Uraania louhitaan kaivoksista ympäri maapalloa. Suurimmat uraanikaivokset ovat Australiassa ja Kanadassa. Suomessa uraanin hankinnasta vastaava Teollisuuden voima käyttää luotettavia toimijoita ja on hyvin tarkka siitä, keneltä se uraanin hankkii. Polttoaineena käytetty uraani pakataan noin senttimetrin kokoisiksi pelleteiksi. Pelletit kootaan sauvoiksi, jotka upotetaan reaktorissa veteen.

Ydinvoimalaitos on lämpövoimalan kaltainen voimala. Energiantuotanto perustuu veden höyrystämiseen. Veden höyrystäminen ei tapahdu ainetta polttamalla, vaan fissioreaktioiden kautta. Fissioreaktioissa vapautuva energia ilmenee tytärydinten liike-energiana, joka törmäysten myötä jakautuu tasaisemmin polttoaineen ympärillä olevan veden vesimolekyylien liike-energiaksi. Tästä seuraa veden lämpeneminen. Jotta ketjureaktio syntyy, uraaniytimiin kohdistuneilla neutroneilla on oltava sopiva nopeus. Tämä tarkoittaa, että neutroneja on hidastettava. Hidastamiseen käytetään vettä. Ydinreaktioiden lukumäärää hallitaan myös säätösauvoilla. Säätösauvojen tarkoitus on absorboida neutroneita, jotta reaktioiden lukumäärä pysyy sopivan suuruisena. Lämmennyt vesi höyrystyy, tai se suuripaineisena höyrystää sekundäärikierrossa olevaa vettä. Höyry pyörittää turbiinia, joka generaattorissa tuottaa sähköä sähkönjakeluverkkoon. Ydinvoimaloissa vettä käytetään myös jäähdyttimenä. Vesi jäähdyttää voimalakierrossa olevan veden uudelleenhöyrystettäväksi.

Video: Ydinvoimalan toimintaperiaate (BBC Studios)

Video: Hyvä tietää ydinvoimasta (Ydinreaktioita)

Ydinvoiman käyttö jakaa mielipiteitä. Ydinvoiman etu on vähäinen ympäristön kuormitus fossiilisiin polttoaineisiin verrattuna: ydinvoimalassa ei polteta mitään, joten se ei tuota hiilidioksidia. Siten ydinvoiman käyttö hillitsee ilmastonmuutosta. Toinen etu on sähköntuotannon edullisuus. On kuitenkin olemassa tekijöitä, jotka ovat hidastaneet ydinvoiman yleistymistä valtavirran energianlähteeksi. Voimalaitosten rakentaminen on hidasta ja kallista, ja niiden hyödyntäminen vaatii tietotaitoa käyttäjiltä. Ennen kaikkea ydinvoiman haasteet liittyvät radioaktiivisen aineen säteilyyn ja sen luomiin negatiivisiin mielikuviin.

Fissioreaktioissa syntyy radioaktiivista ainetta, jota ei voida enää hyödyntää. Aine on ydinjätettä. Myös uraanimalmin louhinnassa ja käsittelyssä ydinpolttoaineeksi syntyy ydinjätettä, mutta näissä vaiheissa jätteen määrät ovat vähäisiä fissioreaktiojätteisiin verrattuna. Radioaktiivinen aine voi säteillä ympäristöön niin hiukkassäteilyä kuin gammasäteilyä. Säteily on ionisoivaa ja tuhoaa soluja. Se voi saada aikaan solujen mutaatioita, jotka eivät välttämättä korjaannu.

Radioaktiiviselta aineelta ja sen synnyttämältä säteilyltä pyritään suojautumaan mahdollisimman hyvin. Ydinvoimalat rakennetaan siten, että ydinpolttoaineen liika kuumeneminen ja sulaminen estetään tai että vaarallinen radioaktiivinen aine ei pääse leviämään ympäristöön esimerkiksi veden kiertokulkuun. Ydinvoimalaonnettomuuksia on kuitenkin tapahtunut muutamia, joista vakavimmat ovat olleet Tšernobylin (1986) ja Fukushiman (2011) onnettomuudet.

Vaikka ydinonnettomuuksilta vältyttäisiin, fissioreaktioissa syntyvän ydinjätteen loppusijoitus on ratkaistava. Ydinjätettä on varastoitu väliaikaisiin varastoihin, mutta loppusijoituksia ei ole tehty. Ydinjäte koostuu eri alkuaineiden isotoopeista, joiden puoliintumisaika ulottuu miljooniin vuosiin. Ydinjätteeseen liittyvien onnettomuuksien kannalta merkittävin ajanjakso on kuitenkin välittömästi jätteen syntymisen jälkeen, kun aineen aktiivisuus on korkeimmillaan. Vaikka jätteen hajoamisreaktioissa ei vapaudu riittävästi energiaa, jotta sitä voisi käyttää polttoaineena, jäte lämpenee jonkin verran, ja sitä pitää jäähdyttää. Muutamien kymmenien vuosien kuluessa aktiivisuus laskee tasolle, jolla jäte ei enää lämpene merkittävästi, ja loppusijoitus voidaan tehdä. Loppusijoitus on tehtävä paikkaan, josta ei aiheudu haittaa ihmisille, eläimille tai ympäristölle. Suomessa loppusijoitus tehdään Olkiluodon ydinvoimalan läheisyyteen peruskallioon neljänsadan metrin syvyyteen. Alla olevassa kaaviokuvassa on esitelty Olkiluodon korkea-aktiivisen ydinjätteen loppusijoitustila, Onkalo.

Ydinjäte eristetään ympäristöstään usealla eri tavalla. Se kapseloidaan ja ympäröidään betonilla, minkä lisäksi kallio suojaa säteilyä leviämästä loppusijoituspaikasta muualle. Eristystapoja on useita sisäkkäisiä, jolloin yhden tavan pettäminen ei aiheuta ydinjäteonnettomuutta. Ydinjäte pakataan alla olevassa kuvassa olevaan loppusijoituskapseliin. Ydinjätteen loppusijoitusta ei kuitenkaan ole tarkoitus tehdä sellaiseksi, että pääsy loppusijoituspaikkaan estetään täysin. Tulevaisuudessa voi olla käytössä tekniikkaa, jolla ydinjätteen hävittäminen tai uusiokäyttö on mahdollista.

Tarkemmin ydinjätteen loppusijoituksesta on kerrottu Posivan sivuilla. Posiva on asiantuntijaorganisaatio, joka vastaa Suomessa ydinjätteen loppusijoituksesta. Suomi on ydinjätteen loppusijoituksen suunnittelussa ja valmistelussa edelläkävijävaltio. Loppusijoituksen on tarkoitus alkaa Suomessa 2020-luvulla, ja Olkiluodon Onkalo-loppusijoituslaitoksen viimeistelytyöt ennen käyttöönottoa ovat parhaillaan käynnissä.

Kapseleissa kallioon (Posiva)