Fukushima Daiichi -ydinvoimalaitos valmistui vuonna 1971. Kun tsunami iski, 10 metriä korkea aalto vyöryi yli suojavallien, joiden piti estää tulva-aallot.
Perjantaina 11. maaliskuuta Japanin itärannikolla sijaitseva Fukushima I eli Daiichi -voimalaitos koki yhdeksän magnitudin maanjäristyksen.
Ikääntyvä laitos toimi niin kuin sen pitikin. Voimala oli suunniteltu kestämään vain maanjäristyksiä, joiden voimakkuus on Richterin asteikolla 8,2, mutta se kesti myös tämän paljon voimakkaamman järistyksen.
Maanjäristyksessä japanilaisten ydinvoimaloiden on määrä lopettaa toimintansa automaattisesti. Suunnitelmien mukaisesti kuudesta reaktorista käytössä olleissa kolmessa säätösauvat työntyivät polttoainesauvojen väliin.
Säätösauvat pääsivät siten imemään polttoaineen atomiytimien halkeamisessa syntyvät neutronit ja pysäyttämään ketjureaktion.
Fukushima kesti vielä senkin, että maanjäristys katkaisi sen yhteydet pääsähköverkkoon.
Varajärjestelmät takasivat, että jäähdytyspumppujen toiminta jatkui ja kylmää vettä saatiin jäähdyttämään reaktoreita. Luonnonmullistuksesta huolimatta tilanne oli vielä hallinnassa.
Kaikki kuitenkin muuttui, kun maanjäristyksen jälkeen noin kymmenmetrinen tsunamiaaltotuhosi laitoksen varavoimageneraattorit ja merivesipumput. Fukushiman suojavallit oli nimittäin rakennettu kestämään vain 5,7-metrisiä aaltoja.
Tsunamin jälkeen laitos oli ilman sähköä. Valvontatilan valot sammuivat ja vanhojen 1970-luvulta peräisin olevien analogisten laitteiden viisarit osoittivat nollaa.
🎬 Katso, miten tsunami iski Japanin rannikolle
Video: Earthquake Engineering Research Institute
Ainoastaan hämärä hätävalaistus sekä elintärkeät laitteet, kuten reaktorisäiliön painemittari, toimivat hätäakkujen varassa. Seuraavien päivien tapahtumista Fukushimassa on saatu suhteellisen kattavat tiedot japanilaisviranomaisten, voimalaitosyhtiön edustajien ja kansainvälisten asiantuntijoiden lausunnoista.
Niistä käy kuitenkin ilmi, että valvontatilassa työskennelleet operaattorit onnistuivat kaaoksen keskellä suorittamaan oikeita toimenpiteitä, joiden ansiosta kolmen reaktorin ydinten täydellinen sulaminen estettiin.
Japani sijaitsee Tyynenmeren tulirenkaan alueella, jossa tapahtuu 90 prosenttia kaikista maanjäristyksistä.
Näin maailma säästyi neljännesvuosisata aiemmin tapahtuneeseen Tšernobylin onnettomuuteen verrattavalta ydinkatastrofilta.
Fukushimassa kolmen aktiivisen reaktorin polttoaine suli
Tilanne paheni ensin ykkösreaktorissa. Laitoksen reaktorisäiliö oli rakennettu teräksestä, ja sitä ympäröi betonikuori. Säiliössä oli 50 tonnia uraania, joka muutama tunti aiemmin oli vielä tuottanut Japanin verkkoon 460 megawattia sähköä. Vaikka säätösauvat olivat pysäyttäneet ketjureaktion, polttoaine ei ollut ehtinyt jäähtyä.
Polttoainesauvoja piti jäähdyttää, jotta ne eivät olisi kuumentuneet liikaa.
Jopa ilman dieselgeneraattoreita operaattorit onnistuivat pitämään yhden jäähdystyspumpun toiminnassa käyttämällä hyväksi reaktorisäiliön höyryn painetta sekä vara-akkujen sähköä. Johonkin kohtaa jäähdytysjärjestelmää oli kuitenkin tullut vuoto, jonka vuoksi vedenpinta reaktorisäiliössä laski ja samalla polttoaineen lämpötila nousi.
Ydinvoimalan polttoaineena käytetään uraaninappeja, jotka on pinottu zirkoniumia sisältäviin metallilejeerinkisauvoihin, sillä zirkonium ei jarruta niitä neutroneja, jotka pitävät fissioprosessin käynnissä. Kun Fukushimassa reaktiosäiliön lämpötila nousi yli tuhanteen asteeseen, vesihöyry hapetti lejeeringin, jolloin syntyi helposti räjähtävää vetyä.
Kuukauden kuluttua onnettomuudesta Fukushima I -ydinvoimalan työntekijä valvoi kauko-ohjauksisia ajoneuvoja, joilla laitosta siivottiin.
Samaan aikaan joihinkin polttoainesauvoihin tuli reikä, josta sulaa uraania pääsi valumaan säiliön pohjalle. Polttoaineen sulaminen Fukushiman ydinvoimalassa oli alkanut.
Tilanne oli vakava, sillä sulanutta uraania pelättiin kertyvän säiliön pohjalle niin paljon, että fissioprosessi voisi käynnistyä uudelleen.
Ei tiedetä, ehtikö niin käydä, mutta myöhemmin robottien avulla tehdyissä tarkastuksissa kävi ilmi, että polttoaine oli läpäissyt terässäiliön ja sitä oli tippunut betonikuoren pohjalle.
Jos sellaisessa tilanteessa vielä reaktorisäiliön vetyä olisi päässyt betonikuoreen ja vety olisi reagoinut ilman hapen kanssa, olisi syntynyt räjähdys, joka olisi voinut rikkoa betonikuoren.
Jos Fukushimassa olisi käynyt niin, valvontatilan operaattorit olisivat saaneet tappavan säteilyannoksen. Räjähdys olisi myös voinut aiheuttaa radioaktiivisia päästöjä. Aikoinaan Tšernobylissä vaurioituneen grafiittihidasteisen reaktorin betonikuori rikkoontui räjähdyksessä, ja suuri määrä radioaktiivista säteilyä pääsi ympäristöön.
Fukushiman ydinvoimalassa jäähdytyspumput eivät toimineet, joten jäähdytykseen ei voitu käyttää merivettä, vaikka Tyynimeri olikin vain kivenheiton päässä. Operaattorit keksivät kuitenkin käyttää pumppaukseen muutamaa yhä toimivaa paloautoa. Paine ykkösyksikön reaktorisäiliössä oli tällä välin noussut niin korkealle, ettei merivettä voitu pumpata säiliöön.
Lauantaina iltapäivällä laitoksen työntekijät päättivät päästää radioaktiivista höyryä pois reaktorisäiliöstä, jotta kylmää merivettä voitaisiin pumpata polttoainetta jäähdyttämään.
Merivedellä jäähdyttäminen tarkoitti kuitenkin reaktorin tuhoutumista. Lisäksi höyryn mukana pääsi vetyä uloimpaan reaktorirakennukseen, jossa tunti myöhemmin tapahtui räjähdys. Rakennuksen katto rikkoutui, ja neljä työntekijää loukkaantui. Ilmaan pääsi radioaktiivisia aineita.
Reaktorisäiliön betonikuori säilyi kuitenkin ehjänä, joten pahin mahdollinen tilanne onnistuttiin välttämään. Kuvat vaurioituneesta reaktorista levisivät nopeasti ympäri maailmaa, ja tiedotusvälineet seurasivat tilannetta herkeämättä.
Sunnuntaina kolmosreaktorin reaktorisäiliöstä päästettiin höyryä ja reaktoriin pumpattiin merivettä. Maanantaina sielläkin tapahtui räjähdys. Myöhemmin maanantaina merivettä pumpattiin myös kakkosreaktoriin. Sen katto repesi tiistaina sattuneessa räjähdyksessä. Ensimmäistä kertaa saman ydinvoimalaitoksen kolmessa reaktorissa sydämen sulaminen oli käynnistynyt samaan aikaan.
Fukushimassa henkensä vaaransi 50 sankaria
Tiistaiaamuna 15. maaliskuuta sekä kolmos- että nelosreaktoreista nousi savua. Se oli peräisin käytetyn polttoaineen säilytysaltaissa syttyneistä paloista. Altaiden jäähdytysvesi oli höyrystynyt.
Radioaktiivisuuden leviämisen riski oli suuri, sillä altaat sijaitsivat rakennuksen yläosassa ja reaktoria suojaavan betonikuoren ulkopuolella. Paloa yritettiin taltuttaa kaatamalla helikoptereilla vettä reaktoreihin ja samaan aikaan maasta käsin vesitykeillä.
- maaliskuuta: Neljä reaktorirakennusta pahoin vaurioituneina.
Nelosreaktorin palon syttyminen oli yllätys. Reaktori ei ollut ollut maanjäristyksen ja tsunamin sattuessa toiminnassa, ja polttoainesauvat oli siirretty altaaseen, jossa oli 230 tonnia käytettyä polttoainetta. Käytetyt polttoainesauvat ovat yleensä polttoainetta jäähdyttävässä vedessä seitsemän metrin syvyydessä.
Altaan vettä kierrätetään koko ajan, ja sen lämpötila pidetään 40 asteessa.
Kun sähköt katosivat, oli odotettavissa, että altaiden vesi alkaisi höyrystyä. Asiantuntijoiden mukaan veden höyrystymiseen olisi kuitenkin pitänyt kulua jopa kolme viikkoa. Koska vesi höyrystyi jo neljässä vuorokaudessa, oli todennäköistä, että maanjäristys oli vaurioittanut allasta niin, että siitä pääsi vuotamaan vettä.
Käytetyn polttoaineen lämpötilan oli täytynyt olla hyvin korkea, sillä se aiheutti ainakin yhden vetyräjähdyksen, jossa ilmakehään vapautui radioaktiivisuutta.
Käytetyn polttoaineen säilytys muodostaakin turvallisuusriskin, johon on varauduttava aiempaa paremmin, sillä maailman 442 ydinvoimalasta 350:ssa polttoainetta säilytetään samalla tavalla kuin Fukushimassa.
Kun kolmessa reaktorissa sydän oli sulamassa ja kolmos- ja nelosreaktorien käytetyn polttoaineen säilytysaltaasta nousi savua, onnettomuuslaitoksessa oli töissä 50 työntekijää. Heitä alettiin kutsua maailmalla Fukushiman sankareiksi.
Valkoisiin suojapukuihin sonnustautuneena työntekijät ahkeroivat taskulamppujen valossa. Heillä oli hengityslaitteet, jotta he eivät joutuisi vetämään keuhkoihinsa radioaktiivisia aineita. Työntekijät evakuoitiin korkeiden säteilyarvojen vuoksi kaikkiaan neljä kertaa, mutta pian he saivat luvan palata jatkamaan töitä.
Keskiviikkona 16. maaliskuuta Japanin viranomaiset myönsivät, että ydinvoimalaitoksen työntekijöille sallitun 100 millisievertin enimmäisvuosiannoksen noudattaminen oli mahdotonta (Suomessa säteilytyöntekijälle suurin sallittu annos on 50 mSv/vuosi tai 100 mSv/5 vuotta). Fukushima I:n työntekijöiden raja-arvoa nostettiin siksi 250 millisievertiin vuodessa.
Viikko katastrofin jälkeen Kansainvälinen ydinenergiajärjestö (IAEA) julkisti laitoksen työntekijöiden saamat vammat: 35 oli loukkaantunut räjähdyksissä ja paloissa. Yksi oli saanut korkean säteilyannoksen ja hänet oli viety sairaalaan tarkkailuun. 23 henkilöä oli altistunut pienemmille säteilyannoksille. Huhtikuun alussa löydettiin kahden tsunamissa menehtyneen työntekijän ruumiit.
Siivous ja raivaustöihin on osallistunut tähän mennessä 800 ihmistä. He saivat jo muutamassa viikossa enemmän säteilyä kuin he olisivat saaneet vuodessa normaalitilassa olevassa voimalassa. Työntekijöiden suojaaminen säteilyltä onkin yksi Fukushiman onnettomuuden jälkitöiden suurimmista haasteista.
Fukushiman hätäpäästöt mereen oli tietoinen ratkaisu
Japanilaisviranomaisten arvioiden mukaan Fukushima I:n radioaktiiviset päästöt olivat seitsemäsosa Tšernobylin onnettomuuden päästöistä. Ilmakehään päässeen radioaktiivisuuden määrä oli suurin ensimmäisten päivien aikana.Tuolloin tuulet puhalsivat pääosan hiukkasista Tyynellemerelle, jossa laskeuma laimeni vesimassoihin.
Kun tuulen suunta muuttui, asukkaat 20 kilometrin säteellä ydinvoimalasta oli jo ehditty evakuoida. Myöhemmin päätettiin evakuoida kaikki ihmiset 30 kilometrin säteellä onnettomuuslaitoksesta. Mittauksissa on selvinnyt, että radioaktiivisuus keskittyi kaistaleelle, joka ulottui 50 kilometrin päähän. Siltäkin alueelta asukkaat evakuoitiin.
Saastuneella vyöhykkeellä säteilyannoksen arvioidaan ensimmäisen vuoden aikana olevan keskimäärin 20 millisievertiä. Jos ihmisiä ei olisi evakuoitu sieltä, lasten ja nuorten riski saada syöpä olisi kohonnut. Evakuointialueella ja varsinkin ydinvoimalaitoksen lähistöllä on paikoin mitattu jopa yli yhden sievertin vuosiannoksia, mikä jo saattaa johtaa akuuttiin säteilysairauteen.
Elokuun lopussa Japanin viranomaiset ilmoittivat, että kestää ainakin 20 vuotta ennen kuin evakuoidut asukkaat voivat turvallisesti palata asuinseudulleen. Joidenkin asiantuntijoiden mielestä arvio on liian optimistinen.
Fukushimassa radioaktiivisuus johtui pääasiassa cesium–137:stä ja jodi–131:stä, joka on vaarallisinta silloin, kun sitä joutuu hengitysteihin tai kun sitä saadaan ravinnon mukana.
Siksi Japanissa kiellettiin saastuneelta alueelta peräisin olevien vihannesten nauttiminen sekä 20 kilometrin säteeltä voimalasta pyydetyn kalan käyttö. Ensimmäisinä viikkoina suurin huoli oli jodi–131:stä, mutta koska sen puoliintumisaika on vain kahdeksan päivää, radioaktiivisuus laski nopeasti. Cesium–137:n puoliintumisaika sitä vastoin on 30 vuotta, joten radioaktiivisuus säilyy maaperässä vuosikymmenien ajan.
Ydinvoimalaitoksen varastotilat ovat rajalliset, joten saastuneen veden käsittelyssä on jouduttu turvautumaan hätäratkaisuihin.
Fukushiman onnettomuudesta aiheutui myös radioaktiivisia päästöjä mereen. Maaliskuun 15. päivänä kakkosreaktorin betonikuoren alla ollut paineastia räjähti ja betonikuoreen tuli reikä.
Radioaktiivista ainetta pääsi reaktorirakennukseen, jossa oli merivettä. Ainetta kulkeutui turbiinihallin kautta maanalaiseen tilaan, jonka halkeamasta sitä valui mereen. Halkeama saatiin tukittua 6. huhtikuuta.
Ydinvoimalasta ehti valua 520 tonnia voimakkaasti radioaktiivista vettä. Mereen pääsee radioaktiivista ainetta niin kauan kuin onnettomuuslaitosta jäähdytetään pumppaamalla uutta vettä sulaneeseen reaktoriin.
Ydinvoimalaitoksen varastotilat ovat rajalliset, joten saastuneen veden käsittelyssä on jouduttu turvautumaan hätäratkaisuihin. Esimerkiksi huhtikuussa mereen laskettiin 11 500 tonnia heikosti radioaktiivista vettä, jotta maalla sijaitseviin altaisiin saatiin tilaa voimakkaasti radioaktiiviselle vedelle.
Voimalasta mereen joutuneiden jodi- ja cesium-isotooppien vaikutusta meren eliöstöön on vaikeaa arvioida. Cesium–137 on joka tapauksessa pitkäikäi- nen isotooppi, joka rikastuu ravintoketjussa.
Fukushiman jälkityöt kestävät vuosikymmeniä
Huhtikuussa Fukushiman ydinvoimalan omistaja sähköyhtiö TEPCO julkisti suunnitelman, jolla ydinvoimala on tarkoitus saada jälleen hallintaan. Aluksi reaktoreita piti jäähdyttää syöttämällä sinne jatkuvasti uutta vettä.
Seuraava tavoite oli rakentaa suljettu järjestelmä polttoaineen jäähdyttämiseksi sataan asteeseen. Kesäkuussa TEPCO joutui luopumaan suljetun järjestelmän ideasta. Nyt se aikoo puhdistaa ja kierrättää jäähdytysveden. Prosessia varten on rakennettava laitos, joka pystyy käsittelemään yli 100 000 tonnia radioaktiivista vettä.
Reaktorien ympärille on myös pystytetty metallikehikkoja, joihin kiinnitetään väliaikaisia suojapeitteitä. Niiden on tarkoitus estää sadeveden pääsy rakennukseen ja vähentää radioaktiivisuuden pääsyä ilmakehään.
Seuraavaksi rakennukset aiotaan puhdistaa sisäpuolelta. Kolmos ja nelosreaktoreissa, joiden käytetyn polttoaineen altaat vaurioituivat, on vahvasti radioaktiivista ainetta. Kakkosyksikössä taas on vuotava reaktorisäiliö.
Saattaa kulua vuosia, ennen kuin vaurioiden laajuus selviää kokonaan. Yhdysvalloissa 1979 sattuneen Three Mile Islandin onnettomuudessa sulanut polttoaine saatiin pois vasta 14 vuoden jälkeen. Fukushimassakin reaktoriin päästään kurkistamaan vasta vuosien päästä.
Nykyisin maailman ydinvoimaloista 88 sijaitsee tällaisilla seuduilla.
Lisäksi polttoainesauvojen vaihtamiseen käytetyt nosturit ovat tuhoutuneet, joten niiden tilalle pitää rakentaa uudet. Joka tapauksessa jälkityöt kestävät vuosikymmeniä. Onnettomuus on herättänyt keskustelun siitä, voidaanko ydinvoimalaitoksia ylipäätään käyttää seismisesti aktiivisilla alueilla.
Nykyisin maailman ydinvoimaloista 88 sijaitsee tällaisilla seuduilla. Joka tapauksessa järistysherkillä alueilla sijaitsevien ydinvoimaloiden turvallisuus on tutkittava ja mahdollisesti sitä on parannettava.
Jo elinkaarensa päässä ollut Fukushima I olisi voinut selviytyä maanjäristyksestä, mutta sitä seurannut tsunami oli niin voimakas, ettei sellaista ollut suunnittelussa osattu huomioida. Japanin luonnonmullistus osoittikin, että nykyisin käytössä olevat ydinvoimaloiden turvallisuusmääräykset on arvioitava uudelleen ja riskejä on pohdittava tarkemmin myös yksittäisten reaktorien kannalta.
Jos Fukushiman onnettomuuden yhteydessä voidaan puhua onnesta, niin onni oli se, että kolme kuudesta reaktorista oli suljettuna, kun aalto vyöryi vallien yli.