Kansallinen ydinjätehuollon tutkimusohjelma (KYT2010) Suunnitellut tutkimushankkeet 2007

Transkriptio

1 Kansallinen ydinjätehuollon tutkimusohjelma (KYT2010) Suunnitellut tutkimushankkeet 2007 Hanke Vastuuhenkilö Hankkeen tyyppi Tutkimuspainopiste 1 Kiven huokostilavuuden ja Jussi Timonen kokeellinen Radionuklidien heterogeenisuuden kuvaus JYFL vapautuminen ja kulkeutuminen tomografiamenetelmällä 2 Käytetyn ydinpolttoaineen Jukka Juutilainen selvitys Radionuklidien loppusijoittamisen ekologinen Kuopion YO vapautuminen ja kulkeutuminen riskiarvio metsäekosysteemissä 3 Lähialueen termo-hydro-kemiallinen Markus Olin mallinnus Radionuklidien mallinnus (LÄHITHC) VTT/ T&K vapautuminen ja kulkeutuminen 4 Syvien biosfäärien geomikrobiologia - Merja Itävaara kokeellinen Radionuklidien molekyylibiologiset VTT/BIO vapautuminen ja kulkeutuminen monitorointimenetelmät (GEOMOL) 5 Kallion in situ tutkimukset Marja Siitari-Kauppi kokeellinen Radionuklidien HYRL vapautuminen ja kulkeutuminen 6 Kemiallisten olosuhteiden vaikutus Pirkko Hölttä mallinnus/ Radionuklidien radionuklidien HYRL kokeellinen vapautuminen ja kulkeutuminen kallioperäkulkeutumisessa (KERA) 7 Bentoniitti ja tunnelin Jouko Törnqvist selvitys tekniset vapautumisesteet täyteainetutkimuksen VTT osaamistason kartoitus 8 Kapselikuparin pitkäaikaiskestävyys Pertti Auerkari kokeellinen tekniset vapautumisesteet (Long-term integrity of VTT/TUO copper overpack-leia) 9 Bentoniittipuskurin toimintakyvyn Markku Kataja mallinnus tekniset vapautumisesteet mallinnus ja simulointi JYFL 10 Ydinjätekapselin Hannu Hänninen kokeellinen tekniset vapautumisesteet deformaatiomekanismit TKK 11 Kuparin korroosionopeuden Olof Forsén kokeellinen tekniset vapautumisesteet mittaaminen kaasufaasissa Jari Aromaa loppusijoituksen alkuvaiheessa TKK 12 Kivi-vesi-vuorovaikutus Juhani Suksi kokeellinen Kallioperä ja pohjavesi vesien kulkeutumisen ilmentäjänä HYRL (KIVES-VEKU) 13 Akustiseen emissioon perustuva Aleksis Lehtonen kokeellinen Kallioperä ja pohjavesi kallion jännitystilan mittausmenetelmä TKK/KAL 14 Rakoilun aikariippuvuus ja ydinjätteen Pekka Särkkä mallinnus loppusijoitustilaa ympäröivän kallion TKK/KAL Kallioperä ja pohjavesi rikkoutumisvyöhykkeen mallintaminen (CREEP II) 15 Uraanin käyttäytyminen kiteisissä Kirsti Loukola- kokeellinen Kallioperä ja pohjavesi kivissä: tulosten hyödyntäminen Ruskeeniemi turvallisuusanalyysissä TKK/GET (GEOCHEM) 16 Suomalainen erotus- ja Markku Anttila selvitys Strategiset selvitykset transmutaatiotekniikan tutkimus VTT/PRO 17 Ydinjätehuollon teknistieteelliset Kari Rasilainen selvitys Strategiset selvitykset perusteet (TEPE) VTT/ T&K 18 Tilannekatsaus Vesa Suolanen selvitys Strategiset selvitykset uraanikaivosjätteiden VTT kehittyneistä huoltomenetelmistä

2 KYT KANSALLINEN YDINJÄTEHUOLLON TUTKIMUSOHJELMA Tutkimussuunnitelma 2007 Heikki Leinonen

3 Sisällysluettelo Esipuhe 1. Johdanto 2. Tutkimusohjelman perustavoitteet 3. Suunnitellut tutkimukset vuonna Ydinjätehuollon strategiset selvitykset 3.2 Ydinjätteen loppusijoituksen turvallisuuden arviointi Tekniset vapautumisesteet Kallioperä ja pohjavesi Radionuklidien vapautuminen ja kulkeutuminen Liite Suunnitellut tutkimushankeet

4 ESIPUHE Tämä on Kansallisen ydinjätehuollon tutkimusohjelman (KYT2010) sisällöllinen tutkimussuunnitelma vuoden 2007 tavoitteiksi. Suunnitelmassa käsitellään tutkimuohjelman sisältöä tutkimussuunnitelmissa asetettujen tavoitteiden pohjalta siten että yksittäisten hankkeiden sisältö on puettu muodollisesti vertailukelpoiseen asuun. Tutkimusohjelman rahoitustilannetta käsitellään yleisellä tasolla, koska KYT2010-tutkimusten rahoittajat ovat tehneet sopimuksensa suoraan tutkimuslaitosten kanssa, jolloin rahaliikenne on jäänyt rahoittajan ja tutkimuslaitoksen väliseksi asiaksi. Tutkimusohjelman rahoittajista tärkein on valtion ydinjätehuoltorahasto (VYR). Tutkimussuunnitelma on tutkimusohjelman koordinaattorin kokoama, mutta siten, että liitteen hankekohtaiset suunnitelmat ovat kuitenkin tutkimushankkeiden vastuuhenkilöiden laatimia. 2

5 1. JOHDANTO KYT2010-tutkimusohjelman lähtökohdat ovat johdettavissa vuonna 2004 muutetusta ydinenergialaista. Valtion ydinjätehuoltorahastoon (VYR) kerätään vuosittain ydinenergialaissa esitetyin perustein ydinjätehuoltovelvollisilta varoja ydinjätehuollon tutkimukseen siten, että kunkin osuus on 0,08 % vastuumäärästään. VYR puolestaan jakaa kunakin vuonna kerätyt varat tutkimushankkeisiin kauppa- ja teollisuusministeriön (KTM) esityksen perusteella. Vuositasolla VYR voi suunnata ydinjätehuollon tutkimushankkeisiin runsaat miljoona euroa, mikä on olennaisesti vähemmän kuin Posivan ja voimayhtiöiden vuotuinen ydinjätehuollon tutkimus- ja kehitysrahoitus. Vaikka KYT2010:n rooli on alan tutkimuskenttää täydentävä, sillä on kuitenkin huomattava merkitys useille tutkimuslaitoksille. KYT2010-ohjelma toteuttaa ensisijaisesti hankkeita, joilla vahvistetaan ydinjätealan kansallista osaamispohjaa. Rahoitusta ei myönnetä tutkimuksiin, jotka liittyvät suoraan ydinjätehuoltovelvollisten tai niitä edustavien tahojen omiin hankkeisiin eikä myöskään ydinjätehuollon valvonnan suoraan edellyttämiin tutkimuksiin. Tutkimusohjelmassa voidaan toteuttaa hankkeita myös VYRin ja muiden suomalaisten tai ulkomaisten rahoittajien yhteisrahoituksella. Esimerkiksi EUhankkeisiin osallistumista varten tarvitaan useimmiten myös kansallista osarahoitusta. Yhteisrahoitteisiin hankkeisiin sovelletaan samoja rahoitusehtoja ja vaatimuksia kuin VYR-rahoitteisiin hankkeisiin. 2. TUTKIMUSOHJELMAN PERUSTAVOITTEET Ote laista ydinenergialain muuttamisesta (53b ): Edellä 5 :ssä säädetyn yleisen periaatteen toteuttamiseksi on sillä, jolle on tämän lain 43 :n 2 momentin mukaisesti vahvistettu vastuumäärä, velvollisuus osallistua sellaisen tutkimustoiminnan rahoittamiseen, jonka tarkoituksena on varmistaa, että viranomaisten saatavilla on riittävästi ja kattavasti sellaista ydinteknistä asiantuntemusta ja muita valmiuksia, joita tarvitaan ydinjätehuollon erilaisten toteutustapojen ja menetelmien vertailuun. Muutettu ydinenergialaki korostaa viranomaisten tutkimustarpeita. KYTohjelmassa ei kuitenkaan rajata pois tutkimushankkeita sillä perusteella, että niistä voi samanaikaisesti olla hyötyä myös jätehuoltovelvollisille. Tutkimusohjelman sisällössä pyritään etsimään kansallisen osaamisen kannalta keskeisiä tutkimuskohteita, jotka on selvitettävä niiden tärkeyden takia. Ydinjätehuollon valmistelutöihin, toteutukseen tai niiden viranomaistarkastukseen suoranaisesti kuuluvat hankkeet rajataan KYTtutkimusohjelman ulkopuolelle. Tutkimusalueen rajauksella pyritään siihen, että tutkimusohjelmaan osallistuminen ei vaaranna ydinjätehuollon toimijoiden, esim. Posivan ja STUKin, riippumattomuusodotuksia. Tavoitteena on osaltaan varmistaa ydinjätehuollon kannalta olennaisen kansallisen tieteellisen ja teknisen osaamisen säilyminen ja kehittäminen. Tältä osin uuden tutkijapolven perehdyttäminen aihepiiriin nähdään tärkeäksi. 3

6 Tutkimusohjelma pyrkii myös toimimaan viranomaisten, ydinjäteorganisaatioiden ja tutkimuslaitosten välisenä keskustelu- ja tiedonvälitysfoorumina. Näin luodaan edellytyksiä rajallisten tutkimusresurssien tehokkaalle hyödyntämiselle ja jotta yksittäisiin tutkimushankkeisiin saada riittävän monipuolinen ja poikkitieteellinen tutkimusryhmä. Tehokkaalla tiedonvaihdolla voidaan vähentää mahdollista päällekkäistä tutkimusta sekä koordinoida esim. kansainvälisiä hankkeita. Seuraava iso etappi suomalaisessa ydinjätehuollon suunnitelmassa on käytetyn polttoaineen loppusijoituslaitoksen rakentamislupahakemuksen aineiston laadinta ja hakemuksen viranomaiskäsittely ensi vuosikymmenen alussa. Koska periaatepäätöksen tueksi tehdyt selvitykset eivät riitä luvitusvaiheessa, on suomalaisten ydinjätehuollon toimijoiden jatkettava valmistautumista ydinjätehuollon toteutusvaiheen vaatimuksiin. Erityisesti ydinjätehuollon tutkimuksen on syytä tukea asteittain konkretisoituvia ydinjätehuollon tarpeita. Pääosa KYT2010-tutkimuksesta kohdistuu teknisluonnontieteelliseen turvallisuustutkimukseen. Ydinjätehuollon vaihtoehtojen tarkastelussa voi kuitenkin tulla esiin seikkoja, jotka antavat aiheen osoittaa VYRtutkimusvaroja myös tärkeiksi katsottaviin yhteiskunnallisiin tutkimuksiin. 3. SUUNNITELLUT TUTKIMUKSET VUONNA 2007 Ohjelmakaudella KYT2010-tutkimusohjelman rahoituspäätökset tehdään Kuvan 1 mukaisesti: Kuva 1. KYT-tutkimushankkeita koskevan päätöksenteon eteneminen VYRrahoitteisissa hankkeissa (VYR = valtion ydinjätehuoltorahasto). KTM:n kutsumaan hakukierrokseen saapui määräaikaan mennessä 20 hankeesitystä. Hanke-esityksistä yksi tuli Geologian tutkimuskeskuksesta (GTK), kolme Helsingin yliopistosta (HYRL), kaksi Jyväskylän yliopistosta (JYFL), viisi Teknillisestä korkeakoulusta (TKK), kahdeksan Valtion teknisestä tutkimuskeskuksesta (VTT) ja yksi Kuopion yliopistosta (KY). 4

7 Kaikki jätetyt hanke-esitykset arvioitiin tukiryhmässä johtoryhmän laatimien kriteerien mukaan, jonka jälkeen johtoryhmä muokkasi rahoitussuosituksensa arvioinnin perusteella. Johtoryhmä laati sisällöllisen palautteen, jossa esityksiä arvioitiin sen mukaan, miten hyvin ne vastasivat KTM:n kutsukirjeessä erikseen mainittuja hyväksymiskriteerejä. Rahoitussuosituksessa esitettiin rahoitusta yhteensä 18 tutkimushankkeelle. Sekä rahoitussuositus että sisällöllinen palaute saatettiin hanke-esitysten yhdyshenkilöiden tietoon. Valtion ydinjäterahaston vuodelle 2007 antamien rahoituspäätösten summa on noin 1,2 M. Kuva 2. Rahoituksen jakautuminen tutkimuspainopisteisiin vuosina % 41 % 32 % 25 % 18 % 20 % 14 % 10 % strategiset selvitykset tekniset vapautumisesteet kallioperä ja pohjavesi radionuklidien vapautuminen ja kulkeutuminen Seuraavassa vuonna 2007 VYR-rahoitusta saavat tutkimukset käydään läpi noudattaen puiteohjelman jaottelua strategisiin selvityksiin ja ydinjätteen loppusijoituksen turvallisuuden arviointia tukeviin tutkimuksiin. 3.1 Ydinjätehuollon strategiset selvitykset Ydinjätehuollon strategisia vaihtoehtoja arvioiva tutkimus tukee suomalaisen ydinjätehuollon toteutusvarmuutta. Strategisilla selvityksillä pyritään varmistamaan omaa osaamispohjaa ydinjätehuollon toteuttamiseen myös muuttuneissa oloissa, Kuva 3. Vaikka maassamme edetään määrätietoisesti 5

8 kohti käytetyn ydinpolttoaineen geologista loppusijoitusta, on pidettävä silmät auki mahdollisille vaihtoehdoille, siltä varalta etteivät nykyiset suunnitelmat voisikaan toteutua. Kuva 3. Strategiset selvitykset KYT-ohjelmassa Strategisten selvitysten suuntaa-antavat tavoitteet puiteohjelmassa Ydinpolttoainekierron ja ydinjätehuollon peruslinjauksiin liittyviä kysymyksiä ovat esimerkiksi tulevaisuuden vaihtoehtoihin kuten erotteluun ja transmutaatioon (P&T) tai pitkäaikaisvarastointiin liittyvät selvitykset. Viime aikoina on myös virinnyt kansainvälinen keskustelu alueellisista polttoainekiertokeskuksista, joita perustellaan muun muassa ydinsulkuvalvonnan tehostamisella. Maassamme on syytä seurata kansainvälisessä tutkimuskentässä tapahtuvaa kehitystä näillä alueilla. Mukaan pääsy kansainvälisiin yhteishankkeisiin edellyttää riittävää omaakin osaamista. Ydinpolttoainekierron ja ydinjätehuollon yleisiä turvallisuuskysymyksiä ovat mm. turvallisuus- ja säteilysuojelutarkastelujen keskeiset periaatteet, loppusijoituksen palautettavuus ja loppusijoitustiloihin tunkeutuminen. Yleiset turvallisuuskysymykset ovat sitä ajattelua, joka on esim. loppusijoituskonseptin valinnan ja turvallisuuskriteerien määrittämisen taustalla. Strategisiin selvityksiin voidaan lukea teknisten vaihtoehtoselvitysten lisäksi esim. ydinjätehuollon kustannusselvitykset sekä ydinjätteiden kuljetuksiin, voimalaitosjätteiden huoltoon ja ydinvoimaloiden käytöstäpoistoon liittyvät turvallisuusselvitykset. Näiden aihepiirien kansainvälisen kehitystyön (EU, IAEA ja NEA) seuranta on perusteltua. Suunnitellut hankkeet vuonna 2007 Vuonna 2007 tutkimusohjelma käsittää kolme strategista selvitystä. 6

9 Hanke Vastuuhenkilö Hankkeen tyyppi Suomalainen erotus- ja Markku Anttila selvitys transmutaatiotekniikan tutkimus VTT/PRO Ydinjätehuollon teknistieteelliset Kari Rasilainen selvitys perusteet (TEPE) Tilannekatsaus uraanikaivosjätteiden kehittyneistä huoltomenetelmistä VTT/ T&K Vesa Suolanen VTT ukko 1. KYT-ohjelman strategiset selvitykset 2007 selvitys Taul Suomalainen erotus- ja transmutaatiotekniikan tutkimus -hanke jakautuu neljään osaan: 1) Transmutaatiolaitosten reaktorifysikaalisen laskentakyvyn kehittäminen. 2) Polttoainekiertojen proliferaatioriski 3) Aktinidien ryhmäerotusmenetelmät ja niiden sekundäärijätteiden käsittelymenetelmät 4) Alan kehityksen seuranta ja tiedonvälitys Ydinjätehuollon teknistieteelliset perusteet (TEPE) hankkeessa keskitytään kolmeen osaprojektiin. (1) käytetyn polttoaineen loppusijoituksen turvallisuusanalyysimetodiikan kehittärnistä tukeviin kansainvalisiin ja kansallisiin yhteistyöhankkeisiin; (2) paleohydrogeologisten tutkimusten hyödyntämistä safety casessa edistävään kotimaiseen yhteistyöhön sekä (3) ydinjatehuollon kustannusriskianalyysiin. Projektin tulokset ovat välittömästi raportoinnin jälkeen loppukäyttäjien käytettävissä. Hankkeessa tilannekatsaus uraanikaivosjätteiden kehittyneistä huoltomenetelmistä laaditaan ajantasainen katsaus uraanikaivosjätteiden huoltomenetelmistä yleisen keskustelun sekä viranomaisten uraanikaivoshankkeisiin liittyvän arviointityön tueksi. 3.2 Ydinjätteen loppusijoituksen turvallisuuden arviointi Tutkimusohjelman keskeinen sisällöllinen osa ovat tutkimukset, jotka edistävät käytetyn ydinpolttoaineen geologisen loppusijoituksen pitkäaikaisturvallisuutta ja erityisesti pitkäaikaisturvallisuuden arviointivalmiuksien parantamista, Kuva 4. Puiteohjelmassa tutkimustarvetta analysoidaan loppusijoituksen turvallisuuden arvioinnin kannalta, jotta rajalliset panostukset voidaan kohdentaa järkevästi. KYT-ohjelmassa ei ole tavoitteena laatia täydellistä, Posivasta riippumatonta loppusijoituksen turvallisuusanalyysia, vaan keskittyä tutkimuksiin, joilla käytettävissä olevin resurssein voidaan parantaa analysointivalmiuksia ja vähentää osasysteemeissä olevia olennaisia epävarmuuksia. KYTtutkimusohjelmaan on tarkoitus sisällyttää tutkimuksia, joilla on laajempaa merkitystä ydinjätehuollolle. Tällaisia ovat erityisesti kokeellisten ja teoreettisten menetelmien ja työkalujen kehittäminen ja testaaminen. Myös eri aihepiirien tilanne-katsaukset luovat laajempaa osaamispohjaa. 7

10 Ydinjätteiden loppusijoituksen turvallisuuden arviointi Kallioperä ja pohjavesi pohjavesivirtaus pohjavesikemia kalliomekaniikka jääkausien vaikutukset Tekniset vapautumisesteet loppusijoituskapseli bentoniittipuskuri ja täyteaine Tutkimushankkeet Raionuklidien vapautuminen ja kulkeutuminen lähialue kaukoalue biosfääri Kuva 4. Loppusijoituksen turvallisuuden arviointia edistävät tutkimuskokonaisuudet KYT2010-ohjelmassa. Vuonna 2007 käytetyn polttoaineen loppusijoituksen pitkäaikaisturvallisuuteen liittyviä hankkeita on yhteensä 15 kolmen tutkimuskokonaisuuden alueelta. Tutkimushankkeiden luokittelussa eri tutkimuspainopisteisiin on jossain määrin tulkinnanvaraisuutta, mikäli hanke sivuaa samanaikaisesti useampaa painopistettä. Näissä tapauksissa tutkimuspainopisteeksi on valittu panostuspainopiste. Seuraavassa esityksessä tutkimuspainopisteiden suuntaa-antavat tavoitteet on otettu KYT-puiteohjelmasta TEKNISET VAPAUTUMISESTEET Suuntaa-antavat tavoitteet puiteohjelmassa Käytettyjen polttoainenippujen aktiivisuusinventaari muodostaa turvallisuusanalyysin lähdetermin. Polttoainematriisi toimii vapautumisesteenä siihen sitoutuneille radionuklideille. Käytetyn polttoaineen liukenemisen/rapautumisen konseptuaaliselle mallille on esitetty eri vaihtoehtoja, joiden soveltuvuutta tutkitaan. Nopeasti vapautuva aktiivisuusosa erityisesti korkeapalamaiselle polttoaineelle on toinen tärkeä tutkimuskohde. Näitä tutkimuksia voidaan tehdä Suomessa varsin rajoitetusti, koska ne edellyttävät yleensä kuumakammiotutkimuksia. Luonnonanalogiatutkimuksilla voidaan saada lähinnä varmentavaa tietoa uraanin liukoisuudesta loppusijoitusolosuhteissa ja selvittää loppusijoitustilan käyttäytymistä miljoonien vuosien aikaperspektiivissä. Loppusijoituskapselin tehtävänä on eristää käytetty polttoaine ympäristöstään pitkäksi aikaa. Se on suomalaisen käytetyn polttoaineen loppusijoituskonseptin tärkein yksittäinen vapautumiseste. Kapseli voi periaatteessa vaurioitua lähinnä kemiallisen syöpymisen, ulkoisen mekaanisen rasituksen tai niiden yhdistelmäprosessien kautta. Kapselin eliniän arvioimiseen liittyviä KYT2010-ohjelmaan mahdollisesti sopivia tutkimusaiheita ovat 8

11 kuparin jännityskorroosio; vaikka suunnitellun kuparin ei ole todettu olevan herkkä jännityskorroosiolle loppusijoitusolosuhteissa, pitkä aikajänne aiheuttaa epävarmuutta ja mekanismien paremman ymmärtämisen kautta voitaisiin jännityskorroosion mahdollisuus sulkea pois nykyistä varmemmin kuparin pistekorroosio; sulfidi/sulfaatti -ympäristöistä ei pistekorroosiosta ole yhtä vankkaa ymmärrystä kuin kloridien kohdalla kapselimateriaalin virumiskestävyys; varsinkin kitkatappihitsatun kuparin virumisherkkyyttä tulisi tutkia olosuhteissa, jotka vastaavat tähänastisia kokeita paremmin todellisia loppusijoitusolosuhteita (paine, lämpötila, kesto). Lisäksi ympäristöavusteisen virumisen mahdollisuutta tulisi tutkia. Kapselin eliniän tarkempi arviointi edellyttää eri prosessien kytkettyä mallinnusta, jossa samanaikaiset prosessit vaikuttavat paitsi toisiinsa myös yhteisesti kapselin kestävyyteen. Tähän asti prosesseja on tutkittu lähinnä erillisinä, tosin korroosion ja virumisen kytkettyä vaikutusta tutkittiin kokeellisesti jo KYT-ohjelman ensimmäisellä jaksolla. Korroosiotutkimukset on kytkettävä lähialuekemian tutkimukseen, jotta varmistetaan parhaan tiedon mukaiset koe- ja mallinnusolosuhteet. Bentoniittipuskuri ympäröi kapselia ja sen tärkein tehtävä on varmistaa kapselin pitkälle eliniälle suotuisat olosuhteet. Bentoniittipuskuri on valmistettu puristetusta bentoniitista. Voidakseen toimia suunnitellulla tavalla sen on saavutettava suotuisat fysikaaliskemialliset ominaisuudet kyllästymisvaiheessa ja säilytettävä ne hyvin pitkään. Tunnelien täyteaineiden ja sulkurakenteiden tehtävänä on estää louhittujen tilojen muodostuminen pohjaveden virtauskanaviksi. Bentoniitin ja täyteaineiden toimintakykyyn liittyviä KYT2010-ohjelmaan mahdollisesti sopivia tutkimusaiheita ovat bentoniittipuskurin kyllästyminen loppusijoitustilojen sulkemisen jälkeen bentoniittipuskurin myötökyky kallioliikunnoissa ja taakankantokyky lämmönsiirto kapselista bentoniittipuskurin kautta kallioon (vettymisen aikana) bentoniitin mineraloginen muuntuminen (korkean ph:n tai pohjaveden ainesten vaikutuksesta) bentoniittipuskurin kaasunläpäisevyys bentoniittin ja täyteaineiden eroosio pitkällä aikavälillä täyteaineiden toimintakyky suolaisessa pohjavesiympäristössä Bentoniitin ja täyteaineiden käyttäytymistä voidaan mallintaa matemaattisesti. Mallinnuksen lähtötiedoksi tarvitaan analyyseja mm. laboratoriokokeista, in situ kokeista kalliolaboratorioissa (Äspö, Grimsel), ja luonnonanalogioista. Tarkka matemaattinen kuvaus edellyttää kytkettyä THMC-mallinnusta, jossa ovat mukana lämpötilan (T), hydrologian (H) mekaniikan (M) ja kemian (C) samanaikaisesti vaikuttavat prosessit. Tällaista vaativaa mallinnusta on Suomessa kehitetty vasta KYT-ohjelman ensimmäisen vaiheen aikana ja työ on vielä kesken. Suunnitellut hankkeet vuonna 2007 Tutkimuspainopisteessä tekniset vapautumisesteet rahoitettaan kolmea loppusijoituskapseliin liittyvää hanketta ja kahta bentoniittipuskuriin liittyvää hanketta. Polttoainematriisiin keskittyviä hankkeita ei ole tutkimusohjelmassa vuonna Hankkeet on lueteltu taulukossa 2 ja yhteenvedot hankkeiden tavoitteista ovat Liitteessä. 9

12 Hanke Bentoniitti ja tunnelin täyteainetutkimuksen osaamistason kartoitus Kapselikuparin pitkäaikaiskestävyys (Long-term integrity of copper overpack-leia) Bentoniittipuskurin toimintakyvyn mallinnus ja simulointi Vastuuhenkilö Jouko Törnqvist VTT Pertti Auerkari VTT/TUO Hankkeen tyyppi selvitys kokeellinen Markku Kataja mallinnus JYFL Hannu Ydinjätekapselin kokeellinen Hänninen deformaatiomekanismit TKK Kuparin korroosionopeuden Olof Forsén kokeellinen mittaaminen kaasufaasissa loppusijoituksen alkuvaiheessa Jari Aromaa TKK Taulukko 2. Hankkeet tutkimuspainopisteessä tekniset vapautumisesteet Kuparikapselin deformaatiomekanismit hankkeessa tavoitteena on ymmärtää mikroskooppinen ja makroskooppinen plastinen deformaatio kuparikapselin rakenteissa. Tuntemalla kuparikapselin eri osien deformaatiomekanismit voidaan ennustaa kapselin deformaatio ja mahdollinen säröily pitkäaikaisessa käytössä ja mallintaa sen käyttäytyminen luotettavasti. Hankkeessa tehdään kattava kirjallisuustutkimus ja kehitetään näytteenvalmistusmenetelmiä insitu EBSD- testauksessa käytettäväksi, lisäksi kehitettään menetelmiä paikallisen deformaation määrittelyssä käytetyn referenssikäyrän tarkkuuden ja luotettavuuden parantamiseksi. Kapselikuparin pitkäaikaiskestävyys (Long-term integrity of copper overpack LEIA) hankkeessa määritetään kokeellisesti ja mallinnetaan kapselikuparin ja sen hitsien pitkäaikaiskäyttäytyminen sekä hapetusastetransition vaikutus yhdistetyn virumisen ja korroosion elinikävaikutuksiin. Hankkeessa kuparin korroosionopeuden mittaaminen kaasufaasissa loppusijoituksen alkuvaiheessa on kehitetään mittausmenetelmää haihtumisen ja tiivistymisen mahdollisesti aikaansaamalle kuparin korroosiolle. Tutkimustuloksia voidaan käyttää hyväksi riskianalyysissä liittyen kapselien yleiseen korroosioon, pistekorroosioon ja jännityskorroosioon. Hankkeessa bentoniitti ja tunnelin täyteainetutkimuksen osaamistason kartoitus laaditaan tietokantapohjainen julkaisurekisteri. Hankkeen ensimmäisessä vaiheessa kartoitetaan ja luokitellaan bentoniitille ja tunnelin täyteaineelle tehdyt tutkimukset sekä laaditaan tietokanta. Bentoniittipuskurin toimintakyvyn mallinnus ja simulointi hanke valmistelee vuosille ajoittuvan varsinaisen THMC-tutkimuksen sekä aiemmin esitetyn THM-mallin ja numeriikan jatkokehitystyön. Valmistelu sisältää esityksen tutkimuksen rakenteeksi varsinaisen mallinnuksen sekä sitä tukevan kokeellisen toiminnan ja numeriikan kehityksen osalta, mahdolliset osallistujatahot sekä liitynnät muuhun meneillään tai alkamassa olevaan bentoniittitutkimukseen. 10

13 3.2.2 KALLIOPERÄ JA POHJAVESI Suuntaa-antavat tavoitteet puiteohjelmassa Pohjavesivirtaus kallioperässä toimii erilaisten massavirtojen kantajana. Pohjaveden virtausmallinnusta tarvitaan määritettäessä lähialueen massavirtoja, radionuklidien kulkeutumista kallioperässä sekä biosfääriin pääsevien radionuklidien määriä ja pitoisuuksia. Pohjavesivirtaukseen liittyviä yleisempiä mahdollisesti KYT2010-ohjelmaan sopivia tutkimusaiheita ovat eri mittakaavaisten ja erityyppisten (stokastinen, jatkuva väliaine, erilliset vyöhykkeet) mallinnuskonseptien nykyistä parempi yhdistäminen pinnanläheisen virtauksen mallinnus ja kytkentä syvempien pohjavesien virtauksen mallinnukseen maankohoamisesta aiheutuvat transientit. Pohjavesikemian olosuhteet ovat tärkeitä teknisten vapautumisesteiden kestävyyden ja radioaktiivisten aineiden kulkeutumisen kannalta. Pohjavesikemiaan liittyviä yleisempiä mahdollisesti KYT2010-ohjelmaan sopivia tutkimusaiheita ovat pohjavesikemiallisen ja virtausmallinnuksen nykyistä parempi keskinäinen kytkentä mikrobiprosessien mallinnus: ravinnelähteet, kytkentä liuenneisiin kaasuihin, pelkistyskyky rakotäytetutkimukset geokemiallisen evoluution indikaattorina. Kalliomekaaniset mittaukset ja simuloinnit ovat tärkeitä loppusijoitustilojen rakentamisen ja käytön yhteydessä. Myös pitkäaikaisturvallisuuteen liittyy kalliomekaanisia kysymyksiä. Yleisempiä kalliomekaniikkaan liittyviä KYT2010-ohjelmaan mahdollisesti sopivia tutkimusaiheita, joita voitaneen selvittää mm. kalliolaboratorioista saatavin tutkimustiedoin, ovat louhintahäiriövyöhykkeen karakterisointi mm. radionuklidien kulkeutumisen ja bentoniitin eroosion kannalta kiinteän kallion deformaatio ja rakojen syntyminen/eteneminen louhitun tilan ympärillä (tähän liittyvää aihetta on tutkittu KYT-ohjelman aiemmassa vaiheessa) kallion termomekaaninen käyttäytyminen siirrosliikunnot. Jääkausivaikutukset, erityisesti jäätiköityminen ja ikirouta aiheuttavat olennaisia muutoksia kallioperässä. Loppusijoituksen turvallisuuden kannalta merkittävimmät muutokset liittyvät pohjaveden virtaukseen, pohjavesikemiaan ja kallioliikuntoihin. Jääkausivaikutuksista voidaan saada suuruusluokka-arvioita yleisiin geologisiin tietoihin pohjautuvien teoreettisten tarkastelujen avulla. Tarkemmat arviot edellyttävät tuekseen kenttätutkimustietoja vaikutusten kannalta edustavilta alueilta. Jääkausivaikutuksiin liittyviä yleisempiä KYT2010-ohjelmaan mahdollisesti sopivia tutkimusaiheita ovat suolaisten pohjavesikerrosten syntyminen ja liikkuminen jäätiköitymis /ikiroutasyklien aikana jäätikön sulamisveden vaikutukset, mm. hapetuskyky kallioliikunnot jääkauden myöhäisvaiheessa. 11

14 Suunnitellut hankkeet 2007 Tutkimuspainopisteessä rahoitetaan kaudella neljä hanketta. Hankkeiden tavoitteista on yhteenvedot Liitteessä. Hanke Vastuuhenkilö Hankkeen tyyppi Kivi-vesi-vuorovaikutus Juhani Suksi vesien kulkeutumisen HYRL ilmentäjänä kokeellinen (KIVES-VEKU) Akustiseen emissioon perustuva Taisto Tuokko kallion jännitystilan TKK/KAL mittausmenetelmä kokeellinen Rakoilun aikariippuvuus ja ydinjätteen loppusijoitustilaa ympäröivän Pekka Särkkä kallion TKK/KAL mallinnus rikkoutumisvyöhykkeen mallintaminen (CREEP II) Uraanin käyttäytyminen kiteisissä Kirsti Loukolakivissä: tulosten hyödyntäminen Ruskeeniemi kokeellinen turvallisuusanalyysissä TKK/GET (GEOCHEM) Taulukko 3. Hankkeet tutkimuspainopisteessä kallioperä ja pohjavesi Hankkeessa kivi-vesi-vuorovaikutus vesien kulkeutumisen ilmentäjänä (KIVES-VEKU) kehitetään menetelmää, jolla pystytään arvioimaan jääkausien aiheuttamien kallioperän redox-häiriöiden laajuutta kallioperään jääneiden geokemiallisten jälkien perusteella. Vuonna 2007 hanketta toteutetaan pääasiassa laboratoriotutkimuksena käyttämällä hyväksi tutkimusta varten kehitettyä kivi-vesi-vuorovaikutussimulaattoria. Tuloksena saadaan tulkintamalli kallioperan ääriolosuhteissa (jääkausikierto) tapahtuvan vesien kulkeutumisen tutkimiseen. Tuloksia voidaan hyödyntaa (1) pohjavesikemian ja virtausmallinnuksen kytkennan kehittämisessä ja (2) jaakausivaikutusten (sulavesi) arvioinnissa. Akustiseen emissioon perustuva kallion jännitystilan mittausmenetelmä hankkeessa tavoitteena on kehittää kustannustehokas ja luotettava, uudenlainen kallion in situ jännitystilan mittausjärjestelmä vaihtoehdoksi nykyisin käytössä oleville menetelmille. Tuloksia voidaan hyödyntää ydinjätteen loppusijoitusta varten rakennettavien kalliotilojen suunnittelussa, sillä sen avulla suunnitteluun tarvittavan lähtötiedon hankinta voidaan tehdä aikaisempaa helpommin ja pienemmin kustannuksin. Rakoilun aikariippuvuus ja ydinjätteen loppusijoitustilaa ympäröivän kallion rikkoutumisvyöhykkeen mallintaminen hankkeen (CREEP II) tavoitteena on laatia menetelmä kallion rakojen alikriittisen kasvun numeerista mallinnusta varten. Keskeinen tehtävä on aikafunktion kehittäminen ja sen liittäminen rakomekaaniseen lujuuslaskentaohjelmaan sekä tarvittavien materiaaliparametrien määrittäminen laboratoriokokein. Kemiallisen 12

15 ympäristön merkitystä alikriittiseen raonkasvuun tutkitaan kirjallisuusselvitysten ja laboratoriokokeiden avulla. Uraanin käyttäytyminen kiteisissä kivissä: tulosten hyödyntäminen turvallisuusanalyysissa (GEOCHEM) tutkimuksessa selvitetään kulkeutuvatko radionuklidit kiven mikroraoissa pitoisuusgradientin mukaisesti diffundoitumalla (matriisidiffuusio. nykykäsitys), vai vaikuttaako mikrorakokulkeutumiseen haitta-aineiden voimakas saostuminen tai kemiallinen pidättyminen, jota säätelevät jaksottain tapahtuvien jääkausien aiheuttamat vaihtelut. Hankkeen tavoitteena on tietotaidon lisääminen haitta-aineiden, erityisesti uraanin kulkeutumisen arvioinnissa ympäristössämme RADIONUKLIDIEN VAPAUTUMINEN JA KULKEUTUMINEN Lähialuekulkeutumisella tarkoitetaan käytetyissä polttoainenipuissa olevien radionuklidien siirtymistä kapselin ja bentoniittipuskurin muodostaman kokonaisuuden läpi kalliorakoihin. Siirtymisen edellytyksenä on, että kapselin tiiveys on pettänyt (esim. pieni reikä) ja kapseli on täyttynyt vedellä. Termi lähialue tarkoittaa loppusijoitustilaa ja sen olosuhteiltaan häiriintynyttä kallioperäympäristöä. Yleensä lähialuemallinnuksessa oletetaan radionuklidien liukenevan veteen vioittuneessa kapselissa ja sitten diffundoituvan kapselin vuotokohdan kautta bentoniittiin ja edelleen kalliorakoihin. Sen lisäksi on ajateltavissa, että vioittuneessa kapselissa syntyvien korroosiokaasujen paineesta aiheutuvan purkauksen seurauksena radioaktiivisia aineita vapautuu kallioon. Viallisen kapselin käyttäytymisen tarkka mallintaminen loppusijoitusolosuhteissa on vaativaa, sillä se edellyttää useiden erityyppisten prosessien analysointia kytketysti (korroosioprosessit, veden kaksifaasiprosessit, radionuklidien vapautumis-, liukenemis-, spesiaatio-, diffuusio- ja sorptioprosessit). Kokeellisin tutkimuksin voidaan saada tukea mallinnukselle lähinnä osaprosessitasolla. Lähialuekulkeutumiseen liittyviä yleisempiä KYT2010-ohjelmaan mahdollisesti sopivia tutkimusaiheita ovat olosuhteet loppusijoitustilojen sulkemista seuraavassa transienttivaiheessa; erityisesti hapellisen jakson kesto, lämpötilat ja mikrobit lähialueessa kemialliset olosuhteet vioittuneessa, vedellä täyttyneessä jätekapselissa (mm. bentoniitin huokosveden koostumus) orgaanisten kolloidien kulkeutuminen bentoniitin läpi kaasunpurkausten mallintaminen korroosiotuotteiden vaikutus viallisen kapselin ja bentoniittipuskurin käyttäytymiseen. Kaukoaluekulkeutumisella tarkoitetaan lähialueelta kalliorakoihin päässeiden radionuklidien kulkeutumista geosfäärin ja biosfäärin rajavyöhykkeelle. Kulkeutuminen tapahtuu pääasiassa pohjaveden virtausten mukana. Termi kaukoalue tarkoittaa loppusijoitustilasta kauempana olevaa kallioperää, jossa olosuhteet ovat säilyneet häiriintymättöminä. Turvallisuusanalyysissa käytössä oleva konseptuaalinen kulkeutumismalli perustuu olennaisesti kaukoaluekulkeutumisen kuvaamiseen kahdella termillä: pohjaveden virtausvastuksella ja pidättymistekijällä. Virtausvastukseen sisältyvien parametriarvojen määrittäminen on vaikeata mm. kallioperän heterogeenisuuden vuoksi. Niiden määrittäminen on tehtävä ensisijaisesti sijoituspaikkakohtaisesti. Yleisemmän, esim. kalliolaboratorioista saatavan tutkimustiedon analysoinnilla voitaneen kuitenkin valottaa 13

16 virtausvastukseen liittyviä lainalaisuuksia, esim. skaalaussääntöjä ja parametrikorrelaatioita. Pidättymistermin konseptuaalista mallia on kritisoitu liian yksinkertaistetuksi ja prosessilähtöisempää mallinnusta (diffuusio, ioninvaihto, pintakompleksaatio, saostumisreaktiot) on ehdotettu, jotta voidaan ottaa paremmin huomioon mm. pohjavesikemiallisten muutosten vaikutukset pidättymistermiin. Sen lisäksi yleisempiä KYT2010-ohjelmaan mahdollisesti sopivia tutkimusaiheita ovat kallion huokoisuuden heterogeenisyyden vaikutus pidättymiseen reaktiivinen geokemiallinen kulkeutumismallinnus: mallien testaus ja lähtötietojen hankkiminen sorptio bakteeriperäisiin mineraaleihin, esim. rautaoksideihin (nk. biosorptio) kolloidikulkeutuminen, esim. bentoniitti kolloidilähteenä. Biosfäärimallinnuksessa radionuklidien päästönopeudet geosfääristä biosfääriin (Bq/a) muutetaan altistusanalyysin perusteella annosnopeuksiksi (Sv/a). Biosfäärimallinnusta tarvitaan, koska STUK:n asettamat suomalaiset turvallisuuskriteerit ovat annosnopeuspohjaisia. STUK on määritellyt YVL 8.4 ohjeessa (STUK 2001) pidemmän aikavälin tarkasteluille nuklidikohtaiset päästönopeusrajat, mutta annosrajat pysyvät edelleen mukana parhaiten ennustettavissa olevan muutaman tuhannen vuoden tarkastelujakson kriteereissä. Suunnitellut hankkeet 2007 Hankkeiden tavoitteista on yhteenvedot Liitteessä. Hanke Kiven huokostilavuuden ja heterogeenisuuden kuvaus tomografiamenetelmällä Käytetyn ydinpolttoaineen loppusijoittamisen ekologinen riskiarvio metsäekosysteemissä Kallion in situ tutkimukset Vastuuhenkilö Hankkeen tyyppi Jussi Timonen kokeellinen JYFL Jukka Juutilainen Kuopion YO Markus Olin VTT/ T&K Merja Itävaara VTT/BIO Marja Kauppi HYRL Lähialueen termo-hydrokemiallinen mallinnus (LÄHITHC) Syvien biosfäärien geomikrobiologia - molekyylibiologiset monitorointimenetelmät (GEOMOL) Siitari- selvitys mallinnus kokeellinen kokeellinen Kemiallisten olosuhteiden vaikutus radionuklidien Pirkko Hölttä HYRL mallinnus/ kokeellinen kallioperäkulkeutumisessa (KERA) Taulukko 4 hankkeet tutkimuspainopisteessä radionuklidien vapautuminen ja kulkeutuminen 14

17 Kiven huokostilavuuden ja heterogeenisuuden kuvaus tomografiamenetelmällä hanke hyödyntää vuosina kehitettyä mikrotomografiaan perustuvaa kiven rakenteen tutkirnusmenetelmää yhdessä PMMA-autoradiografia- ja konfokaalimikroskopiamenetelmän kanssa. Projekti toteutetaan JYFL:n ja HYRL:n yh- teistyönä kehittämällä kuvaanalyysimenetelmiä alueella 1 mikrometri -1Osenttimetriä. JYFL:iin hankitulla tomografialait-teistolla tehtavät mittaukset täydennetään PMMA-mittauksin HYRL:ssa ja konfokaalimikroskopiamittauksin Oviedossa. Projektissa tutkitaan kallioporauksen aiheuttamaa häiriöta ja vettäjohtavien rakojen reuna-alueiden rakennetta. Kiven huokoisuuden jatkuvuuden todentaminen, huokoisuuden ja sen rakennetta karakterisoivien suureiden tarkempi määrittäminen sekä kulkeutumiseen vaikuttavan heterogeenisuuden selvittäminen ovat työn keskeisiä tavoitteita. Käytetyn ydinpolttoaineen loppusijoittamisen ekologinen riskiarvio metsäekosysteemissä hankkeen tärkeimpänä tavoitteena vuonna 2007 on selvittää luonnonuraanin biosaatavuutta suomalaisissa metsissä. Hanke toteutetaan uraaniesiintymillä, joista kerätään näytteeksi maaperää ja kasvillisuutta. Lisäksi pyritään tunnistamaan eliöitä, joille haittavaikutusten riski on suurin, ja tehdään esitutkimus näiden eliöiden altistumisen määrittämisestä. Tuloksena saadaan radioekologisessa mallinnuksessa tarvittavia siirtokertoimia metsän eri osien välillä sekä tietoa siirtokertoimiin vaikuttavista tekijöistä. Lähialueen termo-hydro-kemiallinen mallinnus (LÄHITHC) hankkeessa perehdytään lähialueen integroituun osakuvaukseen, jossa mallinnetaan kytketysti loppusijoituskapselin lämmöntuottoa, puskuribentoniitin saturoitumista ja pohjaveden geokemiallista käyttäytymistä. Projektin ensivaiheessa bentoniitin saturoitumiseen ja kemialliseen käyttäytymiseen liittyvät malliparametrit pyritään asettamaan käyttäen hyväksi julkaistuja tutkimuksia. Mallinnuksessa käytettään Comsol Multiphysics ja PetraSim simulaatio-ohjelmia. Tuloksena saadaan bentoniitin lämpötilan, saturoitumisasteen ja kemiallisten ominaisuuksien (esim. mineralogia, liukoiset aineet) ajallisesta ja paikallisesta jakaumasta alustava arvio. Syvien biosfäärien geomikrobiologia - molekyylibiologiset monitorointimenetelmät (GEOMOL) projektin kokonaistavoitteena on kehittää molekyylibiologiaan perustuvia mikrobiologisia monitorointimenetelmiä, joita voidaan hyödyntää geornikrobiologisten prosessien tutkimisessa ja kehittää geobiokerniallisten prosessien ymmärtämystä ydinjätteen loppusijoituksen turvallisuustutkimuksessa Tutkimuksen kohteena ovat mikrobien esiintyminen. aktiviteetti, metaboliset prosessit ja diversiteetti sekä biogeokemialliset hapetus-pelkistys reaktiot kalliopohjavesisysteemissä. Kallion in situ tutkimukset hanke kehittää kallion rakenteen ja huokosveden koostumuksen tutkimusmenetelmiä sekä demonstroi ja määrittää radionuklidien kulkeutumista ja pidättymistä kalliossa in situ olosuhteissa. Hanke on osa kansainvälistä tutkimusprojektia Grimsel Phase VI. Työ suoritetaan osaprojekteina: 1) In situ kulkeutumiskoe 2) In situ impregnointikokeet kiven huokoisuuden ja rakoavaumien visualisoimiseksi (GTS) 3) Kiven huokosveden koostumuksen tutkimus 4) Cesiumin kulkeutumisreittitutkimus. 15

18 Hankkeessa kemiallisten olosuhteiden vaikutus radionuklidien kallioperäkulkeutumisessa (KERA) työ jakautuu kolmeen osaprojektiin: 1) Sorption mekanistinen mallinnus kuvaa ioninvaihdon mekanismeilla tapahtuvaa sorptiota kokeellisesti ja mallittamalla. 2) Kytketty reaktiivinen kulkeutumismallinnus simuloi pintaveden puskurikapasiteettia kallioperässä sekä uraanin kulkeutumista ja sorptiota ja mineralisaatiota luonnon olosuhteissa pitkällä aikavälillä. 3) Radionuklidien kulkeutumiskokeet tutkii kokeellisesti ja mallittamalla radionuklidien rakokulkeutumisessa pidättymistä aiheuttavia prosesseja, erityisesti matriisidiffuusiota. 16

19 Kansallinen ydinjätehuollon tutkimusohjelma (KYT2010) Suunnitellut tutkimushankkeet 2007 Hanke Vastuuhenkilö Hankkeen tyyppi Tutkimuspainopiste 1 Kiven huokostilavuuden ja Jussi Timonen kokeellinen Radionuklidien heterogeenisuuden kuvaus JYFL vapautuminen ja kulkeutuminen tomografiamenetelmällä 2 Käytetyn ydinpolttoaineen Jukka Juutilainen selvitys Radionuklidien loppusijoittamisen ekologinen Kuopion YO vapautuminen ja kulkeutuminen riskiarvio metsäekosysteemissä 3 Lähialueen termo-hydro-kemiallinen Markus Olin mallinnus Radionuklidien mallinnus (LÄHITHC) VTT/ T&K vapautuminen ja kulkeutuminen 4 Syvien biosfäärien geomikrobiologia - Merja Itävaara kokeellinen Radionuklidien molekyylibiologiset VTT/BIO vapautuminen ja kulkeutuminen monitorointimenetelmät (GEOMOL) 5 Kallion in situ tutkimukset Marja Siitari-Kauppi kokeellinen Radionuklidien HYRL vapautuminen ja kulkeutuminen 6 Kemiallisten olosuhteiden vaikutus Pirkko Hölttä mallinnus/ Radionuklidien radionuklidien HYRL kokeellinen vapautuminen ja kulkeutuminen kallioperäkulkeutumisessa (KERA) 7 Bentoniitti ja tunnelin Jouko Törnqvist selvitys tekniset vapautumisesteet täyteainetutkimuksen VTT osaamistason kartoitus 8 Kapselikuparin pitkäaikaiskestävyys Pertti Auerkari kokeellinen tekniset vapautumisesteet (Long-term integrity of VTT/TUO copper overpack-leia) 9 Bentoniittipuskurin toimintakyvyn Markku Kataja mallinnus tekniset vapautumisesteet mallinnus ja simulointi JYFL 10 Ydinjätekapselin Hannu Hänninen kokeellinen tekniset vapautumisesteet deformaatiomekanismit TKK 11 Kuparin korroosionopeuden Olof Forsén kokeellinen tekniset vapautumisesteet mittaaminen kaasufaasissa Jari Aromaa loppusijoituksen alkuvaiheessa TKK 12 Kivi-vesi-vuorovaikutus Juhani Suksi kokeellinen Kallioperä ja pohjavesi vesien kulkeutumisen ilmentäjänä HYRL (KIVES-VEKU) 13 Akustiseen emissioon perustuva Aleksis Lehtonen kokeellinen Kallioperä ja pohjavesi kallion jännitystilan mittausmenetelmä TKK/KAL 14 Rakoilun aikariippuvuus ja ydinjätteen Pekka Särkkä mallinnus loppusijoitustilaa ympäröivän kallion TKK/KAL Kallioperä ja pohjavesi rikkoutumisvyöhykkeen mallintaminen (CREEP II) 15 Uraanin käyttäytyminen kiteisissä Kirsti Loukola- kokeellinen Kallioperä ja pohjavesi kivissä: tulosten hyödyntäminen Ruskeeniemi turvallisuusanalyysissä TKK/GET (GEOCHEM) 16 Suomalainen erotus- ja Markku Anttila selvitys Strategiset selvitykset transmutaatiotekniikan tutkimus VTT/PRO 17 Ydinjätehuollon teknistieteelliset Kari Rasilainen selvitys Strategiset selvitykset perusteet (TEPE) VTT/ T&K 18 Tilannekatsaus Vesa Suolanen selvitys Strategiset selvitykset uraanikaivosjätteiden VTT kehittyneistä huoltomenetelmistä

20 Kansallinen ydinjätehuollon tutkimusohjelma (KYT) Tutkimussuunnitelma 2007 Tutkimushankkeen nimi Kiven huokostilavuuden kuvaus tomografiamenetelmillä Tutkimuslaitos Jyväskylän yliopisto, fysiikan laitos Vastuuhenkilö Jussi Timonen Mihin KYT-painopistealueeseen hanke kuuluu? (ks. puiteohjelma) Loppusijoituksen pitkäaikaisturvallisuus: kallioperä ja pohjavesi sekä radionuklidien kulkeutuminen kallioperässä Tutkimusjatkumo Tutkimus on aloitettu 2004 ja on suunniteltu jatkuvaksi vuoden 2008 loppuun. Yhteistyökumppanit Kotimaiset organisaatiot HYRL, STUK, GTK, Posiva Ulkomaiset organisaatiot Oviedon yo, geologia (Espanja), Nagra, HYDRASA, ERM Muut tutkimusohjelmat, tms. Grimsel test site phase VI Tutkimuksen tavoite Kehittää röntgenmikrotomografiaan, PMMA-impregnointiin ja kuvankäsittelyyn perustuvia menetelmiä kiven rakenteen analysoimiseksi mikrometriskaalasta senttimetriskaalaan asti. Tuloskategoria Kokeellisia menetelmiä Julkaisujen lukumäärä 2 Opinnäytetöiden lukumäärä Tulosten hyödyntäminen lyhyellä ja pitkällä tähtäimellä Hankkeesta saatava tieto edistää viranomaisen pitkäaikaisturvallisuuden arviointivalmiuksia. Ydinjätehuollon toimijat voivat käyttää kehitettyjä menetelmiä kallion huokosrakenteen määrittämiseen. Sisällölliset tavoitteet osaprojekteittain Karakterisoidaan suuren huokoisuuden omaavia muuntuneita tonaliittinäytteitä Sievin Syyryn porauksesta. 1. Huokoisuuden määritys PMMA-menetelmällä. Näytteiden mineraalitarkastelu ja osittain elektronimikroskopiaan perustuvaa rakennetarkastelua. (HYRL) 2. Yhden suuren huokoisuuden omaavan näytteen tarkka rakenneanalyysi mikrotomografialla. Suurempien osanäytteiden analysointi noin kymmenen mikrometrin ja pienten osanäytteiden analysointi noin mikrometrin resoluutiolla. Huokoisuuden kokoanalyysi ja mineraalispesifisyys, mikrorakoilun analysointi tarvittaessa. Mineraalikomponenttien kolmiulotteinen analyysi. (JYFL) 3. Kuvankäsittelymenetelmien kehittäminen mikrotomografiakuvien analysointiin. (JYFL) Julkaisut ja opinnäytetyöt Kaksi käsikirjoitusta julkaistavaksi alan kansainvälisissä lehdissä ja yksi työraportti. Muu tutkimuksista tiedottaminen Tuloksia raportoidaan KYT-seminaareissa ja kansainvälisissä konferensseissa.

21 Kansallinen ydinjätehuollon tutkimusohjelma (KYT) Tutkimussuunnitelma 2007 Tutkimushankkeen nimi Käytetyn ydinpolttoaineen loppusijoittamisen ekologinen riskinarviointi metsäekosysteemissä Tutkimuslaitos Kuopion yliopisto, Ympäristötieteen laitos Vastuuhenkilö Jukka Juutilainen Mihin KYT-painopistealueeseen hanke kuuluu? (ks. puiteohjelma) Loppusijoituksen pitkäaikaisturvallisuus: radionuklidien vapautuminen ja kulkeutuminen (biosfääri) Tutkimusjatkumo (onko hanke jatkoa aiemmalle tutkimukselle, suunnitellaanko jatkoa?) Tutkimus alkoi vuonna 2006 ja sen suunnitellaan jatkuvan vuoteen Yhteistyökumppanit Kotimaiset organisaatiot GTK Ulkomaiset organisaatiot Muut tutkimusohjelmat, tms. Environmental Risk Assessment Centre (ERAC), Maj ja Tor Nesslingin säätiö Tutkimuksen tavoite Hankkeen tavoitteena on kehittää ydinpolttoaineen loppusijoituksen ekologisten riskien arviointiin liittyvää biosfäärimallinnusta sekä luontoon kohdistuvien vaikutusten arviointimenetelmiä. Vuoden 2007 tärkein tavoite on luonnonuraanin käyttäytymisen selvittäminen suomalaisissa metsissä. Tuloskategoria (esim. kokeellinen menetelmä, tietokoneohjelma) kokeellinen menetelmä Julkaisujen lukumäärä 1 Opinnäytetöiden lukumäärä 2 Tulosten hyödyntäminen lyhyellä ja pitkällä tähtäimellä (mikä taho ja millä tavalla) Vuonna 2007 hankittua aineistoa hyödynnetään radioekologisen mallinnuksen kehittämisessä. Aineiston perusteella tullaan kirjoittamaan tieteellisiä artikkeleita. Tuloksia tullaan myös käyttämään yhden väitöskirjan aineistona. Pitkällä tähtäimellä tutkimus tuottaa tietoa, joka on ydinvoimateollisuuden ja yhteiskunnan hyödynnettävissä käytetyn ydinpolttoaineen loppusijoituksen riskianalyyseissä sekä Suomessa että kansainvälisesti. Tulokset ovat hyödynnettävissä myös mahdollisten uraanikaivosten ympäristöriskien arvioinnissa. Sisällölliset tavoitteet osaprojekteittain Kokeellisen aineiston kerääminen luonnonuraanin käyttäytymisestä suomalaisessa metsäekosysteemissä selvitetään luonnonuraanin biosaatavuus selvitetään luonnonuraanin jakautuminen eri kasvinosien välillä selvitetään muiden alkuaineiden vaikutus luonnonuraanin käyttäytymiseen Eliöiden, joille riski uraanialtistuksen haittavaikutuksille on suurin, tunnistaminen tunnistetaan näitä eliöitä kirjallisuuden avulla selvitetään esikokein näiden eliöiden esiintymistä tutkimusalueilla ja menetelmiä niiden uraanialtistuksen määrittämiseen Parametrien määrittäminen mallinnusta varten lasketaan mallinnuksessa tarvittavia siirtokertoimia sekä luonnonuraanille että muille alkuaineille tarkastellaan siirtokertoimiin liittyvää lineaarisuusoletusta tarkastellaan eri alkuaineiden vaikutusta toistensa siirtokertoimiin Julkaisut ja opinnäytetyöt Abstraktit: Roivainen, P., Makkonen, S., Holopainen, T., Juutilainen, J. Concentration ratios for uranium,

22 thorium, nickel, strontium, molybdenum and lead in a Finnish forest ecosystem. SETAC Europe 17th Annual Meeting, Porto, Portugal, May (Hyväksytty posteriesitykseen sekä SETAC:in opiskelijasymposiumin julkaisuun) Vuoden 2007 tuloksista laaditaan abstrakti, jolla osallistutaan vuonna 2008 tieteellisiin kokouksiin. Lisäksi aloitetaan tieteellisen artikkelin käsikirjoituksen kirjoittaminen. Vuonna 2007 valmistuu yksi pro gradu-työ sekä yksi LuK-tutkielma. Muu tutkimuksista tiedottaminen (esim. seminaari, tiedote, tms.) Osallistutaan posterilla SETAC Europen vuosikokoukseen Portossa

23 Kansallinen ydinjätehuollon tutkimusohjelma (KYT) Tutkimussuunnitelma 2007 Tutkimushankkeen nimi Lähialueen termo-hydro-kemiallinen mallinnus (LÄHITHC) Tutkimuslaitos VTT Mihin KYT-painopistealueeseen hanke kuuluu? (ks. puiteohjelma) Ydinjätteen loppusijoituksen turvallisuuden arviointi Vastuuhenkilö Markus Olin Tutkimusjatkumo (onko hanke jatkoa aiemmalle tutkimukselle, suunnitellaanko jatkoa?) Hanke on jatkoa vuoden 2006 REKU-hankkeelle ja siten osa pitkäjänteistä uuden asiantuntemuksen kehitystyötä vuosille Luotavat valmiudet palvelevat laajemmin jatkohankkeissa suoritettavaa todenmukaiseen loppusijoitustilan lähialueen integroituun termo-hydro-kemialliseen (THC) mallikuvaukseen tähtäävää tutkimusta. Yhteistyökumppanit Kotimaiset organisaatiot VTT, HYRL Ulkomaiset organisaatiot - Muut tutkimusohjelmat, tms. - Tutkimuksen tavoite Tavoitteena on perehtyä loppusijoitustilan lähialueen integroituun osakuvaukseen, jossa mallinnetaan kytketysti loppusijoituskapselin lämmöntuottoa, puskuribentoniitin saturoitumista ja pohjaveden geokemiallista käyttäytymistä. Tuloskategoria (esim. kokeellinen menetelmä, tietokoneohjelma) Asiantuntemus, mallinnus Julkaisujen lukumäärä 1 Opinnäytetöiden lukumäärä - Tulosten hyödyntäminen lyhyellä ja pitkällä tähtäimellä (mikä taho ja millä tavalla) Projektin tulokset ovat välittömästi hyödynnettävissä osana loppusijoitustilan toimintakykyanalyysiä. Projektissa saavutettavat valmiudet luovat edellytyksiä todenmukaisen lähialueen integroidun THCmallikuvauksen suorittamiselle pitemmällä tähtäimellä. Projekti luo uutta osaamista ja kasvattaa nuorta tutkijasukupolvea Suomen ydinjätehuollon tarpeisiin. Sisällölliset tavoitteet osaprojekteittain Projektin ensivaiheessa bentoniitin saturoitumiseen ja kemialliseen käyttäytymiseen liittyvät malliparametrit pyritään asettamaan käyttäen hyväksi julkaistuja tutkimuksia. Seuraavaksi asetettuja malliparametrejä käyttäen pyritään loppusijoitustilan bentoniittipuskurin THCkäyttäytyminen mallintamaan koko termisen vaiheen keston yli. Mallilaskujen tuloksena saadaan bentoniitin lämpötilan, saturoitumisasteen ja kemiallisten ominaisuuksien (esim. mineralogia, liukoiset aineet) ajallinen ja paikallinen jakauma. Julkaisut ja opinnäytetyöt Tulokset raportoidaan VTT-sarjan raporttina. Muu tutkimuksista tiedottaminen (esim. seminaari, tiedote, tms.)

24 Kansallinen ydinjätehuollon tutkimusohjelma (KYT) Tutkimussuunnitelma 2007 Tutkimushankkeen nimi Syvien biosfäärien geomikrobiprosessit - Molekyylibiologiset monitorointimenetelmät Tutkimuslaitos VTT Mihin KYT-painopistealueeseen hanke kuuluu? (ks. puiteohjelma) Kallioperä ja pohjavesi Tutkimusjatkumo Vastuuhenkilö Merja Itävaara Tutkimushanke on jatkoa vuonna 2006 käynnistyneelle projektille Syvien biosfäärien geomikrobiprosessit - Molekyylibiologiset monitorointimenetelmät (GEOMOL), rahoituspäätös KYT , rahoitusesitys KTM Dno 4/811/2005 pv Yhteistyökumppanit Kotimaiset organisaatiot GTK Lasse Ahonen Ulkomaiset organisaatiot Muut tutkimusohjelmat, tms. Tutkimuksen tavoite GEOMOL hankkeen kokonaistavoitteena on kehittää molekyylibiologiaan perustuvia mikrobiologisia monitorointimenetelmiä, joita voidaan hyödyntää geomikrobiologisten prosessien tutkimisessa ja kehittää biogeokemiallisten prosessien ymmärtämystä ydinjätteen loppusijoituksen turvallisuustutkimuksen käyttöön. Tutkimuksen kohteena ovat mikrobien esiintyminen, aktiviteetti, metaboliset prosessit ja diversiteetti sekä biogeokemialliset hapetus-pelkistysprosessit kalliopohjavesisysteemissä. Loppusijoituksen lähialueen erityisilmiöitä tarkastellaan epäsuorasti mm. uraani- ja kuparipitoisten geologisten ympäristöjen tutkimuksella. Tuloskategoria Julkaisujen lukumäärä 1 konferenssibstrakti ISEB New Zealand Opinnäytetöiden lukumäärä Tulosten hyödyntäminen lyhyellä ja pitkällä tähtäimellä (mikä taho ja millä tavalla) Tulokset on tarkoitettu eri ydinjätesektorin toimijoiden hyödynnettäviksi. Tärkeimpiä tuotteita ovat: Geenitekniikkaa käyttäen kehitetään testipatteristo syvien biosfäärien toiminnan ja lajiston tunnistamiseen. Kehitettävät menetelmät mahdollistavat ilman mikrobien viljelyä mikrobiologisten prosessien seurannan esim. monitoroinnin yhteydessä. Tietoa kallioperän bioprosessien merkityksestä ydinjätteen loppusijoituksen turvallisuudelle (mm. korroosio- kulkeutuminen ja redox-prosessit yleisesti). Näytteenottotekniikan kehittäminen mikrobiologisen näytteenoton tarpeisiin. Sisällölliset tavoitteet osaprojekteittain 1. Näytteenotot ja niiden jatkokehittäminen 2. Syvien pohjavesinäytteiden analysointi: 2.1 Mikrobitiheysmääritykset: elävien ja kuolleiden mikrobien määrä näytteissä Mikrobidiversiteetti näytteissä

25 2.2 Päälajiston esiintyminen ja suhteet geokemiallisiin parametreihin (PCR-DGGE bakteerien yleisalukkeilla) suhteutettuna 2.3 Sulfaatin pelkistäjämikrobien tunnistaminen sulfiittireduktaasi (dsrab) geenikoettimilla; menetelmän hiominen ja jatkokehittäminen 3. Sekvenssitieto datapankeista metanogeenien ja muiden funktionaalisten korrodoivien redox prosessien tunnistamiseksi funktionaalisten geenien kautta. Kontaktit ja vierailut kotimaassa että kansainvälisesti, konferenssimatkat 4. Vuoden 2007 päättyessä raportti tutkimustuloksista 5. Tieteellinen julkaisu aineiston mukaan Julkaisut ja opinnäytetyöt ISEB 18, Environmental Biogeochemistry at the Extremes, Taupo, New Zealand, toimitettu abstrakti: Role of deep biosphere in safety of nuclear waste disposal Muu tutkimuksista tiedottaminen (esim. seminaari, tiedote, tms.)