Väitöskirja: Ydinvoimalaitoksen kestettävä lentokonetörmäyksestä aiheutuvat tulipalot

approachVTT:n tutkija, DI Topi Sikanen tutki väitöksessään nesteiden kulkeutumista, haihtumista ja palamista suurissa onnettomuuksissa. Hän kehitti käytännön malleja, jotka auttavat ennakoimaan lentokoneen aiheuttamien tulipalojen seurauksia ydinvoimalaitoksissa.

Matkustajalentokoneiden törmäyksen vaikutusanalyysit tulivat pakollisiksi sen jälkeen, kun terroristit ohjasivat kaksi konetta tahallisesti päin World Trade Centerin kaksoistorneja New Yorkissa vuonna 2001. Topi Sikanen väitteli aiheesta 19. tammikuuta 2018 Aalto-yliopiston insinööritieteiden korkeakoulussa, rakennustekniikan laitoksella

Ydinvoimalaitosten on kehitettävä jatkuvasti turvallisuuttaan. Modernin ydinvoimalaitoksen pitää esimerkiksi kestää lentokonetörmäyksen aiheuttamat tulipalot. Topi Sikanen kehitti väitöksessä menetelmiä epätavallisten ja suurten onnettomuuksien mallintamiseen. Väitöstyön käytännön tuloksena syntyi testattuja ja sovellettavia malleja, jotka auttavat ennakoimaan näiden tulipalojen seurauksia ydinvoimalaitoksissa.

Sikasen mukaan oli olemassa vain vähän tutkimuksia lentokoneen törmäyksestä ydinvoimaa tuottavaan laitokseen. Kyseessä oli lähinnä vain FAA:n ja NACA (NASA:n edeltäjä) tutkimussarja, jossa lentokone laskeutuu voimalaitoksen päälle ja ylle leviää helposti syttyvä kerosiinipilvi.

Vuoden 2001 tapahtumat osoittivat viimeistään, että törmäys voi olla myös toisenlainen ja kyseessä voi olla suuri matkustajakone. Lentokonevaurioitta rakennetta mekaanisella iskulla ja tulipalolla. Lentokoneiskun jälkianalyysin mukaan tapahtuneet räjähdykset olivat vastaavia, jotka aiheutuvat kiehuvan nesteen ja höyryn laajenemisesta eli ns BLEVE (Boiling liquid expanding vapour explosion) -räjähdyksestä.

Yhtään tutkimusta ei oltu tehty suorasta lentokoneen osumasta moderniin ydinvoimalaan. Vuonna 1989 oli kuitenkin tehty koe, jossa F-4 Phantom lennettiin 4,8 tonnin vesilastissa päin vahvistettua betonirakennetta 215 m/s eli noin 770 km/h nopeudella.

VTT_ydinvoimaSikanen hyödynsi kolmiosaisen väitöstyönsä paloturvallisuusanalyyseissä virtaustekniikan laskennallisia työkaluja. Väitöksen ensimmäinen osa käsittelee lentokonetörmäyksen yhteydessä polttoainesäiliöistä purkautuvan nesteen kulkeutumista. Toisessa osassa Sikanen mallinsi nestealtaista palamista, nesteen höyrystymistä ja lämmönsiirtoa. Viimeisessä osassa Sikanen sovelsi kehittämiänsä malleja ydinvoimalaan kohdistuvan lentokonetörmäyksen analysointiin.

Rakennustekniikka-alan väitöksen turvallisuus- ja paloturvallisuusanalyysin tuloksia pääsevät hyödyntämään ydinvoimalaitosten ja kaikkien isojen rakennusten suunnittelijat ja toteuttajat.

Väitöskirja: Nesteiden kulkeutumisen, haihtumisen ja palamisen simulointi suurissa onnettomuuksissa.  Simulation of transport, evaporation, and combustion of liquids in large-scale fire incidents (PDF)