Ydinpommikokeita valvotaan maailmanlaajuisesti useilla tekniikoilla - Pohjois-Korean ydinkoe rekisteröityi Sysmässä kymmenessä minuutissa

Vuoden alussa, kuudes tammikuuta aamuyöllä Suomen aikaa Pohjois-Korea teki ydinkokeen. Kello 03:30 noin kilometrin syvyydellä tapahtunut räjähdys aiheutti maanjäristyksen, jonka värähtely eteni maankuoressa ja rekisteröityi kymmenen minuuttia myöhemmin Helsingin yliopiston Seismologian instituutin seismisellä asemalla Sysmässä, lähellä Lahtea.

Sysmän asema kuuluu maailmanlaajuisen verkkoon, jolla valvotaan täydellisen ydinkoekiellon noudattamista, joten tieto siellä mitatusta maankuoren värähtelystä välittyi heti satelliittilinkkiä pitkin myös ydinkoekieltoa valvovan organisaation (CTBTO) pääkonttoriin Wieniin. Wienissä tieto yhdistettiin vastaaviin tietoihin muilta ympäri maailmaa sijaitsevilta asemilta ja tunti räjähdyksen jälkeen organisaatio antoi jäsenmailleen ensimmäisen, automaattisesti generoidun tiedonannon seismisestä tapahtumasta Pohjois-Koreassa.

Tuntia myöhemmin Pohjois-Korean televisio tiedotti maan testanneen vetypommia. Suomen hiljaa herätessä loppiaisen viettoon CTBTO julkaisi jo verkkosivullaan ensimmäisen tiedotteen tapahtumasta. Maanjäristyksen paikka oli sama, jossa Pohjois-Korea on suorittanut aikaisemmat ydinkokeensa, mutta sen voimakkuus ei viitannut fissiopommia suurempaan räjähdykseen.

Täydellinen ydinkoekieltosopimus solmittiin 20 vuotta sitten

Täydellinen ydinkoekieltosopimus (comprehensive nuclear-test-ban treaty, CTBT) kieltää kaikki ydinkokeet. Sopimus avattiin allekirjoitettavaksi 24. syyskuussa 1996, jolloin muun muassa Suomi sen heti allekirjoitti.

Sopimus sisältää kuitenkin klausuulin, jonka mukaan se astuu voimaan vasta, kun 44 sopimuksessa erikseen mainittua maata, joilla on edistynyttä ydinalan osaamista, ovat kaikki allekirjoittaneet ja myös ratifioineet sen. Lähes kaikki maailman valtiot ovatkin sopimukseen jo liittyneet, mutta vaadituista maista kolme eivät ole sitä edelleenkään allekirjoittaneet (Intia, Pakistan ja Pohjois-Korea) ja viidellä on ratifiointi tekemättä (Yhdysvallat, Kiina, Egypti, Israel ja Iran). Siksi sopimus ei ole vieläkään voimassa. Sopimus ei kuitenkaan ole ollut turha: 2000-luvulla ainoastaan Pohjois-Korea on tehnyt ydinkokeita.

Maailman ensimmäinen täysimittainen ydinkoe tehtiin toisen maailmansodan lopussa, kun Yhdysvallat heinäkuussa 1945 räjäytti ydinpommin Nevadan autiomaassa. Pian tämän jälkeen maailma näki kaksi ydinpommia sotakäytössä, kun Hiroshiman ja Nagasakin ylle pudotettiin kaupungit lähes täydellisesti tuhonneet pommit.

Sodan jälkeen 1950-luvulla alkoi vilkas ydinkokeiden sarja, joka kulminoitui vuosina 1961–62, jolloin maailmassa räjäytettiin yhteensä 250 ydinpommia ja Neuvostoliitto suoritti Novaja-Zemljan yläpuolella sarjan jättimäisiä ydinräjäytyksiä, joihin kuului myös maailman suurin pommi Tsar-Bomba. Sen räjähdysvoimakkuus oli 50 megatonnia, eli se vastasi 50 miljoonaa tonnia kemiallista räjähdysainetta tai yli 3000 Hiroshiman pommia.

Alussa ydinkokeet tehtiin yleensä ilmassa. Melko nopeasti huomattiin kuitenkin näiden kokeiden laajat haitalliset ympäristövaikutukset, ja maailma pystyi vuonna 1963 solmimaan osittaisen ydinkoekieltosopimuksen, joka kielsi ydinkokeet ilmakehässä, ulkoavaruudessa ja veden alla. Tähän sopimukseen eivät kuitenkaan Ranska ja Kiina koskaan liittyneet.

Intoa ydinkokeisiin tämä sopimus ei kuitenkaan vähentänyt, vaan kokeet vietiin maan alle, jossa räjäytettiin 50–100 pommia joka vuosi aina 1980-luvun loppuvuosiin asti. Yhteensä maailmassa on tehty noin 2000 ydinkoetta, josta noin 500 ilmakehässä ja lopuista suurin osa maan alla. Onnistuessaan maanalainen ydinkoe pidättää haitalliset radioaktiiviset aineet maankuoren sisällä eikä kokeesta tule haitallista radioaktiivisten aineiden päästöä elinympäristöön. Siksi esimerkiksi Suomen Lapin poronhoitajien cesiumpitoisuudet, jotka olivat 1950- ja 1960-luvuilla käyneet jo hälyttävän korkealla, kääntyivät laskuun 1963 solmitun sopimuksen jälkeen, mutta vielä suurempaan, ydinaseen kehittelyn uhkaan ei sopimus purrut juuri ollenkaan.

Vasta Neuvostoliiton romahtamisen aikaan ydinkokeiden tekeminen väheni oleellisesti. Ydinkoekieltosopimuksen neuvottelujen käydessä kuumimmillaan 1990-luvun puolivälissä enää Ranska ja Kiina räjäyttivät muutaman pommin. Näistä Ranskan Mururoan ja Fangataufan atollisaarten alla tehdyt kokeet herättivät jo hyvin laajoja protesteja länsimaissa. Täydellisen ydinkoekieltosopimuksen aikana ainoastaan Intia ja Pakistan räjäyttivät sarjan kokeita vuonna 1998, ja lisäksi tietenkin Pohjois-Korea, joka on suorittanut yhteensä neljä ydinkoetta vuosina 2006, 2009, 2013 ja 2016.

Maailmassa on tehty yli 2000 ydinkoetta, joista hiukan yli 500 ilmakehässä. (Kuva: STUK; kuvadata: Sipri yearbook 2007)
 

Ydinkoekieltoa valvotaan maailmanlaajuisesti

Kun kyse on niinkin vakavasta asiasta kuin ydinaseet, kansainvälinen luottamus on kortilla. Kun ydinkoekieltosopimuksesta neuvoteltiin, yksi suurimmista kompastuskivistä oli, miten varmistua siitä, että kaikki noudattavat sopimusta. Edelleen esimerkiksi Yhdysvaltain konservatiiveista moni vastustaa sopimuksen ratifiointia sillä verukkeella, että joku voisi silti tehdä testin salaa.

Jo aikaisemmin oli käytetty maanjäristyksiä mittaavia seismologisia asemia ydinkokeiden valvomiseen. Myös eri maiden säteilyvalvontaverkot olivat useasti havainneet ilmassa tehtyjen ydinkokeiden päästöjä. Kun ydinkoekieltosopimuksesta neuvoteltiin, päätettiin siksi rakentaa maailmanlaajuinen kansainvälinen mittausasemaverkko, joka pystyy luotettavasti havaitsemaan ydinkokeen, tehtiinpä koe missä tahansa maapallolla.

Asemaverkkoon valittiin kolme räjähdyksen värähtelyjä havaitsevaa teknologiaa: maanalaisen kokeen havaitsevat seismiset asemat, vedenalaisen hydroakustiset ja ilmassa tehdyn infraääniasemat. Jokaisella näistä menetelmistä saadaan minuuttien sisällä luotettava havainto riittävän voimakkaasta räjähdyksestä ja niillä pystytään myös paikantamaan kokeet tarkasti, maanalaiset kokeet jopa muutaman kilometrin tarkkuudella.

Näillä menetelmillä ei kuitenkaan pysty varmuudella erottamaan ydinräjähdystä kemiallisesta räjähdyksestä, suurimmat tavanomaiset räjäytykset voivat nimittäin lähestyä voimakkuudeltaan jo pientä ydinkoetta. Menetelmillä havaitaan myös lukuisia luonnonilmiöitä, kuten maanjäristyksiä, tulivuorenpurkauksia ja meteoreja, jotka voivat joskus mittaustuloksissa näyttää räjähdyksiltä.

Tarvittiin siis vielä menetelmä, joka pystyy havaitsemaan ”savuavan aseen” ja antamaan pitävän todisteen tehdystä ydinräjähdyksestä. Radioaktiivisten hiukkasten mittaaminen ilmasta on tällainen menetelmä. Ydinkokeesta vapautuvista radioaktiivisista hiukkasista pystyy mittaamaan eräänlaisen säteilysormenjäljen, jonka avulla voidaan varmuudella sanoa, että jossain on suoritettu ydinkoe – jos siis syntyy riittävän suuri päästö ilmaan, mitä ei maanalaisesta kokeesta yleensä synny.

Jalokaasut sen sijaan pystyvät läpitunkevuutensa vuoksi vuotamaan maan raoista pinnalle syvälläkin tehdystä kokeesta. Vuonna 1996, kun ydinkoekieltosopimuksesta neuvoteltiin, ei ollut vielä olemassa tarpeeksi luotettavaa ja tarkkaa menetelmää, jolla koereiästä tihkuvaa ja ilmaan leviävää radioaktiivista ksenonkaasua pystyttäisiin mittaamaan, joten sellainen kehitettiin valvonnan tarpeisiin.

Ilman radioaktiivisuuden havaitsemiseen perustuvilla menetelmillä on kuitenkin myös ongelmansa. Koska havainto tehdään yleensä kaukana koepaikalta ja havaitut radionuklidit siirtyvät ilmamassojen mukana, on mahdotonta sanoa tarkasti, mistä ne ovat peräisin. Lisäksi havainnon tekemiseen menee aikaa, vähintään päiviä ennen kuin hiukkaset ovat tavoittaneet mittausaseman ja niiden keräys ja mittaus on suoritettu.

Ilmakehämalleilla pystytään mahdollinen päästöalue kuitenkin rajaamaan sellaiseksi, että havaittu päästö voidaan yhdistää esimerkiksi tehtyyn seismiseen havaintoon. Ksenonmittausta vaivaa myös se, että ydinvoimalaitokset ja erityisesti lääketieteelliseen käyttöön radioisotooppeja tuottavat laitokset päästävät ilmaan samoja radioaktiivisia ksenonisotooppeja, joita ydinkokeen jälkeen voidaan havaita. Ksenonhavaintojen alkuperää voi siis olla erityisen hankala selvittää.
 

Ydinkoekiellon maailmanlaajuinen asemaverkko (Katso interaktiivinen kartta osoitteessa https://www.ctbto.org/map/)
 

Maailmanlaajuista valvontaverkkoa ruvettiin rakentamaan heti sopimuksen avaamisen jälkeen ja kaikki sen tuottama data kerätään tietoverkkoja ja satelliittiyhteyksiä pitkin kansainvälisen ydinkoekielto-organisaation (CTBTO) kansainväliseen tietokeskukseen Wieniin. Valvontaverkko koostuu 337 mittausasemasta ja siitä on tällä hetkellä rakennettu 90 prosenttia valmiiksi. Jo nykyisellään se on täydessä toimintavalmiudessa ja pystyy hyvällä varmuudella täyttämään sille asetetun tavoitteen: havaita yli kilotonnin räjähdyksen missä päin maailmaa tahansa. Osa asemista sijaitsee hyvin syrjäisillä paikoilla, kuten etelämantereella tai pienillä saarilla keskellä valtamerta, joten niiden rakentaminen vie vielä aikaa.

Suomen kansallinen tietokeskus on STUKissa

Ydinkoekieltosopimuksessa CTBTO:n sihteeristön pääasialliset tehtävät ovat huolehtia verkon rakentamisesta ja toiminnasta sekä kerätä asemien tuottama data ja antaa data sekä siitä tehtyjä analyysituloksia eteenpäin CTBT:n jäsenvaltioiden käyttöön. Vaikka data ja tulokset ovat jäsenmaille avoimia, ne eivät ole julkisia, ja tietoja saa käyttää ainoastaan ydinkoekieltosopimuksen noudattamisen verifiointiin. Sihteeristö ei päätä eikä kerro, onko joku tehnyt ydinkokeen, tällaiset asiat harkitaan sopimusvaltioiden konferenssissa. Näin ollen jokaisessa valtiossa pitää olla myös taho, kansallinen tietokeskus, joka pystyy vastaanottamaan ja käsittelemään valvontaverkon tuottaman tiedon ja jalostamaan sen maansa poliittisten päättäjien käyttöön. Suomen kansallinen tietokeskus on STUKissa.

STUKissa on ollut hyvin aktiivista ydinkoekiellon valvontaan liittyvää teknistä kehitystoimintaa alusta asti. STUKissa kehitettiin mm. ilmakerääjiä, joista sitten syntyi suomalaisia kaupallisia tuotteita, joita on myyty esimerkiksi CTBTO:n valvontaverkkoon. Samanlainen automaattinen kerääjä kerää ilmasta radioaktiivisia hiukkasia myös STUKin katolla osana Suomen kansallista säteilyvalvontaverkkoa. STUK on myös johtanut yhteistyötä, jossa on kehitetty tietokanta erityisesti radionuklidianalyysien tulosten käsittelyä varten. Tämä tietokanta on STUKin lisäksi käytössä monen muun maan kansallisessa tietokeskuksessa.

STUK vastaanottaa päivittäin kaiken valvontaverkon noin sadan tällä hetkellä toiminnassa olevan keräyslaitteiston tuottaman radionuklididatan ja analysoi sen automaattityökaluilla. Automaattianalyysin tulokset esitetään helposti selailtavassa muodossa, ja mikäli automaattianalyysi huomaa jotain epäilyttävää, se lähettää myös hälytysviestin vastuuhenkilölle.

Radionuklidien keräysasema Resolutessa Pohjois-Kanadassa (Kuva: ctbto.org)
 

Pohjois-Korean testit on havaittu

Pohjois-Korea on sopimuksen voimaantulon jälkeen tehnyt neljä ydinkoetta. Näistä kaikki havaittiin nopeasti ja luotettavasti CTBTO:n seismisillä asemilla. Havaintojen perusteella niitä on pystytty paikantamaan muutaman sadan metrin etäisyydelle toisistaan ja räjähdysten voimakkuudet on pystytty arvioimaan.

Vuoden 2006 kokeen aikana CTBTO:n radionuklidiasemaverkko ei ollut vielä aivan valmis Pohjois-Korean lähialueella ja siitä kokeesta saatiin vain mahdollinen radionuklidihavainto yli 7000 kilometrin päässä Pohjois-Kanadassa. Havainto yhdistettiin kokeeseen ilmavirtauksia mallintavien ilmakehäsimulaatioiden avulla.

Aluksi spekuloitiin myös siitä, oliko kyseessä oikeasti ydinkoe, vai yrittikö Pohjois-Korea vain huijata, eli olivatko he mahdollisesti räjäyttäneet suuren määrän kemiallista räjähdettä. CTBTO:n mittausverkon tekemän havainnon ja muutaman julkisuuteen annetun kansallisen tiedostelutiedon perusteella voitiin kuitenkin päätellä, että kyseessä oli hyvin todennäköisesti ydinkoe, vaikka sen räjähdysvoimakkuus jäikin pieneksi, noin yhteen kilotonniin, eli alle kymmenesosaan Hiroshiman pommista.

Vuonna 2009 suoritettu ydinkoe oli jo hiukan isompi, voimakkuudeltaan neljä kilotonnia. Siitä ei kuitenkaan vuotanut ilmakehään sellaisia määriä radioaktiivisuutta, että sitä olisi pystytty havaitsemaan CTBTO:n asemilla, vaikka uudet ksenonia mittaavat laitteistot olivat toiminnassa sekä Kamtšatkan niemimaalla että Japanissa.

Ennen vuoden 2013 koetta liikkui huhuja siitä, että Pohjois-Korea olisi hankkinut teknologiaa, jolla pystyisi tuottamaan plutoniumpommin lisäksi uraanipommin. Mahdollisesta radionuklidivuodosta pystyisi ehkä päättelemään, kumpaa tyyppiä pommi oli. Kokeesta nähtiinkin todennäköisesti ksenonvuoto. Vuoto tapahtui kuitenkin lähes kaksi kuukautta kokeen jälkeen, jolloin ei ollut enää mahdollista päätellä, oliko pommissa käytetty plutoniumia vai uraania.

Uraanipommi olisi näistä se huolestuttavampi, koska kansainvälisesti voidaan melko hyvin arvioida, paljonko plutoniumia Pohjois-Korea pystyy tuottamaan, ja siten montako plutoniumpommia sillä voi olla. Jos Pohjois-Korealla lisäksi on kyky tuottaa asekelpoista uraania, on paljon vaikeampaa arvioida heidän ydinarsenaalinsa kokoa.

Vetypommi vai ei?

Loppiaisena 2016 tehdyn kokeen jälkeen Pohjois-Korea väitti räjäyttäneensä vetypommin. Vetypommilla ymmärretään yleensä räjähdysvoimakkuudeltaan huomattavan suurta pommia, jossa fissiopommin avulla sytytetään vedyn raskaampien isotooppien (deuterium ja tritium) fuusio pommin erillisessä fuusiopommiosassa.

Tällaista vetypommia kutsutaan keksijöidensä nimien mukaan Teller-Ulam pommiksi. Teller–Ulam-pommit ovat yleensä voimakkuudeltaan satoja tai jopa tuhansia kilotonneja. Pohjois-Korean kokeen aiheuttamasta seismisestä signaalista on kuitenkin pystytty arvioimaan, että räjähdyksen voimakkuus oli alle kymmenen kilotonnia. Tästä voidaan päätellä, että koe ei ollut ainakaan onnistunut Teller-Ulam tyyppinen pommi. Vaikka olisikin mahdollista tehdä pieni sellainen pommi, on vaikea ymmärtää, miksi Pohjois-Korea olisi räjäyttänyt niin pienen pommin, jos heidän teknologiansa olisi sillä tasolla, että he pystyisivät paljon suurempaan. Pohjois-Korean yhtenä tärkeänä päämääränään kun on osoittaa maailmalle omien asevoimiensa mahti.

Nykyaikaisessa fissiopommissa käytetään kuitenkin myös lähes aina pieni määrä raskasta vetyä, jota sijoitetaan fissiopommin keskelle ennen pommin räjäyttämistä. Fissiopommin räjähdys sytyttää vedyssä fuusioreaktion, joka puolestaan tuottaa suuren määrän nopeita neutroneja. Ylimääräiset neutronit tehostavat fissiopommin räjähdysvaikutusta huomattavasti, mutta fuusiolla suoraan tuotettu energiamäärä on tällaisessa pommissa pieni. Ehkä se pommi, jota Pohjois-Korea kutsuu vetypommiksi oli tällainen? Fuusioituuhan siinä pieni määrä vetyä – yleensä tällaista pommia kutsutaan kuitenkin tehostetuksi fissiopommiksi.

Jos pian kokeen jälkeen olisi havaittu radionuklidipäästö, olisi ehkä ollut mahdollista saada enemmän tietoa pommin rakenteesta, koska erityyppiset pommit tuottavat radioaktiivisia aineita hiukan eri suhteissa. Nyt ei kuitenkaan ole kuukaudessa havaittu mitään päästöjä, jolloin sellaisen päästön todennäköisyys, josta pystyisi tekemään luotettavia havaintoja pommityypistä, käy yhä epätodennäköisemmäksi.

Todennäköisesti loppiaisen pommin tyyppi jää siis arvailujen varaan, aivan kuten vuonna 2013. Tätä ei kuitenkaan pidä pitää ydinkoevalvontaverkon epäonnistumisena. Täydellinen ydinkoekieltosopimus kieltää yhtä lailla kaikentyyppiset ydinkokeet, eikä sen valvontaverkolla ole päämääränä selvittää muuta kuin, että onko tehty ydinkoe vai ei.

Kaaviokuva Teller-Ulam tyyppisestä vetypommista. Yläosassa näkyvä ensimmäinen askel on täydellinen fissiopommi, jossa voidaan käyttää fissioituvana aineena joko korkearikasteista uraani-235 isotooppia tai plutoniumia. Fissiopommin keskellä on myös pieni määrä tritiumia tai tritiumin ja deuteriumin seosta, joka tehostaa fissiopommin räjähdystä. Alaosassa näkyvä toinen askel on itse vetypommi (fuusiopommi). Fuusioräjähdys syttyy fissiopommin aiheuttaman säteilypaineen ja lämmön yhteisvaikutuksesta. (Kuva: Wikimedia Commons)
 

Jos ydinkoekieltosopimus olisi voimassa, voitaisiin ydinkoe-epäilyn perusteella lähettää koepaikalle tarkastajia suorittamaan tarkastus paikan päällä. Tällaisessa tarkastuksessa tehtäisiin hyvin tarkkoja mittauksia ja havaintoja epäillyllä ydinkoealueella. Tarkastus voisi kestää useita viikkoja ja siihen osallistuisi kymmeniä tehtäväänsä koulutettuja tarkastajia, joilla olisi mukanaan useita kuorma-autollisia tarkastusvälineitä. Viimeistään tällaisessa tarkastuksessa saataisiin täysi varmuus siitä, onko oikeasti suoritettu ydinkoe, vai onko valvontaverkossa havaittu jotain muuta. Täyden mittakaavan tarkastusharjoitus suoritettiin onnistuneesti syksyllä 2014 Jordaniassa.

Pommista ase

Pohjois-Korealla on todistettavasti käytössään ydinpommi. Jotta siitä tulisi toimiva ase, Pohjois-Korealla pitäisi olla myös tehokas maaliinsaattamisväline.

Pohjois-Korealla on ohjusohjelma ja se on tehnyt useita ohjuskokeita. Voidaankin olettaa, että yksi ydinkokeiden tärkeä tavoite on pienentää ydinpommia riittävästi, jotta sen voisi asentaa ohjukseen. Ennen viimeisimpiä testejä suurin osa kansainvälisistä asiantuntijoista on ollut sitä mieltä, että Pohjois-Korean pommit ovat olleet liian isoja ja kömpelöitä sijoitettaviksi ohjukseen. Nähtäväksi jää, muuttuuko tämä arvio.

 

Teksti:
Ylitarkastaja Mikael Moring, STUK

Teksti on julkaistu STUKin Säteilyuutiset-uutiskirjeessä
Voit tilata Säteilyuutiset sähköpostiisi liittymällä postituslistalle.

Jaa tämä sivu