleen kelluva ydinvoimalaitos Akademik Lomonosov.
Se kulki Suomenlahden ja Itämeren poikki Pohjanmerelle ja sieltä Murmanskiin. Ydinvoimala on sijoitettu 144 metriä pitkään kuljetusalukseen.
Akademik Lomonosovissa on kaksi painevesireaktoria, joiden kummankin teho on 35 megawattia. Niillä voidaan tuottaa sähköä ja lämpöä tuhansille kotitalouksille.
Kelluvaa ydinvoimalaa on tarkoitus siirrellä Venäjän Jäämeren rannikolla sen mukaan, missä energian tarve kulloinkin on suurin.
Ympäristöjärjestö Greenpeace on kuvaillut Akademik Lomonosovia jäissä kulkevaksi Tšernobyliksi. Venäläistutkijat sen sijaan juhlivat sitä tekniikan ihmeenä, joka vähentää hiilivoiman tarvetta Venäjän pohjoisrannikon asutuskeskuksissa.