Ensimmäinen SMR voidaan rakentaa vuoteen 2026 mennessä…

…jos halutaan. Mistäkö tiedän? Koska se on tehty ennenkin. Aloitetaanpa alusta.

Otto Hahn ja Fritz Strassmann havaitsivat vuonna 1939, että uraanin pommittaminen neutroneilla tuottaa bariumia. Tämän perusteella Lise Meitner ja Otto Frisch esittivät samana vuonna, että uraaniydin halkeaa kahteen lähes yhtä suureen osaan. Täysin uusi ilmiö, uraaniatomin fissio, oli näin keksitty.

Kuva 1. Chicago Pile-1.

Ilmiön mahdollisuudet ymmärrettiin varsin nopeasti tämän jälkeen. Enrico Fermi teki kuuluisan Chicago Pile-1 -kokeensa vuonna 1942. Kokeessa todistettiin, että hallittu fissio on mahdollista aikaansaada. Seuraavana vuonna rakennettiin Chicago Pile-2 ja -3.

Ensimmäinen sähköä tuottanut reaktori, Experimental Breeder Reactor I, rakennettiin Idahoon 1951. Se oli nopea hyötöreaktori, joka tuotti sähköä neljään 200 watin lamppuun. Ei paljon, mutta se todisti, että tekniikalla voidaan tuottaa sähköä. EBR-I:n tärkeämpi saavutus oli kuitenkin todistaa oikeaksi teoria, jonka mukaan hyötöreaktori on mahdollista rakentaa ja saada toimimaan.

Ensimmäinen käytännön sovellus, ydinsukellusvene Nautilus, laskettiin vesille 1954. Alus jatkoi palveluskäytössä aina vuoteen 1980, jonka jälkeen se museoitiin.

Kuva 2. Nautilus.

Vuonna 1953 Yhdysvaltain laivaston ydinsukellusveneprojektin vetäjää, amiraali Hyman Rickoveria pyydettiin rakentamaan yksi sukellusveneen koneisto kuivalle maalle. Potkurikoneiston tilalle luonnollisesti asennettiin sähköä tuottava turbogenerattori. Syntyi yksi maailman ensimmäisistä ydinvoimaloista, Shippingport Atomic Power Station. Laitoksen rakentaminen kesti 32 kuukautta ja se aloitti toimintansa 1957. Laitos suljettiin vuonna 1982 ja on sittemmin jo purettu maan tasalle ja alue on vapautettu muuhun käyttöön ilman rajoituksia. Näin todistettiin samalla, että voimala on mahdollista purkaa. Shippingportissa demottiin myös toriumin käyttäminen polttoaineena.

Tässä oli lyhyesti kuvattuna Yhdysvalloissa toteutunut kehityspolku. Samaan aikaan kehitystä tapahtui Neuvostoliitossa, jossa ensimmäinen voimala, vain viiden megawatin Obninsk kytkettiin ensimmäisen karran verkkoon jo vuonna 1954. Isossa Britanniassa Calder Hall vihittiin käyttöön 1956.

Yhdysvaltain kehityspolku:

1939 – fissio keksitään
1942 – ensimmäinen koereaktori, Chicago Pile-1 rakennetaan
1951 – ensimmäinen sähköä tuottanut reaktori, EBR-I rakennetaan
1953 – Shippingport tilataan
1954 – ensimmäinen käytännön sovellus, sukellusvene Nautilus lasketaan vesille
1957 – Shippingport valmistuu

Näiden lomassa muualla:

1954 – Obninsk Neuvostoliitossa, Moskovan lähellä valmistuu
1956 – Calder Hall Isossa Britanniassa vihitään käyttöön

Yhdisvalloissa oli myös Borax-testisarja jossa valmistettiin muutamia kiehutusvesilailaitoksia pääasiassa testikäyttöön. Sarjan kolmas versio vuonna 1955 tuotti jonkin aikaa pari megawattia sähköä paikalliseen sähköverkkoon.

Opitaan historiasta

Kuva 3. Shippingportin voimalan paineastian asennus 1956.

Itse ilmiön keksimisestä ensimmäiseen käytännön sovellukseen, sukellusvene Nautilukseen, kului siis aikaa vain 15 vuotta. Shippingportin laitos tilattiin vuonna 1953 ja se valmistui neljä vuotta myöhemmin.

Shippingportin voimala perustui alun perin sukellusveneen voimalähteeksi kehitettyyn painevesireaktoriin, joka yhä nykyäänkin on eniten käytetty tekniikka. Aikaa laitoksen tilauksesta käyttöönottoon tarvittiin neljä vuotta.

Shippingportin koko oli nykymittapuun mukaan pieni, vain 60 megawattia sähköä, mutta se oli juuri samaa kokoluokkaa kuin nykyiset suunnitteluasteella olevat SMR-voimalat.

Verrattuna 50-luvun suunnittelu- ja valmistustekniikkaan, meillä on nykyään käytettävissä erittäin kehittyneet CAD-ohjelmistot ja kaikki tarvittavat muut mallinnusmenetelmät ja tehokkaat tietokoneet, joilla vastaavan laitoksen suunnittelu onnistuu nopeammin kuin silloin. Sekä materiaali- että valmistustekniikka ovat kehittynyeet huimasti, ja monia tarvittavia osia, kuten polttoaine-elementtejä moiseen laitokseen saa ”valmiina kaupasta”. Mitään perussuunnittelua ei enää tarvita. Periaatteessa riittää, että päätetään millainen laitos halutaan rakentaa, suunnitellaan se, ja sen jälkeen rakennetaan.

Amiraali Ricover 50-luvulla tarvitsi siihen neljä vuotta aikaa. Jos nyt päätämme rakentaa vaikkapa jonkin kaupungin kaukolämmitykseen kytkettävän, pelkkää lämpöä tuottavan fissiosovelluksen, se on teknisesti aivan hyvin tehtävissä neljässä tai viidessä vuodessa. Puheet siitä, että SMR-tekniikka olisi käytettävissä lämmityksen CO2-päästöjen vähentämiseen vasta hiilikiellon jälkeen joskus 2030-luvulla, ovat kerta kaikkiaan potaskaa. Niin voi kyllä ollakin, jos tähän mahdollisuuteen ei uskota ja tyydytään vain puuhastelemaan jotakin ja katsomaan mitä muut tekevät.

Jos sen sijaan päätetään, että kaikkinainen polttaminen kaupunkiemme lämmittämisessä lopetetaan mahdollisimman nopeasti, ensimmäinen SMR-lämpölaitos saadaan valmiiksi ja toimimaan noin viidessä vuodessa. Se voidaan tehdä, koska se tehtiin jo yli 60 vuotta sitten.

Suomalaiset hankkeet

Kuva 4. VTT:n kaukolämpö-SMR vuonna 2021.

Tekniikka osataan Suomessa. Meneillään on kaksikin hanketta lämpölaitoksen suunnittelemiseksi.

• VTT: Kaukolämpöä tuottava ydinreaktori voitaisiin valmistaa Suomessa
• LUT kehittää kaukolämpöä tuottavaa pienydinvoimalaa

Varsinkin VTT:n konseptin mukaisen laitoksen koko rakentaminen voidaan tehdä Suomessa. LUT on vähän eksoottisempi. Kanava-tyyppinen reaktori on valmistattava zirkoniumista, eikä siihen löydy valmiiksi osaamista Suomesta. Täysin vastaavaa ei itse asiassa ole tehty missään aiemmin, vaikkakin rakenne muistutaa jonkin verran kanadalaista CANDU:a. Sen sijaan VTT on periaatteessa aivan samanlainen kuin maailman kaikki muutkin kevytvesilaitokset, pienemmällä paineella ja lämpötilalla vain, mikä tekee rakenteesta huomattavasti kevyemmän ja yksinkertaisemman.

Polttoainetta meillä ei valmisteta, eikä tarvetta siihen ei olekaan, koska valmistajia maailmalla on useita ja polttoaineen tarve on hyvin vähäinen. Esimerkiksi VTT:n moduulin lämpötehoksi on kaavailtu 50 MW, mikä on vain noin 1% (yksi prosentti!) Olkiluoto 3:n lämpötehosta. Polttoaineen tarve on lähes suorassa suhteessa tehoon, samoin kuin monet muutkin suunnitteluun vaikuttavat lähtökohdat.

Suomalaisen säästä riippumattoman ja polttoon perustumattoman kaukolämpölaitoksen rakentaminen on vain ja ainoastaan tahdosta kiinni. Teknisesti se voidaan toteuttaa helposti tämän vuosikymmenen puolella, koska vastaava on tehty ennenkin. Meillä on jo julistettu ilmastohätätila, joten nyt olisi aika toimia sen mukaisesti. Siis NYT, eikä vasta 30-luvulla.