pienoiskuva|INES-asteikko ydinonnettomuuksien luokitteluun Ydinonnettomuus on onnettomuus, josta aiheutuu tai saattaa aiheutua radioaktiivisen aineen päästö. Ydinonnettomuuksia voi tapahtua esimerkiksi ydinreaktoreissa tai radioaktiivisen jätteen käsittelylaitoksissa. Ydinonnettomuuksia voi tapahtua myös teollisuudessa, tutkimuslaitoksissa ja sairaaloissa, joissa käytetään tai varastoidaan radioaktiivisia aineita. Myös radioaktiivisten aineiden kuljetusonnettomuudet lasketaan ydinonnettomuuksiksi.
Ydinonnettomuuksia luokitellaan Kansainvälisen atomienergiajärjestön IAEA:n 7-portaisella INES-asteikolla, jossa luokat 4–7 ovat onnettomuuksia ja luokat 0–3 tapahtumia.
Onnettomuus ydinreaktorissa Ydinreaktorin toimiessa sen polttoaineessa syntyy radioaktiivisia fissiotuotteita. Jos reaktori vaurioituu niin, että fissiotuotteita pääsee leviämään ympäristöön, säteily voi aiheuttaa vahinkoa ihmisille ja ympäristölle. Pelkkä ydinvoimalan vesivuoto ei aiheuta suurta säteilyvaaraa, ellei siihen liity polttoaineen vaurioitumista.
Ydinvoimalaitostapahtumat luokitellaan odotettavissa oleviin käyttöhäiriöihin, oletettuihin onnettomuuksiin ja vakaviin onnettomuuksiin. Oletetuista onnettomuuksista reaktorin täytyy selviytyä turvallisuusjärjestelmien avulla ilman polttoaineen vaurioitumista. Vakavassa onnettomuudessa huomattava osa reaktorin polttoaineesta vaurioituu.
Oletettu onnettomuus painevesireaktorissa on esimerkiksi suurimman primääripiirin putken katkosta johtuva jäähdytysveden vuoto (large break LOCA, loss-of-coolant accident). Tämä onnettomuus on lähtökohtana suunniteltaessa ydinvoimalaitosten hätäjäähdytysjärjestelmiä ja suojarakennuksia. Kiehutusvesireaktorissa vastaava onnettomuus olisi päähöyryputken katkeaminen. Jos hätäjäähdytys ja suojarakennus toimivat suunnitellulla tavalla, onnettomuudessa vapautuu ympäristöön vain vähän radioaktiivisia aineita. Suurta jäähdytysveden vuotoa ei toistaiseksi ole tapahtunut millään ydinvoimalaitoksella. Ydinvoimalaitoksilla ei ole tapahtunut pienempiäkään putkimurtumia, jotka olisivat vaarantaneet reaktorin jäähdytyksen. Käytännössä hätäjäähdytysjärjestelmiä on tarvittu venttiilien virheellisestä aukijäämisestä johtuneiden vuotojen kompensointiin sekä höyrystimen sisäisten primääripiiristä sekundääripiiriin tapahtuvien vuotojen hallintaan.
Niin sanotussa reaktiivisuusonnettomuudessa menetetään ketjureaktion hallinta siten, että reaktorin teho kasvaa äkillisesti. Tällöin polttoaineen kuumeneminen voi johtaa sen nopeaan vaurioitumiseen. Reaktiivisuusonnettomuus voisi tapahtua, jos säätösauva putoaa tai vahingossa vedetään ulos reaktorista. Painevesireaktorissa reaktiivisuuden säätöön käytetään säätösauvojen lisäksi jäähdytysveteen liuotettua booria. Säätösauvoihin liittyvien syiden lisäksi reaktiivisuusonnettomuus voisi johtua myös jäähdytteen booripitoisuuden äkillisestä laimenemisesta, jos esimerkiksi käyttöhenkilökunnan virheiden takia reaktoriin pumpattaisiin booripitoisen veden sijasta booritonta vettä.
Vakava onnettomuus eli sydämen sulamisonnettomuus voi alkaa esimerkiksi täydellisestä jäähdytysjärjestelmien sähkönmenetyksestä. Vaikka primääripiirissä ei olisi vuotoa, jälkilämpö johtaisi veden kiehumiseen, paineen nousuun ja höyryn purkautumiseen varoventtiilien kautta suojarakennukseen. Jos reaktorin jäähdytys ei onnistu, reaktorin polttoaine ylikuumenee jälkilämmön takia. Tällöin vaurioituvat ensin zirkoniumista tehdyt polttoainesauvojen suojakuoret, ja kaasumaiset tai helposti höyrystyvät fissiotuotteet, kuten ksenon, jodi ja cesium, voivat vapautua. Jos kuumeneminen jatkuu pidempään, uraanidioksidista tehty polttoaine sulaa ja myös siihen sitoutuneita vaikeasti höyrystyviä fissiotuotteita vapautuu. Radioaktiivisten aineiden pääsyn ympäristöön estää kuitenkin vielä suojarakennus. Suojarakennuksen eheyttä voi uhata mm. höyryn aiheuttama paineen nousu tai onnettomuudessa syntyvän vedyn räjähtäminen. Vetyä syntyy, kun kuuma zirkonium reagoi kemiallisesti vesihöyryn kanssa.
Onnettomuuden todennäköisyys Siviilikäytössä olevissa ydinvoimaloissa on sattunut vakava onnettomuus yhteensä viidellä reaktorilla. Maaliskuussa 2011 Fukushiman ydinvoimalassa Japanissa kolmen reaktorin sydän pääsi sulamaan. Tšernobylin ydinvoimalaonnettomuus Ukrainassa Neuvostoliitossa tapahtui vuonna 1986 ja Three Mile Islandin ydinvoimalaonnettomuus Harrisburgissa Yhdysvalloissa vuonna 1979. Ydinvoiman historiassa on joulukuuhun 2019 mennessä kertynyt 18 293 reaktorivuotta. Historiassa on siis tapahtunut yksi onnettomuus noin 3 700 reaktorinkäyttövuotta kohden.
Onnettomuuksien todennäköisyyttä arvioidaan myös todennäköisyysperusteisella riskianalyysillä. Suomessa vaaditaan, että uusissa ydinvoimaloissa vakavan onnettomuuden todennäköisyyden täytyy olla pienempi kuin kerran 100 000 vuodessa. Vanhoille reaktoreille sallitaan suurempi onnettomuustodennäköisyys; esimerkiksi Loviisan ykkösreaktorilla se oli vuoden 2018 riskianalyysin mukaan kerran 83 000 vuodessa.
Ydinvoiman historiassa onnettomuuksia on siis tapahtunut useammin kuin nykyisten riskianalyysien mukaan pitäisi. Mutta vakavaa onnettomuutta ei ole koskaan tapahtunut sellaisella reaktorilla, jolle olisi tehty kunnollinen todennäköisyysperusteinen riskianalyysi. Three Mile Islandin ja Tšernobylin onnettomuuksien aikaan riskianalyysien menetelmiä oltiin vasta kehittämässä. Fukushiman riskianalyysi taas oli pahasti puutteellinen, ja siinä ei arvioitu ollenkaan tsunamin tai yleensäkään tulvan todennäköisyyttä. Kansainvälisen atomienergiajärjestön IAEA:n mukaan huolella tehty riskianalyysi olisikin paljastanut Fukushiman onnettomuusriskit etukäteen.
Onnettomuus ydinpolttoaineen valmistuksessa Uraani on vain lievästi radioaktiivista, joten uraanipolttoaineen valmistuksen tai tuoreen polttoaineen käsittelyn yhteydessä ei yleensä voi vapautua merkittäviä määriä radioaktiivisia aineita. Vuonna 1999 Japanissa Tokaimuran polttoainetehtaalla tapahtui kuitenkin onnettomuus, kun käsiteltiin uraania tutkimusreaktorin polttoaineen valmistusta varten. Käsiteltäessä tavanomaista korkeammalle väkevöityä uraania (18,8 %) rikottiin turvallisuusmääräyksiä ja kaadettiin liian suuri erä nestemäistä uraaniyhdistettä kerralla säiliöön. Uraani saavutti kriittisyyden, eli käynnistyi ketjureaktio, ja uraani pysyi sen jälkeen useita tunteja kriittisenä. Kaksi työntekijää sai erittäin suuren säteilyannoksen, ja he menehtyivät säteilyaltistuksen seurauksiin usean kuukauden kuluttua. Reaktiossa syntynyt suora säteily aiheutti myös laitoksen ulkopuolisille säteilyannoksia, joiden arvioitiin olleen enimmillään noin 20 millisievertiä. Reaktiossa syntyi jonkin verran fissiotuotteita, jotka kuitenkin jäivät pääosin laitosalueelle, ja päästön aiheuttamat säteilyannokset olivat pieniä.
Onnettomuus käytetyn ydinpolttoaineen käsittelyssä tai varastoinnissa Reaktorista poistetun käytetyn ydinpolttoaineen radioaktiivisuus ja jälkilämpö vähenevät ajan mukana. Myös käytetty polttoaine vaatii jäähdytystä, mutta polttoaineen sulamisen riski on paljon pienempi kuin käytön aikana. Muutaman vuoden ajan varastoitu polttoaine ei enää sulaisi, vaikka se olisi kuivaksi jääneessä varastoaltaassa. Koska käytetyssä polttoaineessa on huomattavasti vähemmän fissiokelpoista uraania kuin tuoreessa polttoaineessa, myös reaktiivisuusonnettomuuden mahdollisuus käytetyn polttoaineen käsittelyn yhteydessä on erittäin pieni.
Ydinpolttoaineen jälleenkäsittelylaitosten kemiallisissa prosesseissa käytettyä polttoainetta ja fissiotuotteita käsitellään liuosten muodossa. Vuodot ja kemialliset räjähdykset ovat mahdollisia jälleenkäsittelylaitoksissa . Ydinjätteen jälleenkäsittelylaitoksella lähellä Kyštymin kaupunkia Neuvostoliitossa (nykyisen Venäjän alueella) tapahtui vuonna 1957 runsasaktiivista nestemäistä jätettä sisältäneen säiliön räjähdys, joka johti radioaktiivisten aineiden päästöön. Ympäristövaikutusten perusteella onnettomuus kuuluu INES-asteikolla toiseksi korkeimpaan luokkaan 6.
Radioaktiivisen aineen kuljetusonnettomuus Tuore ydinpolttoaine on heikosti säteilevää uraanidioksidia. Se ei liukene veteen, eikä siitä edes tulipalossa leviä helposti ympäristöön radioaktiivisia hiukkasia. Tuoreen ydinpolttoaineen kuljetuksiin ei liity huomattavan ympäristöonnettomuuden mahdollisuutta. Säteilyvaaraa merkittävämpi seikka on se, että polttoaine sisältää suuret määrät fissiiliä ainetta, jonka joutuminen vääriin käsiin on estettävä huolellisesti. Myöskään keski- ja matala-aktiivisten ydinjätteiden kuljetuksiin ei liity vakavan ympäristöonnettomuuden mahdollisuutta, sillä yhdessä kuljetuserässä olevien radioaktiivisten aineiden kokonaismäärä ei ole kovin suuri. Vaikka huomattava osa niistä leviäisi ympäristöön, jäisi ympäristön saastuminen varsin paikalliseksi. pienoiskuva|Ydinjätteen kuljetusastia Käytetyn ydinpolttoaineen aktiivisuus ja säteilyvoimakkuus on hyvin suuri. Jos kuljetusastia rikkoontuisi pahoin, huomattavasti kohonneen säteilyn alue ulottuisi muutaman sadan metrin päähän. Käytetty ydinpolttoaine ei liukene veteen, joten polttoaineen joutuminen vesistöön ei aiheuttaisi merkittävää saastumista. Vuosia jäähtyneessä käytetyssä polttoaineessa on hyvin vähän kaasumaisia radioaktiivisia aineita, joten radioaktiivisia aineita voisi vapautua ilmaan huomattavia määriä vain, mikäli kuljetussäiliön rikkoontumisen lisäksi esimerkiksi tulipalo tai ketjureaktio synnyttäisi korkean lämpötilan.
Maailmassa ei ole sattunut yhtään tapausta, jossa kuljetettava radioaktiivinen aine olisi aiheuttanut kuoleman tai vakavan terveyshaitan. Vakavin ydinaineiden kuljetuksissa sattunut onnettomuus on ollut uraaniheksafluoridia kuljettaneen Mont Louis -laivan uppoaminen Belgian edustalle vuonna 1984. Kaikki pakkaukset saatiin nostetuksi merestä, eikä merkittäviä määriä radioaktiivisia aineita päässyt mereen.
Onnettomuuden vaikutukset Ydinvoimalaonnettomuuden päästöjen suuruus riippuu siitä, vaurioituuko reaktorin polttoaine ja pysyykö suojarakennus ehjänä. Pelkkä ydinvoimalan vesivuoto ilman polttoaineen vaurioitumista ei aiheuta suurta säteilyvaaraa. Jos taas polttoainetta vaurioituu, eli onnettomuus luokitellaan vakavaksi onnettomuudeksi, niin radioaktiivisia aineita vapautuu suojarakennukseen. Jos suojarakennus pysyy ehjänä, kuten Three Mile Islandin onnettomuudessa, niin päästöt ympäristöön jäävät pieniksi. Suojarakennuksen rikkoutuminen vakavan onnettomuuden aikana voi aiheuttaa suuren radioaktiivisten aineiden päästön.
Erittäin vakava ydinonnettomuus voi vaatia väestönsuojelutoimia kymmenien kilometrien alueella. Tšernobylin onnettomuuden jälkeen evakuoitiin kaikki ihmiset 30 kilometrin säteeltä sekä lisäksi joitakin pahasti saastuneita kyliä tämän alueen ulkopuolella. Fukushiman onnettomuuden aikana evakuoitiin 30 kilometrin alue kokonaan. Laitoksen luoteispuolella evakuoitu alue ulottui 55 kilometrin päähän. Osaan Fukushiman evakuoidusta alueesta asukkaat palasivat myöhemmin.
Vuonna 2017 julkaistiin Bristolin yliopiston koordinoima tutkimus , jossa päädyttiin siihen, että ketään ei olisi kannattanut evakuoida Fukushimasta pitkäksi aikaa, koska evakuoinnista oli asukkaille enemmän haittaa kuin hyötyä, sillä säteilyannokset olisivat jääneet niin pieniksi ilman evakuointia. Tutkimuksessa tultiin samaan tulokseen Tšhernobylin vuoden 1990 noin ihmistä koskeneen evakuoinnin osalta.
Radioaktiivisen päästön koostumus Vakavassa reaktorionnettomuudessa helpoiten vapautuvat radioaktiiviset jalokaasut eli krypton ja ksenon. Jalokaasupäästöjä ei voida vähentää suodattimilla. Jalokaasupäästö on vähemmän vaarallinen kuin muut radioaktiiviset aineet, koska jalokaasut eivät aiheuta laskeumaa vaan leviävät ilmakehään ja laimentuvat tehokkaasti ja koska ne eivät sitoudu ihmisen elimistöön.