pienoiskuva|upright=1.1|Fukushiman ydinvoimalan sijainti Japanissa Fukushiman ydinvoimalaonnettomuus () oli sydämen sulamisonnettomuus kolmessa ydinreaktorissa Japanin itärannikolla, 250 kilometriä Tokiosta pohjoiseen. Onnettomuuden aiheutti 11. maaliskuuta 2011 tapahtunut Tōhokun maanjäristys ja sitä seurannut tsunami. Fukushima Daiichi -ydinvoimalan reaktorit 1, 2 ja 3 olivat pysähtyneet automaattisesti maanjäristyksen seurauksena. Maanjäristys vahingoitti sähkölinjoja, ja voimalaitos menetti yhteyden Japanin sähköverkkoon. Sen jälkeen laitos tuotti sähköä jäähdytysjärjestelmille dieselgeneraattoreilla. Noin 50 minuuttia myöhemmin tsunami tuhosi dieselgeneraattorit, ja voimalaitos jäi yli viikoksi kokonaan ilman sähköä. Yksi kerrallaan laitoksen jäähdytysjärjestelmät pysähtyivät. Kolmen reaktorin sydämessä polttoaine ylikuumeni ja lopulta suli. Radioaktiivisia aineita vapautui reaktorin polttoaineesta suojarakennukseen ja myöhemmin sieltä ympäristöön.
Onnettomuus luokiteltiin seitsenportaisella INES-asteikolla korkeimpaan luokkaan 7. Se oli maailman toiseksi pahin ydinonnettomuus Tšernobylin onnettomuuden jälkeen. Noin 30 kilometrin säteeltä voimalaitoksen ympäriltä evakuoitiin noin 163 000 henkilöä. Suojelutoimenpiteiden ansiosta ihmisten saamat säteilyannokset jäivät vähäisiksi. Toisaalta itse evakuointi aiheutti kuolemantapauksia. Suoria säteilyn haittavaikutuksia ei ole havaittu. WHO:n arvion mukaan säteilyaltistus saattaa hieman lisätä eniten altistuneiden ihmisten ja laitoksen työntekijöiden syöpäriskiä. Riskin kasvu on kuitenkin niin pieni, että sitä ei voida tilastollisesti havaita syöpään sairastuneiden lukumäärässä.
Fukushima Daiichi -voimala
Daiichi tarkoittaa japanin kielellä ensimmäistä, joten Fukushima I -voimalasta käytetään nimeä Fukushima Daiichi. 11 kilometriä etelämpänä sijaitsee Fukushima II -voimala eli Fukushima Daini. Siellä ei tapahtunut onnettomuutta.
Fukushima Daiichi -voimalassa oli kuusi kiehutusvesireaktoria, jotka oli suunnitellut yhdysvaltalainen General Electric. Onnettomuuden aikaan reaktorit 1–3 olivat käytössä ja reaktorit 4–6 olivat pysäytetty vuosihuoltoa varten. Laitoksen omistaa Tepco (Tokyo Electric Power Company). Samantyyppisiä reaktoreita on Yhdysvalloissa 23 kappaletta. Espanjan Burgosissa oli myös samantyyppinen reaktori, mutta se suljettiin joulukuussa 2012. 1960-luvulla suunniteltujen reaktoreiden heikkouksia ja jäähdytysjärjestelmiä oli kritisoitu jo vuonna 1972. +Fukushima Daiichi -voimalan kuusi reaktoria.Daiichi 1Daiichi 2Daiichi 3Daiichi 4Daiichi 5Daiichi 6Kaupallisen toiminnan aloitusvuosi197119741976197819781979Nettosähköteho (megawattia)4397607607607601067
Tapahtumien kulku Maanjäristys ja tsunami
11. maaliskuuta 2011 kello 14.46 Japanin aikaa tapahtui suuri, magnitudin 9,0 maanjäristys meren alla Japanin itärannikolla. Maanjäristys laukaisi reaktoreissa automaattisen pikasulun, joka pysäytti ketjureaktion. Ydinreaktori tarvitsee kuitenkin jäähdytystä vielä sammuttamisen jälkeen, koska reaktorissa olevat radioaktiiviset fissiotuotteet hajoavat ja tuottavat jälkilämpöä.
Maanjäristys vahingoitti sähkölinjoja, ja voimalaitos menetti yhteyden Japanin sähköverkkoon. Laitoksella oli tällaista tilannetta varten 13 dieselgeneraattoria, jotka käynnistyivät automaattisesti ja tuottivat sähköä jäähdytysjärjestelmille. Tässä vaiheessa tilanne oli vielä hallinnassa.
Maanjäristys aiheutti suuren, korkeudeltaan 14–15-metrisen tsunamin, joka osui Fukushiman laitosalueelle noin 50 minuuttia järistyksen jälkeen. Maanpinta oli laitosalueella kymmenen metriä merenpinnan yläpuolella, joten tsunami hukutti alueen yli neljä metriä veden alle ja tuhosi dieselgeneraattorit, jotka oli sijoitettu turbiinirakennusten kellareihin. Kuutosyksiköllä yksi generaattori pysyi toiminnassa, koska se oli sijoitettu korkeammalle. Vesi tuhosi myös laitosten sähköjärjestelmät, joten myöhemmin paikalle tuotuja siirrettäviä generaattoreita ei saatu yhdistettyä hätäjäähdytysjärjestelmiin. pienoiskuva|upright|Fukushima Daiichi -voimala ilmakuvassa vuonna 1975, jolloin kuudes reaktori oli vielä rakenteilla.
Fukushima Daiichi 1 Ykkösyksikkö oli varustettu kahdella eristyslauhduttimella, joilla voidaan jäähdyttää reaktoria passiivisesti ilman sähkövirtaa. Lauhduttimessa on vesiallas, johon on upotettu lämmönvaihdin. Kun venttiilit avataan, kuuma höyry virtaa reaktorista putkea pitkin lämmönvaihtimeen, jossa se jäähtyy ja lauhtuu vedeksi. Vesi virtaa toista putkea takaisin reaktoriin ja jäähdyttää sitä. Maanjäristyksen jälkeen Fukushiman työntekijät avasivat ja sulkivat eristyslauhduttimien venttiilejä ja siten säätelivät reaktorin jäähdytystä. Tsunamin saapuessa lauhduttimen venttiilit sattuivat olemaan kiinni. Venttiilien avaamiseen tarvitaan sähköä, joten sähkökatkoksen jälkeen eristyslauhdutinta ei saatu enää toimimaan, koska venttiilien avaaminen ei onnistunut.
Kun eristyslauhdutin lakkasi toimimasta, ykkösreaktoria ei enää saatu jäähdytettyä. Jälkilämpö alkoi kiehuttaa vettä pois reaktorista. Noin kolme tuntia maanjäristyksen jälkeen vedenpinnan korkeus reaktorissa oli laskenut polttoainesauvojen yläosan tasolle, ja reaktorin sydän alkoi ylikuumentua. Polttoainesauvojen suojakuoret oli tehty zirkoniumista, joka reagoi kuumentuneena kemiallisesti vesihöyryn kanssa tuottaen vetyä ja lämpöä. Tämä kiihdytti reaktorin sydämen kuumenemista, kunnes se alkoi sulaa. Reaktoria yritettiin jäähdyttää pumppaamalla vettä paloautoilla, mutta työ keskeytyi monta kertaa, koska veden kuljettaminen rakennuksen lähelle oli vaikeaa tsunamin ja maanjäristyksen jälkeisissä olosuhteissa.
Reaktori oli sijoitettu paineenkestävään suojarakennukseen, jonka tehtävä oli estää radioaktiivisten aineiden pääsy ympäristöön onnettomuustilanteissa. Kun vesi kiehui reaktorissa, höyry purkautui suojarakennukseen, jolloin sen sisäinen paine alkoi kasvaa. Estääkseen suojarakennuksen rikkoutumisen ylipaineen takia työntekijät avasivat paineenalennusventtiilit iltapäivällä 12. maaliskuuta, noin vuorokausi maanjäristyksen jälkeen. Venttiilien kautta päästettiin höyryä ulos suojarakennuksesta ja sen painetta saatiin alennettua. Samalla ympäristöön pääsi kuitenkin radioaktiivisia fissiotuotteita, jotka olivat vapautuneet sulaneista polttoainesauvoista.
Noin 25 tuntia maanjäristyksen jälkeen, 12. maaliskuuta kello 15.36 tapahtui suojarakennuksen ulkopuolella ykkösyksikön reaktorirakennuksessa vetyräjähdys. Räjähdyksen taustalla oli suojarakennuksen korkean paineen takia sen ulkopuolelle vuotanut vety, joka oli sekoittunut reaktorirakennuksen ilman kanssa muodostaen räjähtävän seoksen. Vetyräjähdys ei vahingoittanut suojarakennusta, mutta se tuhosi reaktorirakennuksen ylimmän kerroksen. Räjähdyksessä loukkaantui viisi työntekijää.
Vuonna 2015 ykkösyksikön tilannetta tutkittiin myoniradiografialla. Kuvien perusteella näytti, että suurin osa reaktorin polttoaineesta oli sulanut ja valunut joko paineastian pohjalle tai, jos paineastia on sulanut puhki, suojarakennuksen lattialle.
Fukushima Daiichi 2 Maanjäristyksen jälkeen kakkosreaktorin jäähdytys hoidettiin RCIC-järjestelmällä (Reactor Core Isolation Cooling). Kun jälkilämpö kiehuttaa vettä reaktorissa, syntyvä höyry virtaa RCIC-turbiinin läpi suojarakennukseen. Samalla akselilla turbiinin kanssa on pumppu, joka pumppaa jäähdytysvettä reaktoriin. Koska RCIC-järjestelmä tarvitsee sähköä vain säätöventtiilien ohjaukseen, se jatkoi toimintaansa tsunamin jälkeen, vaikka kaikki sähköt olivat poikki.
Kakkosreaktorin onnettomuus eteni hitaammin kuin ykkös- ja kolmosreaktoreilla. Lähes kolme vuorokautta maanjäristyksen jälkeen 14. maaliskuuta kello 13 havaittiin, että vedenpinnan korkeus kakkosreaktorissa oli alkanut laskea. RCIC-järjestelmä oli toiminut siihen saakka itsestään ilman sähköä. Työntekijät yrittivät pumpata jäähdytysvettä reaktoriin palovesipumpuilla, mutta aluksi se ei onnistunut, koska reaktorin paine oli liian korkea. Työntekijät saivat avattua reaktorin paineenalennusventtiilin, ja samana päivänä noin kello 20 aloitettiin meriveden pumppaaminen kakkosreaktoriin paloautoilla.
Kuuden aikaan aamulla 15. maaliskuuta laitosalueella kuultiin voimakas räjähdys. Samoihin aikoihin kakkosyksikön suojarakennuksen yksi painemittari oli lakannut toimimasta, mistä aluksi pääteltiin, että kakkosyksiköllä oli tapahtunut räjähdys. Myöhemmin kuitenkin havaittiin, että räjähdysääni olikin tullut nelosyksikön reaktorirakennuksesta. Kakkosyksiköllä ei tapahtunut vetyräjähdystä mahdollisesti siksi, että reaktorirakennuksen seinässä oleva luukku oli auennut ja vety pääsi poistumaan sen kautta.
Ykkösyksikön tavoin kakkosreaktorista suojarakennukseen purkautunut höyry nosti suojarakennuksen painetta. Estääkseen suojarakennuksen rikkoutumisen ylipaineen takia työntekijät yrittivät avata sen paineenalennusventtiilejä, mutta tämä ei onnistunut. Työskentely korkeassa säteilytasossa ilman sähköä ja valoa oli vaikeaa. Aamulla 15. maaliskuuta havaittiin höyryn nousevan kakkosyksikön reaktorirakennuksesta. Samalla säteilyn annosnopeus laitosalueella nousi. Taustalla oli todennäköisesti kakkosyksikön suojarakennuksen rikkoutuminen ylipaineen vaikutuksesta. Höyry ja radioaktiiviset fissiotuotteet pääsivät rikkoutuneesta suojarakennuksesta reaktorirakennukseen ja sieltä ympäristöön.
Vuonna 2016 kakkosyksikön tilannetta tutkittiin muiden tapaan myoniradiografialla. Kuvien perusteella näytti siltä, että suurin osa polttoaineesta oli sulanut ja valunut paineastian pohjalle. Vuonna 2017 suojarakennukseen reaktorin alapuolelle työnnettiin kamera. Reaktorin alapuolella on metalliritilästä tehtyjä kävelytasoja huoltotöitä varten. Kuvien perusteella osa näistä ritilätasoista on romahtanut. Ritilätasojen päällä näkyy materiaalia, joka näyttää sulaneelta ja uudelleen jähmettyneeltä polttoaineelta, joka on purkautunut suojarakennukseen hajonneesta reaktorin paineastiasta. Materiaalista ei saatu näytettä, josta olisi voitu analysoida, onko se uraania vai jotain muuta. Tammikuussa 2018 saatiin kameran avulla tutkittua suojarakennuksen lattiaa reaktorin alapuolella. Lattialla on soran näköistä materiaalia, joka on todennäköisesti sulanutta ja uudelleen jähmettynyttä polttoainetta. Lisäksi kuvissa näkyy polttoainenipun osia, jotka eivät ole sulaneet. Reaktorin paineastiassa täytyy siis olla melko suuri reikä, jonka läpi nämä osat ovat pudonneet. Kuvista ei voi arvioida lattialla olevan materiaalin määrää. Vielä ei siis tiedetä, kuinka suuri osa polttoaineesta on reaktorissa ja kuinka suuri osa suojarakennuksen lattialla. Kameran mukana oli säteilymittari. Annosnopeus suojarakennuksessa vaihteli välillä 7–42 Gy/h.
Fukushima Daiichi 3 Kolmosyksikön jäähdytys maanjäristyksen jälkeen hoidettiin samanlaisella turbiinikäyttöisellä RCIC-järjestelmällä kuin kakkosreaktorilla. Erona oli, että kolmannella akut ja niihin liitetty sähköjärjestelmä säilyivät tsunamista huolimatta toiminnassa, joten tasavirtaa oli käytettävissä, vaikka dieselgeneraattorien kastuttua vaihtovirtaa ei enää ollut. Akuista saatavalla sähköllä valvomon mittausjärjestelmät toimivat, ja työntekijät pystyivät seuraamaan reaktorin painetta ja vedenpinnan korkeutta sekä säätämään RCIC-järjestelmän venttiilejä.
Kolmosyksikön RCIC-jäähdytysjärjestelmä lakkasi toimimasta 12. maaliskuuta kello 11.36, noin 21 tuntia maanjäristyksen jälkeen. Toinen samantyyppinen turbiinikäyttöinen jäähdytysjärjestelmä (HPCI, High Pressure Coolant Injection) käynnistyi noin tuntia myöhemmin, ja reaktoriin saatiin taas pumpattua vettä. Noin 36 tuntia maanjäristyksen jälkeen HPCI-järjestelmä pysäytettiin, koska reaktorin paine oli laskenut liian alas eikä järjestelmä enää toiminut kunnolla. Kolmosyksikön jäähdytys lakkasi siis toimimasta aamuyöllä 13. maaliskuuta.