Aktivoitumisen ja säteilysuojelun kannalta neutroni, gamma-reaktiot ovat ydinreaktoreissa merkittävämpiä kuin kynnysreaktiot. Näistä neutronin ja ytimen vuorovaikutus voi johtaa myös siihen, että ydin sieppaa neutronin, ja syntynyt virittynyt väliydin laukeaa jollain muulla tavalla kuin emittoimalla yhden neutronin. Tällaisia ns. absorptioreaktioita on useita tyyppejä mm. säteilyn kaappaus (n, gamma), (n, protoni p), (n,2n) sekä fissio. Säteilevässä kaappauksessa neutronisieppauksen tuloksena syntynyt väliydin laukeaa lähettämällä yhden, tai useampia gamma-kvantteja. Reaktiossa syntynyt ydin on samaa alkuainetta kuin kohtio, mutta massaluvultaan yhtä raskaampi isotooppi. (n, gamma) reaktion vaikutusala riippuu yleensä voimakkaasti neutronin energiasta. Vaikutusala pienenee kääntäen verrannollisesti neutronin nopeuteen.
Spektrisen vaikutusalan kuvaajassa on usein yksi tai useampia selviä, kapeita piikkejä. Resonansseja esiintyy sellaisilla neutronienergian arvoilla, joilla neutronin absorptio ytimeen aiheuttaa ytimen siintymisen viritystilaan. Resonanssienergioiden alue ulottuu vajaasta elektronivoltista kiloelektronivoltteihin. Useiden resonanssireaktioiden vaikutusala on termisellä alueella kääntäen verrannollinen neutronin nopeuteen. (n, gamma)- reaktiossa syntyneiden gamma-kvanttien kokonaisenergia on tyypillisesti välillä 5- 8MeV, mutta kuitenkin vedyllä vain 2.2MeV. Kaappausgammoilla on gammasäteilyn tavallisia vuorovaikutuksia väliaineiden kanssa, ja ne on otettava huomioon säteilysuojelussa. Lisäksi ydin saa yhden gamma-kvantin emissiossa rekyylienergian, joka voi olla suuruudeltaan useita elektronivoltteja. Tämä riittää hilavirheiden syntymiseen tai kemiallisten sidosten katkaisemiseen. Myös radioaktiivisten reaktiotuotteiden vaikutus on huomioitava.
Melko harvoin hidas neutroni johtaa varauksellisen hiukkasenemission, sillä varauksesisen hiukkasen pitää saada energiaa ytimen Columbin vallin ylittämiseen. Tämä sattuu todennäköisemmin kevyissä nuklideissa, joiden Coulombin vallit ovat matalampia. Nopeat neutronit voivat aiheuttaa kynnysreaktioita, joiden vaikutusala kasvaa nopeasti tietyn kynnysenergian kohdalla ja pysyy sitten likimain vakiona, tai laskee hitaasti. Kynnysenergia on yleensä muutamia megaelektronivoltteja (n, gamma)- ja (n, p) reaktioille, jotka ovat suurilla energioilla yleensä todennäköisempiä kuin (n, gamma)- reaktio. Noin 10 MeV:n energioilla alkaa esiintyä myös (n, 2n) ja (n, np) reaktioita ja vielä suuremmilla energioilla reaktioita (n, 3n), (n, 2np) jne.
Merkittävä kynnysreaktioista puolestaan on mm. O-16 (n, p) N-16 jossa syntyvä N-16 n beeta miinus- aktiivinen. puoliintumisaika T1/2 = 7s, ja se lähettää hajotessaan erittäin läpitunkevaa gammasäteilyä 7,1MeV. N-16-nuklidia syntyy ydinreaktoreissa jäähdytteenä käytetyn veden happiytimistä, ja se ehtii kulkeutua jäähdytteen mukana reaktorin jäähdytyspiiriin, josta se tunkeutuu putkien seinämien läpi!
Tässä esittelin niitä prosesseja, jotka synnyttävät ydinvoimalan sisätiloille niille ominaisia säteilyenergian tuottoja säteilynsuojelun harmiksi. Seuraavaksi selvitän vielä tyypillisen fissioreaktorin synnyttämää säteilylajikirjoa. Fissiossa vapautuvan energian jakautuminen. Vapautuva energia absorboituu pääosin lämpönä reaktorin materiaaleihin lähellä fission tapahtumapaikkaa, mutta neutriinojen energia ja gammasäteilyn energiaa karkaa reaktorista. Tätä energiahukkaa korvaa muissa ydinreaktioissa kuin fissiossa vapautuva energia, joten yhdestä fissiosta saatavalle lämpöenergialle käytetään likiarvoa 200MeV. Tämä energia on useita kertalukuja suurempi kuin kemiallisissa palamisreaktioissa vapautuva energia, 3- 10eV atomia kohti. Ero on noin miljoonakertainen massayksikköä kohden.
----------------------------------------------------------------------------------------
Fissiotuotteiden liike-energia 167 MeV 84%
Fissioneutronien liike-energia 5 Mev 2,5% Lämpöön n.86%
Fissiossa syntyvän gammasäteilyn energia 7 MeV -
Fissiotuotteiden beetasäteilyn energia 5 MeV -
Beetahajoamisen neutriinojen energia 11 MeV -
Fissiotuotteiden gammasäteilyn energia 5 MeV - Säteilyenergiaan 14%
Kokonaisenergia n. 200 MeV
-----------------------------------------------------------------------------------------
Huomaamme selkeästi miten reaktorista muodostuu varsin suuri energia pelkästään kvantittuvana säteilyenergiana ympäristöön. Näistä mainituista säteilylajeista muodostuu 12% suuruinen säteilykirjo joka tunkeutuu miltei ongelmitta läpi jopa suojarakenteiden. Lähinnä pieni osa energiasta jää matkan varrelle säteilysuojiin absorboituen, kuten vain 2,5% beetasäteilyn osuus. Lisäksi taulukosta selkeästi puuttuu mm. rekyylienergia, jäännösytimien kineettinen energia, alfa ja esimerkiksi termivireestä ei myös puhuta. Termivireenä tässä tarkoitan n. 50% vajaakvantteja, joiden osuus on säteilymittariin näkymätöntä.
Siinämielessä varsin merkittävää kun puolivireiseen atomiin tulee puolet kvanttitehosta lisää siitä singahtaa kokonainen gamma summautuessaan. Tyypillinen perusreaktori syytää ympäröivään biodivrsiteetiinsä n.360MW 36% säteilyionisaatioenergiansa. Tuottaen puolestaan 1 000MW sähkötehon. Alkuperäinen reaktorin teho puolestaan on 3 000MW. 360 000 000W säteilytehon tuhokyvystä kertoo jotain jo arvio, että niin Ws teho säteilyenergiana riittää tappamaan ihmisen! Tällä säteilytuholla siis teoriassa voisi tappaa ihmiskuntaa 3 sekunnin miljardivauhtia!
10%< säteilyvuona reaktorista.
Radioaktiivisuuden eräs keskeinen ominaisuus on sen synnyttämän säteilyenergian pitkäikäisyys. Todisteen tästä saamme katsomalla vaikka avaruuteen, sieltä tulevat säteilykirjot näkyvästä valosta kovimpaan gammasäteilyyn asti voi olla iältään vuosimiljardeja hiipumatta edennyttä. Pelkästään auringosta lähtenyt säteilyfotoni on voinut viipyä auringon sisällä atomeista ponnahdellen vuosimiljardin ja on silti ulos tullessaan yhä muuttumaton. Säteilyllä on kyky siirtyä atomeista toiseen esimerkiksi elektroneja ja ydinnukleoneja viretilaan siirtämällä aina vain uudelleen. Kevyemmissä aineissa säteilykirjot sekä varastoituvat, että siirtyvät käytännössä elektronitasolla. Puhutaan mm. K, L, M-elektronikuorien röntgenviivasta ja niillä vaeltavista säteilyröntgenenergiasta. Viretila ei esimerkiksi ilmaeristettynä purkaudu, tällaista ns. ionisoitunutta säteilyvirettä ei nykyiset säteilymittarit kykene säteilyksi tilanteessa näyttämään! Teho tulee esille vasta, kun vireatomi kohtaa siepattavia irtoelektroneja.
Fissioydinreaktiossa vapautuva yksittäisatominenergia on suuruudeltaan 200 miljoonaa elektronivolttia. Tästä jää 5%-13% säteilyenergiaksi. Alfamaksimiksi ilmoitetaan 11MeV. Coulombin energialausekkeella raskaan ytimen tapauksessa jopa 25MeV,(teoreettisesti laskien.). Neutroni osuu uraani U-235 muuttaen sen U-236 joka halkeaa (bariumiksi) Ba141 ja (Kryptoniksi) Kr92 + 3 neutroniksi ja säteilyreaktio Q on voimakkaasti positiivinen. Esimerkiksi neutronin energia on 2 MeV. Loppu energia esiintyy 1 MeV gammakvantteina ja beetahiukkasina. Energiaksi muuttuva massa on vain 10 potenssiin-3 kertaa reaktioon osallistunut massa. Vapautuva energia on miljoona kertaa suurempi polttotapahtumaa. Grammasta fissiokelpoisesta aineesta irtoaa 24 000 kWh.
Ydinvoimalan sisuksissa mellastavasta kokonaisenergiasta saa säteilyenergisen valoaaltoluonteen 10%. 90% energiasta jää voimalaitoksen vettä lämmittäväksi kineettiseksi energiaksi josta sähköä saadaan noin kolmannes talteen. Kiinnostavinta on tämän säteilyaaltoluonteen saaneen muuttumattoman energian jatkovaellus. Moni joka suuntaa taskulampun avaruuden tyhjyyteen tiedostaa miten kerran valoaaltoluonteen saaneen energian ikuinen säilyminen konkretisoituu. Vielä miljoonan vuoden kuluttua sama valojuova vaeltaa muuttumattomana pois maapallolta. Samoin käy ydinreaktorista alkunsa saaneelle säteilyenergialle. Se voi muuttaa olemustaan leviten vaihdellen elektroniviretilasta toiseen. Energia tunnetusti häviämättömänä kulkeutuu reaktorista loputtomana vuona kuin kaatuvina dominonappulariveinä kohti ympäristöä tauotta vaimenematta asiallisesti koskaan! Juuri tämä on se perustotuus josta ei ydinvoiman kohdalla julki puhuta. Kun tällaisten K, L, M-röntgensäteilyvirittyneiden loputtomien energiavoiden kohde on ihminen se ei kohdettaan jälkiä jättämättä ohita.
OL-1 ja OL-2 laitoksen säteilyenergiateho on (-06) 2 560MW ja siitä syntyy tauotta 256 000 000W säteilyenergiavuo ympäristöä tuhoamaan. Mainittakoon, että ainokaisen watin hetkellisteho synnyttää kriittisessä elimessä 100% säteilysairauden, ja 50% kuolleisuuden! Henkilöön on osunut 1Sievertin säteilysummavaikutus. Tässä säteilyenergiassa luontoon on kaksi aivan keskeisintä mekanismia. Säteilyenergia poissinkoaa elektroneja myös kohtaamistaan järjestysluvultaan alle 80 olevia elohopeaa kevyemmistä keveistä aineista.
Niihin säteilyenergia sitoutuu säteilyionisaationa ensin mittareissa sinällään näkymättöminä pian hidastuneina ionisoituneina elektronipilvinä. Nämä liikkuvat voimalatiloista poistokaasujen ja jäähdytysveden mukana mittarien reagoimatta niiden mittaamiseen riittävän liikuntaenergian kadottua. Näitä myöhemmin seuraa syntyneen ns. säteilyeroosion myötä virittyneiden ilmamolekyylien joukossa irronneet useasti ionisoituneet positiiviset ioninainesytimet erittäin elektroniköyhänä jäähdytysilman mukana mm. savupiipusta ulos. Tästä säteilyvireisestä vuosta alkaa energia ilmenemään röntgensäteilyenergiana vasta kohdatessaan elektroniylimääräisen johtavan pinnan. Esim. 100km päässä sisäiänhengittäjänsä keuhkot, jolloin raju röntgenöinti sisällä elimistössä alkaa samantien kun taiottuna.
--------
On hyvä vähän hahmottaa matemaattisesti, mikä on ydinvoimalassa tapahtuvalla säteilyenergiakvanteilla kvanttitasolla todennäköisyys tartuttaa energiaansa laitosrakenteisiin. Lainaan tähän Pasi Laurin laskelmia aiheesta. Yhdessä halkeamisessa vapautuu 200 MeV energiaa on se siis 200e6*1,6e-19 J = Ws = 3,2e-11 J Joten (OL1) 2500 MW reaktorissa tapahtuu 2500e6 W/3,2e-11 halkeamista sekunnissa eli 7,8e19 halkeamista/sekunti ja reaktorin 50 vuoden aikana 1,23e29 halkeamista ja kvanttia reaktorin elinaikana. Jos oletetaan näistä 10%< sirottuvan ympäristöön saadaan siis 1,23e28 kvanttia. Jos reaktorin ympärillä on metrin paksuinen halkaisijaltaan 6 m keskeltä mitattuna oleva 6 m korkea betonilieriö, jonka massa siis on 2,5*pii*6*6*1000 kg = 283 000 kg ja jossa on atomeita keskimääräisen atomipainon ollessa 30 atomimassayksikköä = 283 000 kg/30/1,66e-19 = 5,68e22 kpl atomeita. Loppupäätelmä on, että jokainen atomi saa keskimäärin 216000 kvanttia. Luku on niin suuri, että jokainen ydinlaitoksen atomi saa osakseen useampia kvantteja elinaikanaan.
-------------
TVO:n johto tunnusti.
TVO:n ydinkärki mm. toimitusjohtaja Pertti Simola, Anneli Nikula jne. oli kokoontunut n. 200 keskustelijan kanssa aloittamaan tärkeistä maamme tulevista ydinaihekokonaisuuksista. Salaisessa "kutsuennakkokeskustelussa", esim. yleislehdistölle ei annettu kutsua todistamaan tätä historiallista tapausta! Neuvottelu pidettiin myös suurelta yleisöltä suljettujen aitojen sisäpuolella TVO:n vierailukeskusauditoriossa. Kyse oli "ensimmäisestä" laajemmasta ydinkeskustelualoituksesta! Alustuksen avaajana toimitusjohtaja Pertti Simola. TVO esitteli tavoitteitaan ja hankintojaan, joihin tähtäsi. Tässä nimenomaisessa kirjoituksessani en näihin sen enempää halua puuttua, TVO ei halunne näistä vielä suurempaa julkituloa. Alustusten jälkeen alkoi avoin ja suora kysely ydinalan kipupisteistä yleiskeskusteluina. Puheenvuorot näihin kontrolloituihin kysymyksiin jakoi Anneli Nikula. Tapahtuma sai historialliset mittasuhteet. TVO:n johdolta kysyttiin syitä siihen, miten on mahdollista, että vuoden 1962 1,2mSv globaali maailman taustasäteily on kohonnut muutamissa vuosikymmenissä tasoon 4mSv , todellisuudessa siis 6mSv! Kysymyksen asettelussa perättiin syytä todettuun nykyiseen v i i s i n k e r t a i s t u n e e s e e n maailman taustasäteilyyn!
Tähän päivään asti ydinala oli kierrellyt aiheesta keskustelun täysin. Lehtereillä kävi historiallinen kohahdus, kun TVO:n johdon suulla saatiin kuulla, ettei todistettua faktaa enää haluttu kyseenalaistaa! Paikalla olevat n. 200 henkeä oli aikakirjoihin jäävässä tapahtumassa todistajana jossa TVO:n johto ei pelkästään lopettanut aiempaa kiistämistään asiassa, vaan saatiin lisävalaistusta tapahtumien taustoihin. Syyksi esitettiin luonnossa itsessään todetut tapahtuneet jyrkät muutokset. Kaasusäteilyaineiden pitoisuudet mm. radonin aktivoitumisineen olivat tämän valtaisaksi kohonneen taustasäteilyn suoranaiset taustasyyt! Esitys järkytti silminnähden lukuisia paikallaolijoita!
Niin uskomattoman luokan tunnustus maamme ydinalan terävimmän johtajiston suusta kuultiin. Mistä on kyse? Yleinen taustasäteilymme on STUK:n tiedostoissa 1962 1,2mSv. 1980 3mSv, 1990 jo 3.6mSv, vaikka poistettuna on STUK:n -2mSv tausta USA:n vaateesta. Viimeisin tausta 2007 oli jo täydet 4mSv, poistettuineen lukuineen mainittu viisinkertaistuminen 6mSv. Puhuttaessa Nikulan mainitsemasta kaasusäteilijälisääntymisestä mm. radonista, sen noin kuukauden mittainen puoliintumisaika on järkyttävä yksityiskohta. Näin lyhytaikaisen säteilylähteen viisinkertaistaneen taustamme on sen erityiskyky hävitä kuukausiluokassa oleellista. Radonia tulee maapallolle nykyisessä ydinasekoekiellossa ainoastaan, ja v a i n siviiliydinvoimaisesti! Radon on hajoamistuote uraanista. Kyseessä on tietysti maailmalla lisääntynyt uraanikaivostoiminnan ja siviiliydinvoimauraanin syytämä kumuloituva ja j a t k u v a kasvu erityisesti energiakriisin ydinlisärakentelusta 1970-luvulta asti!
Radonin määrä jalokaasupitoisuutena ei sinällään tramaattisesti lisäänny! Kyse on siitä, miten nykyinen radonkaasun sisällään ytimessään kuljettamat säteilyvireiset termienergiat ovat valtavasti kasvaneet aivan pienessä ajassa. Sama mekaniikka koskee tietysti koko biosfäärimme kaasuja. Niistä säteily sitoutuu siten pitempiaikaisesti mm. hiilidioksidiin n.5 360v, nikkeli 80 000v jne. ikikiertoon. Mistä tämä säteilyenergian tauoton kasvu on peräisin? Ydinvoimaloissa mm. jäähdytysveden happi O-16 muuttuu neutroni, protonimuutoksissa typpi N-16 ja kun tämä virittyminen purkautuu, syntyy erittäin läpitunkevaa gammaenergiaa.
Tämä läpäisee ongelmitta ydinturvarakenteet ja siirtyy kuorimalliteorioiden esittämällä mekanismilla poistojäähdytysilmaytimiin, vesiin yms.. Ydinvoimalan sähköenergiatasosuhteessa n. 36% reaktorihäviöinä näin ydinvoimalasta ulos biodiversiteettiimme. Aktivoimaan jatkuvasti enemmän siellä olevia alkuaineita. Radon sitoo sisuksiinsa 21MeV. Mainittu happi O-16 esim. 3,116MeV energian jne.. Historiallisessa suljetussa kutsuvierastilaisuudessa viimein ydinjohtomme avoimesti tunnusti täysin ennekokemattoman biodiversiteettiämme kohdanneen tuhomekanismin. Tämän löydöksen ja tunnustamisen myötä ydinvoimaan liitetty "puhtaus ja saasteettomuuskriteeristö" koki täyskäännöksen. 440 ydinvoimaloistamme on kertatunnustuksella tullut maailman ydintuhopesäkkeenä suurin turvauhka! Päästöttömän polton myötä CO2 jo selvitettiin, mutta vuosimiljooniksi maailmaamme pinttyvää ydinsäteilyn joka 10v taustatuplaantumista ei ole edes ehditty , saati aiemmin uskallettu tutkia megatuhona! Nyt maailman tiedeyhteisölle on tulossa sellainen uusi uhkakuva, ettei vastaavaa ole nähty!
Kirjoittanut: Arto Lauri, entinen ydinvoimalatyöntekijä
