Käytetyn ydinpolttoaineen loppusijoituskapseleiden palautettavuus

Transkriptio

1 Työraportti Käytetyn ydinpolttoaineen loppusijoituskapseleiden palautettavuus Timo Saanio Heikki Raiko Maaliskuu 1999 POSIVA OY Mikonkatu 15 A, FIN HELSINKI, FINLAND Tel Fax

2 INSINÖÖRITOIMISTO SAANIO & RIEKKOLA OY SAATE Timo Saanio SAA TE TYÖRAPORTIN TARKASTAMISESTA JA HYVÄKSYMISESTÄ TILAAJA: Posiva Oy Mikonkatu 15 A HELSINKI TILAUS: 9524/99/JPS 9789/98/JPS YHTEYSHENKILÖT: TkL Jukka-Pekka Salo Dl Timo Saanio Dl Heikki Raiko Saanio & Riekkola Oy VTT Energia (luku 4.1) Posiva Oy Saanio & Riekkola Oy VTT Energia (luku 4.1) ~. 2'3 '?, \ 5_5 ~ ~ TYÖRAPORTTI: KÄYTETYN YDINPOLTTOAINEEN LOPPUSIJOITUS KAPSELEIDEN PALAUTETTAVUUS TEKIJÄ: TARKASTAJA: HYVÄKSYJÄ: Dl Timo Saanio Saanio & Riekkola Oy varatoimitusjohtaja ~~ rj2c...t~ Dl Heikki Raiko VTT Energia (luku 4.1) erikoistutkija /2_,~ ( ~e--riekkola Saanio & Riekkola Oy toimitusjohtaja la.. ~ n VTT Energia (luku 4.1) ryhmäpäällikkö al; LReiJ~ekkola toimitusjohtaja Saanio & Riekkola Oy ~--- Lasse Mattila VTT Energia (luku 4.1) tutkimuspäällikkö

3 Työraportti Käytetyn ydinpolttoaineen loppusijoituskapseleiden palautettavuus Timo Saanio Saanio & Riekkola Oy Heikki Raiko VTT Energia Maaliskuu 1999 Pasivan työraporteissa käsitellään käynnissä olevaa tai keskeneräistä työtä. Esitetyt tulokset ovat alustavia. Raportissa esitetyt johtopäätökset ja näkökannat ovat kirjoittajien omia, eivätkä välttämättä vastaa Posiva Oy:n kantaa.

4 Työraportti Käytetyn ydinpolttoaineen loppusijoituskapseleiden palautettavuus Timo Saanio Heikki Raiko Maaliskuu 1999

5 RETRIEV ABILITY OF SPENT NUCLEAR FUEL CANISTERS ABSTRACT As a part of the designing process of the Finnish spent nuclear fuei repository, a preiiminary study has been carried out to investigate how the canisters couid technically be retrieved to the ground surface. Possibility of retrieving a canister has been investigated in different phases ofthe disposai project. Retrievabiiity has not been a design goai for the spent fuei repository. However, design of the repository includes some features that may ease the retrievai of canisters in the future. Spent fuei eiements are packaged in massive copper-iron canisters, which are mechanically strong and iong-lived. The repository consists of excavated tunneis in hard rock, which are supposed to be very iong-iived making the removai of the tunnei backfilling technically possibie aiso in the future. As iong as the bentonite buffer has not been installed the canister can be retumed to the ground surface using the same equipment as was used when the canister was brought down to the repository and iowered into the hoie. In the encapsuiation station the spent fuei eiements can be packaged in the other canister or in the transport cask. After a deposition tunnei has been backfilled and closed, the retrievai consists of tearing down the concrete structure at the entry of the deposition tunnei, removai of the tunnei backfilling, removai of the bentonite from the disposai hoie and lifting up of the canister. Various methods, e.g., flushing the bentonite with saiine soiutions, can be used to detach the canister from a hoie with fully saturated bentonite. Recovery will be technically possibie aiso after closing of the disposai facility. Backfilling of the shafts and tunneis will be removed and additionai new structures and systems will have to be buiit in the repository. After that canisters can be transported to the ground surface as described above. In addition, handiing of the canisters at the ground surface will require additional facilities. Canisters can be packaged in the transport cask for transportation. Keywords: Spent nuclear fuei, retrievability, finai disposal, repository

6 KÄYTETYN YDINPOLTTOAINEEN LOPPUSIJOITUSKAPSELEIDEN PALAUTETTAVUUS TllVISTELMÄ Osana käytetyn polttoaineen loppusijoitustilojen suunnittelua on loppusijoitukseen liittyvää päätöksentekoa varten tutkittu, miten sijoitusreikiin asennettujen kapseleiden palauttaminen tarvittaessa maanpinnalle olisi teknisesti mahdollista toteuttaa. Kapselien palauttamismahdollisuudet on tutkittu loppusijoitusprosessin eri tilanteissa ja vaiheissa. Kapselien mahdollinen palauttaminen loppusijoitustiloista maanpinnalle ei ole ollut vaatimuksena tilojen suunnittelussa. Loppusijoitustilojen suunnitelma sisältää kuitenkin piirteitä, jotka saattavat helpottaa myöhempää kapselien palauttamista. Käytetty polttoaine kapseloidaan massiivisiin kupari-rautakapseleihin, jotka ovat mekaanisesti lujia ja hyvin pitkäikäisiä. Loppusijoitustilat rakennetaan kallioon louhittuina tiloina, jotka ovat kokemusten perusteella hyvin pitkäikäisiä ja tilojen myöhempi aukikaivaminen on teknisesti mahdollista. Mikäli kapseli päätetään palauttaa maan pinnalle ennen sijoitusreiän sulkemista, kuljetetaan kapseli kuljetusajoneuvolla kapselikuilun hissille ja nostetaan suoraan kapselointilaitokseen. Kapselin palauttamisen työvaiheet ovat samat kuin kapselin asennuksessa, mutta tehdään käänteisessä järjestyksessä. Kapselointilaitoksen kuumakammiossa polttoaineniput voidaan asentaa uuteen kapseliin tai polttoaineen siirtosäiliöön. Kun osa sijoitustunneleista on suljettu, koostuu kapselien palauttaminen sijoitustunnelin aukaisusta, sijoitusreiän aukaisusta ja kapselin poistosta. Sijoitustunnelin suulla oleva betonisulkurakenne puretaan, jonka jälkeen tunnelin tyhjennys etenee vaiheittain siten, että tunnelin täyttömateriaalia poistetaan kerrallaan vain yhden sijoitusreiän matkalta. Tämän jälkeen reikä avataan ja kapseli poistetaan. Sijoitusreikien bentoniitin poistossa voidaan käyttää esimerkiksi suolavedellä liuottamiseen perustuvaa tekniikkaa. Loppusijoitustilojen sulkemisen jälkeisenäkin aikana kapselit voidaan haluttaessa palauttaa maan pinnalle. Maan päälle rakennetaan tällöin laitos, jossa kapseleita voidaan käsitellä. Loppusijoitustilat avataan, jonka jälkeen niihin rakennetaan tarpeelliset rakenteet ja asennetaan järjestelmät. Kun em. tilat on valmiiksi rakennettu, noudatetaan Sijoitustunnelien aukaisussa ja kapselien poistossa samoja tekniikoita kuin käytettäisiin, mikäli kapselit palautettaisiin tilojen käyttövaiheessa. Kun kapselit on nostettu maanpinnalle, voidaan ne laittaa kuljetussäiliön sisään ja kuljettaa haluttuun paikkaan jatkotoimenpiteitä varten. Vaihtoehtoisesti voidaan kapselit avata ja siirtää polttoaineniput yksitellen kulj etussäiliöihin. Avainsanat: Käytetty polttoaine, palautettavuus, loppusijoitus, loppusijoitustilat

7 1 SISÄLLYSLUETTELO ESIPUHE JOHDANTO KÄYTETYN POLTTOAINEEN LOPPUSIJOITUSTEKNIIKKA PALAUTTAMINEN ENNEN SIJOITUSREIÄN SULKEMISTA PALAUTTAMINEN SIJOITUSTUNNELIN SULKEMISEN JÄLKEEN Loppusijoitustilan lämpötilat loppusijoituksen jälkeen Sijoitustunnelin aukaisu Sijoitusreiän aukaisu Kapselin poisto PALAUTTAMINEN KAIKKIEN TILOJEN SULKEMISEN JÄLKEEN YHTEENVETO LÄHDELUETTELO LIITE 1: KÄYTETYN POLTTOAINEEN KAPSELOI NTI JA LOPPUSIJOITUS.. 41

8 3 ESIPUHE Teollisuuden Voima Oy (TVO) ja Fortum Oyj (aikaisemmin IVO) varautuvat käytetyn korkea-aktiivisen ydinpolttoaineen loppusijoittamiseen syvälle Suomen kallioperään. Loppusijoituspaikka on tarkoitus valita vuoden 2000 loppuun mennessä neljän sijoituspaikkavaihtoehdon joukosta. Käytetyn polttoaineen loppusijoituksesta ja sitä varten tehtävästä tutkitnus- ja kehitystyöstä huolehtii voimayhtiöiden yhdessä perustama ja omistama yhtiö, Posiva Oy. Tässä raportissa käsitelty kapseleiden palauttaminen liittyy loppusijoitustilojen suunnittelu- ja kehitystyöhön. Raportti on laadittu VTT Energian ja Saanio & Riekkola Oy:n yhteistyönä. Heikki Raiko on kirjoittanut luvun 4.1 ja Timo Saanio pääosin muut luvut. Raportin kuvituksesta ovat vastanneet Timo Kirkkomäki ja Ari Gardetneister.

9 5 1 JOHDANTO Käytetyn polttoaineen loppusijoituksen lähtökohtana on, että kapseleiden sijoituksen jälkeen tilat suljetaan lopullisesti. Loppusijoitukseen liittyvää päätöksentekoa varten on kuitenkin nähty tarpeelliseksi tutkia, miten kapseleiden palauttaminen tarvittaessa maanpinnalle olisi teknisesti mahdollista toteuttaa. Kapseli saatettaisiin haluta palauttaa esimerkiksi, mikäli kapseleiden sisältämä materiaali tai energia haluttaisiin hyödyntää. Toisena syynä kapseleiden palauttamiseen voisi olla päätös järjestää koko käytetyn polttoaineen loppusijoitus jollakin toisella menetelmällä. Lähtökohtana on siis ollut tutkia, miten loppusijoitetut kapselit voidaan palauttaa maanpinnalle. Tässä raportissa käsitellään sekä kapseleiden palauttamista maanpinnalle että polttoaineen poistoa kapselista. Kapselien palauttamismahdollisuudet tutkitaan loppusijoitusprosessin kaikissa mahdollisissa tilanteissa ja vaiheissa. Ensimmäinen mahdollisuus palauttamiseen on, kun ensimmäistä kapselia ollaan vasta kuljettamassa kohti sijoitusreikää. Viimeinen tarkasteltava tilanne on, kun tilat on poistettu käytöstä ja kaikki tunnelit sekä kuilut täytetty täyttömateriaalilla. Palauttamistekniikka on tässä raportissa kuvattu kolmessa eri tilanteessa. Kaikki muut tilanteet kapseleiden ja loppusijoitustilojen elinkaaressa ovat johdettavissa em. tilanteista ja palauttamistekniikka vastaa jotakin esitetyistä tekniikoista. Tässä raportissa käsiteltävät tilanteet ovat: - Palauttaminen ennen sijoitusreiän sulkemista. Kapselia ollaan kuljettamassa sijoitusreikään ja se on kapselihississä tai alatasolla kapselinkuljetusajoneuvossa. Kapseli saattaa olla jo laskettu sijoitusreikään ja tartuntalaitteen ote kapselista on irrotettu, kun esim. huomataan, ettei reikä ole kelvollinen tai reiässä oleva hentoniitti ei ole täysin oikein asennettu. Lähtökohtana tässä tapauksessa on, ettei reiän hentoniitti ole vielä ehtinyt paisua ja tarttua kapseliin. - Palauttaminen sijoitustunnelin sulkemisen jälkeen. Tilojen käyttövaiheessa sijoitustunneleita täytetään tunnelienperältä alkaen sitä mukaa kuin kapseleita asennetaan sijoitusreikiin. Kun sijoitustunneliin on asennettu kaikki siihen tulevat kapselit ja tunneli täytetty, rakennetaan tunnelin suulle sulkurakenne teräshetonista. Ensimmäisen tunnelin sulkemisen jälkeen jatkuu tilojen käyttövaihe vielä pitkään- vähintään noin 20 vuotta. Tämä käyttövaiheen tilanne on valittu yhdeksi tarkasteltavaksi tilanteeksi. Tilat ovat siis käytössä ja keskustunneli on auki. Tunneli, jossa palautettavat kapselit sijaitsevat, on täytetty ja tunnelin suulla on sulkurakenne. - Palauttaminen kaikkien tilojen sulkemisen jälkeen. Kun kaikki kapselit on sijoitettu, niin tunnelit ja kuilut täytetään ja tilat suljetaan. Kuilujen yläpäihin rakennetaan teräshetoniset sulkurakenteet Edellä käsitellyt tilanteet voivat ajallisesti tapahtua kuvan 1-1 mukaisesti tilojen käyttövaiheessa, sulkemisvaiheessa tai sulkemisenjälkeisenä aikana.

10 6 KÄYTTÖVAIHE SULKEMIS- SULKEMISEN VAIHE JÄLKEINEN AIKA PALAUTTAMINEN ENNEN SIJOITUSREIÄN SULKEMISTA PALAUTTAMINEN SIJOITUSTUNNELIN SULKEMISEN JÄLKEEN PALAUTTAMINEN KAIKKIEN TILOJEN SULKEMISEN JÄLKEEN Kuva 1-1. Kapseleiden palauttaminen loppusijoituksen eri vaiheissa.

11 7 2 KÄYTETYN POLTTOAINEEN LOPPUSIJOITUSTEKNIIKKA Käytetty polttoaine kapseloidaan maanpinnalla olevassa kapselointilaitoksessa massiivisiin kupari-rautakapseleihin. Kapselirakenne muodostuu raudasta valetusta sisäkapselista ja sitä ympäröivästä 50 mm paksuisesta kuparivaipasta. Mahdolliseen kapselien palauttamiseen sen rakenne soveltuu erittäin hyvin; kapseli on mekaanisesti luja ja hyvin pitkäikäinen, sen korroosion kesto on vähintään noin vuotta, lisäksi sisäkapselin kansi on kiinnitetty pulteilla, mikä helpottaa kapselin avaamista. Kapselirakenne on esitetty kuvassa 2-1. Kapselit siirretään hissillä kapselointilaitoksesta syvällä kallioperässä sijaitseviin loppusijoitustiloihin (liite 1 ). Käytetyn polttoaineen loppusijoitustilat rakennetaan metrin syvyydelle kallioperään. Tilojen lopullinen sijoitussyvyys ja pohjaratkaisun muoto määräytyvät sijoituspaikan kallioperän ominaisuuksien perusteella. OLKILUODON POLTTOAINE LOVIISAN POLTTOAINE Kuva 2-1. Polttoainekapselin rakenne.

12 8 Tässä raportissa käsitelty loppusijoitustila perustuu kapasiteetiltaan tapaukseen, jossa nykyisten ydinvoimalaitosten käyttöaika on oletettu 40 vuodeksi. Loppusijoitustilat on mitoitettu noin 1400 kapselille, mikä vastaa kapseloituna polttoaineen kokonaismäärää 2600 tu. Loppusijoitustilojen perusratkaisussa johtaa maanpinnalta alas loppusijoitustiloihin kolme pystykuilua: työ-, henkilö- ja kapselikuilu. Kuilujen lisäksi voidaan käyttää myös ajotunnelia. Henkilö- ja kapselikuilut liittyvät maan päällä kapselointilaitokseen. Varsinaiset loppusijoitustilat koostuvat 25 m välein sijaitsevista yhdensuuntaisista sijoitustunneleista, joita yhdistää toisiinsa keskustunneli. Polttoainekapselit sijoitetaan Sijoitustunnelien lattiaan tehtäviin pystysuoriin reikiin. Reikien keskipisteiden välinen etäisyys on 8,0 m, mikäli tilat rakennetaan Kivettyyn tai Romuvaaraan. Lämpötilalaskelmien perusteella voidaan Olkiluodossa ja Hästholmenissa käyttää pienempää 7,5 m reikä väliä. Kapselin ja kallion välinen tila täytetään luonnosta saatavalla paisuvalla bentoniittisavella. Kuvassa 2-2 on esitetty poikkileikkaus täytetystä loppusijoitustunnelista sijoitusreiän kohdalta TVO:n ja IV On polttoaineelle. TVO 3500 IVO Sijoitustunnelit täytetään perustapauksessa joko murskeen ja bentoniitin seoksella tai murskeella ja bentoniittilohkoilla. Sijoitusreiät täytetään kokoonpuristetulla bentoniitilla. 1_---=- 35:: :0'---"'0 j 1 Murskebentoniitti täyttö Puristetut bentoniittilohkot ja bentoniittijauhe --- K apseli ~ 1752 Kuva 2-2. Täytetty sijoitustunneli ja -reikä TVO:n ja!von polttoaineelle.

13 ~ Kun kaikki kapselit on sijoitettu sijoitusreikiin, täytetään loppusijoitustasolla olevat tilat ja pystykuilut murskeella ja bentoniitilla. Kuilujen yläosat suljetaan lopuksi betonirakentein.

14 10

15 11 3 PALAUTTAMINEN ENNEN SIJOITUSREIÄN SULKEMISTA Tässä luvussa käsitellään tilannetta, jossa kapseli päätetään palauttaa maanpinnalle kun kapselia ollaan laskemassa reikään tai kapseli on jo laskettu ja tartuntalaitteen ote on irrotettu. Lähtökohtana on, ettei reiän hentoniitti ole vielä ehtinyt tarttua kapseliin. Kapselien kuljetus- ja asennusajoneuvo on esitetty kuvassa 3-1. Kun päätös kapselin palauttamisesta on tehty, toteutetaan kapselin asennuksen työvaiheet (liite 1) käänteisessä järjestyksessä (kuva 3-2). Vaikka tartuntalaitteen ote kapselista olisi irrotettu ja kapseli olisi vinossa, saadaan tartuntalaite uudelleen kiinnitetyksi sijoitusreiässä olevaan kapseliin. Tällöin käytetään hyväksi siirtoajoneuvon paikantamisjärjestelmää (ajoneuvon nostopisteen x-y-säätö) ja TV-kameran avulla toteutettua ohjausta. Jos kapselin päälle on pudonnut bentoniittia tai muuta ainetta, on kapselin kansi kiinnitysurineen puhdistettava ennen uudelleen tarttumista ja nostoa. Kapseli nostetaan säteilysuojan sisään ja säteilysuoja nostetaan ajoneuvoon. Tämän jälkeen kapselinkuljetusajoneuvo siirtää kapselin keskustunnelia pitkin takaisin kapselihissille. Kapseli nostetaan hissillä maanpinnalle suoraan kapselointilaitokseen. Kapselin palauttamisen työvaiheet on esitetty taulukossa 3-1. Kuva 3-1. Kapselien kuljetus- ja asennusajoneuvo.

16 r ,---~ ~~ H i Kuva 3-2. Kapselin nosto sijoitusreiästä kapselinkuljetusajoneuvoon. Kapselointilaitoksessa kapseli voidaan puhdistaa mahdollisesta bentoniitista ja siirtää kapseleiden puskurivarastoon tai polttoaineen kapselointiosaan, jossa niput voidaan poistaa kapselista. Kapselin mahdollista tarkastusta varten on siirtokäytävässä ainetta rikkomattomat tarkastuslaitteet hitsin tai kapselivaipan volymetriseen tarkastukseen. Mikäli niput poistetaan kapselista, koneistetaan kuparikansi auki siirtokäytävässä ole-

17 13 valla jyrsinlaitteella. Seuraavaksi kapseli siirretään kiskoja pitkin kulkevalla siirtovaunulla kuumakammion kohdalle ja kapseli telakoidaan kuumakammioon. Kapselin sisäkansi poistetaan kuumakammiossa. Sisäkannen irrotus on yksinkertaista, koska kansi on kiinnitetty pulteilla. Polttoaineniput voidaan nostaa pois kapselista ja sijoittaa joko autoklaaviin tai polttoaineen siirtosäiliöön. Kun kapseli on tyhjä, poistetaan se telakointiasemasta. Kuumakammioon voidaan telakoida uusi kapseli ja polttoaineniput voidaan nostaa autoklaavista kapseliin. Mikäli päätös kapselin palauttamisesta johtui kapselista tai sijoitusreiän bentoniitista voidaan sijoitusreikä ottaa uudelleen käyttöön korjaavien toimenpiteiden jälkeen. Mikäli palauttaminen johtui sijoitusreiästä, harkitaan reiän mahdollinen käyttö tapauskohtaisesti. Jos reikää ei käytetä kapselin sijoitukseen, täytetään se murskeen ja bentoniitin sekoituksella. Mikäli kapseli päätetään palauttaa maanpinnalle ennen sijoitusreiän sulkemista, kestää työ muutamia tunteja ja siitä aiheutuvat kustannukset ovat vähäiset. Taulukko 3-1. Kapselin palauttamisen työvaiheet, kun palauttaminen tehdään ennen sijoitusreiän sulkemista. TYOVAIHE Tartuntalaitteen kiinnitys kapseliin 1-1- Kapselin nosto kuljetusajoneuvoon 1- Kapselin ajo kuljetusajoneuvolla kapselikuilulle Kapselin lasku siirtovaunuun 1-1- Siirtovaunun ajo kapselihissiin Kapselihissin nousu kapselointilaitokseen 1- Kapselin tarkastus ja mahdollinen puhdistus 1- Kapselin siirto puskurivarastoon tai polttoaineen kapselointiosaan L.

18 14

19 15 4 PALAUTTAMINEN SIJOITUSTUNNELIN SULKEMISEN JÄLKEEN 4.1 Loppusijoitustilan lämpötilat loppusijoituksen jälkeen Loppusijoitettujen kapselien takaisinottotarkasteluja varten on suoritettu lämpötilalaskelmia, joiden avulla saadaan käsitys, mikä on loppusijoitustilan tunnelien kallioympäristön, loppusijoitusreikien ja itse kapselien lämpötila ajan funktiona. Laskelmat on tehty sijoituspaikkakohtaisilla tyypillisillä lämpöteknisillä arvoilla (taulukko 4-1) ja perustapauksen polttoainetyypeillä ja määrillä. Laskentatapauksina analysoitiin lämpötiloja perusratkaisun mukaisessa suorakaiteen muotoisessa (noin 600 m x 500 m) loppusijoitustilassa. Taulukossa 4-2 on esitetty oletuksina käytetyt numeeriset lähtötiedot Laskentatapauksessa oletettiin BWR-tyyppiset kapselit ja kapselien sijoitusetäisyytenä 7,5 m. Kallion lämmönjohtavuutena pidettiin 3,0 W/m/K. REPTEM-ohjelmalla laskettiin lämmönlähteiden kallioperään aiheuttamia lämpötilakentän muutoksia ajan funktiona. Noin 500 m syvyydellä loppusijoituspaikkakuntaehdokkaiden peruskalliossa vallitseva lämpötila on mittauksien mukaan C. Kuvassa 4-1 olevan tulosteen yksinkertaistamiseksi ja havainnollistamiseksi on oletettu, että loppusijoitustilan alkuperäinen vallitseva lämpötila on ollut + 1 oo C. Kuvassa 4-1 on tulostettu tyypillinen kalliotunneli en, loppusijoitusreiän ja kapselin lämpötila 2000 vuoden kuluessa loppusijoituksesta. Tuloksista voidaan todeta, että kapselien maksimipintalämpötila, noin +90 C, saavutetaan parinkymmenen vuoden kuluttua ja itse loppusijoitustilan kallio- ja täyteaineiden maksimilämpötila, noin +65 c: saavutetaan vajaassa vuosisadassa. Näiden maksimiarvojen jälkeen lämpötilat alkavat aleta siten, että 500 vuoden kuluttua ollaan noin +50 C:ssa ja 2000 vuoden kuluttua noin +30 C:ssa. Mikäli kapselin ja loppusijoitusreiän välissä oleva hentoniittikerros on vettynyt täydellisesti, alenee kapselin lämpötila puolta lähemmäksi loppusijoitusreiän lämpötilaa, katso kuvaa 4-1. Mikäli tunnelit joudutaan kaivamaan auki polttoainekapselien poistamiseksi loppusijoitustilasta, saadaan työskentelytilan atmosfåäri työskentelyyn sopivaksi tavanomaisen ilmastoinnin avulla. Kaivoksien kokemusten perusteella kallion korkea lämpötila hidastaa työvaiheita ja nostaa työn kustannuksia.

20 16 Taulukko 4-1. Loppusijoitusympäristön.fysikaalisia arvoja. Kallion lämmönjohtavuus (Olkiluoto & Hästholmen) Kallion lämmönjohtavuus (Kivetty & Romuvaara) Bentoniitin lämmönjohtavuus (kuivana) Kallion lämpökapasiteetti 3,0W/m/K 2,7W/m/K 0,75 W/m/K 750 J/kg/K Kallion tiheys 2700 kg/m 3 Taulukko 4-2. Lähtötietoja laskelmassa käytetyistä polttoaineista, loppusijoituskapseleista ja niiden sijoittelusta loppusijoitustilassa perustapauksen (P) mukaisessa loppusij o itussuunnitelmassa. TVO:n IV On poltpolttoaine toaine Kapselin ulkohalkaisija [mm] Kapselin korkeus [mm] Bentoniittikerroksen paksuus kapselin ympärillä [mm] Latauksen keskimääräinen nippupalama [MW d/kgu] 33,5 35,9 Todellinen j äähtymisaika [ a] Keskimääräinenjälki j äähtymisaika (painotettu) [ a] 29,3 22,3 Loppusijoitusjakson pituus [a] Keskimääräinen lämpöteho kapseloitaessa [W /tu] Uraania yhteensä [tu] Uraanimäärä 12 nipun kapselissa [tu] 2,11 1,44 Kapselien lukumäärä yhteensä [kpl] Sijoitustunnelien etäisyys toisistaan [ m] Tunnelien pituus keskustunnelista lukien enintään [ m]

21 17 LS-TILAN LÄMPÖTILOJA 100~----~----~--~----~----~----~----~----~----~--~ r ~~ ~----~~ 80 -r-----~~~--r ~~~----~~ r-----r r--~-~~ KAPSELI REIKÄ TUNNELI ~--~~--~--~-4-~-~-~---~-~-~-=-=-=-=- ~r~- ~-~-~~~~ ~ e ~~ ---J Q ~~ r-< 40 ~ ~V ~~~ - -- ~---- ~ ~ r---~r r----~----~ l 10 -r-----r---~r r----~----~ ~ ~~--_, ~----~----~ ~ AIKA (a) Kuva 4-1. Loppusijoitustilan tunnelien, sijoitusreikien ja kapselien lämpötiloja loppusijoituksen jälkeen. 4.2 Sijoitustunnelin aukaisu Sijoitustunneleita täytetään ja suljetaan loppusijoituksen edetessä jo tilojen käyttövaiheessa. Täyttömateriaalina käytetään mursketta ja bentoniittia (luku 2). Sijoitustunnelin suulle rakennetaan sulkurakenne teräsbetonista (Haaramo 1999). Sulkurakenne estää täyttömateriaalia paisumasta keskustunneliin. Rakenteen sijainti ja päämitat on esitetty kuvassa 4-2. Massiivinen betonirakenne raudoitetaan lähinnä rakenteen seinä-, katto- ja lattiapintojen läheltä. Sulkurakenteen raudoitus on esitetty kuvassa 4-3. Rakenteen yläosa betonoidaan injektointiputken avulla ja rakenteen liitos kallioon tiivistetään injektoinnilla. Betonin sitoutumisen aiheuttama lämpötilan nousu hallitaan rakenteeseen asennettavan jäähdytysvesiputkiston avulla. Oletetaan käyttövaiheessa tapahtuva tilanne, jossa jo suljetusta tunnelista halutaan poistaa kaikki tunneliin sijoitetut kapselit. Sijoitustunneleita lukuunottamatta kaikki muuttilat ovat auki, sijoitustunnelin suulla on betonisulkurakenne (kuva 4-4). Teknisesti kapselin palauttaminen maanpinnalle koostuu sijoitustunnelin aukaisusta, sijoitusreiän aukaisusta ja kapselin poistosta. Tunnelin tyhjennys etenee vaiheittain siten, että tunnelin täyttömateriaalia poistetaan kerrallaan vain yhden sijoitusreiän matkalta. Tämän jälkeen reikä avataan, kapseli poistetaan ja reikä täytetään täyttömateriaalilla. Seuraavaksi jatketaan täyttömateriaalin poistolla yhden sijoitusreiän matkalla jne.

22 ) KESKUSTUNNELI 6opo w., ",. ' ~ / k') "'t ~ 1., A ~ g < N N N Kuva 4-2. Sijoitustunnelin suulla oleva teräsbetoninen sulkurakenne (Haaramo 1999).

23 TW20-K100 0-K100 Kuva 4-3. Sulkurakenteen raudoitus (Haaramo 1999).

24 20 SULKURAKENNE SIJOITUSTUNNELI KESKUSTUNNELI Kuva 4-4. Keskustunnelin ja sijoitustunnelin risteysalue. Sijoitustunnelin suulla on betonisulkurakenne. Lähtötilanteessa sijoitustunnelin suulla oleva teräsbetoninen sulkurakenne on poistettava. Ennen sulkurakenteen poistoa on rakenteen läpi syytä porata muutamia reikiä, joilla voidaan tarkkailla täyttömateriaalin painetta ja osittain myös pienentää painetta päästämällä vettä pois täyttömateriaalista. Reikien läpi voidaan myös suorittaa aktiivisuusmittauksia. Mikäli on tarpeellista, voidaan painetta purkaa myös suurentamalla reikiä ja syöttämällä reikien kautta huuhteluvettä seinän taakse ja huuhtelemaha täyttömateriaalia pois sulkurakenteen takaa. Sulkurakenne voidaan purkaa monella vaihtoehtoisella menetelmällä. Eräs käyttökelpoinen työtekniikka on kairata rakenteen läpi ensin useita mahdollisimman isoja kairanreikiä. Seuraavaksi avarretaan ja yhdistetään reikiä hydraulivasaralla piikkaamalla (kuva 4-5) ja mahdollisesti timanttisahalla sahaamalla. Rakenteessa olevat teräkset katkaistaan, syntyvä jäte lastataan louheenkuljetusajoneuvoon, kuljetetaan keskustunnelia pitkin työkuilulle ja nostetaan hissillä maanpinnalle tai kuljetetaan johonkin täytettävään tunneliin (kuva 4-6). Sulkurakenteen kohdalta paljastuvan kalliopinnan lujitustarve tarkastetaan ja tehdään tarvittavat lujitustoimenpiteet.

25 21 Kuva 4-5. Hydraulivasara. Täyttömateriaalia Kuva 4-6. Betonisulkurakenteen poisto. Mahdollisia työtekniikoita ovat mm. rakenteen räjäyttäminen pienin räjähdysainepanoksin tai etanadynamiitin avulla, rakenteen paloittelu sahaamalla tai rakenteen irrotus irtikairaamalla. Räjäyttäminen tulisi tehdä useassa osassa räjäytysten aiheuttamien tärinöiden rajoittamiseksi ja tulisi lähinnä kyseeseen, mikäli ensimmäinen sijoitusreikä on kallioperäolosuhteista johtuen tarpeeksi kaukana sulkurakenteesta. Mikäli sulkurakenne irrotetaan sahaamalla tai irtikairaamalla, tulee se paloitella pienemmiksi paloiksi kuljetuksen helpottamiseksi. Kuvissa 4-7 ja 4-8 on esitelty vaijerisahaustekniikkaa, jota käytetään aukkojen tekemiseen betonirakenteisiin.

26 22 Start of the sequence Diamond Wire"" End of the sequence Kuva 4-7. Betonirakenteen vaijerisahaustekniikka. Kuva 4-8. Lähikuva timanttivaijerisahasta. Sulkurakenteen poiston jälkeen poistetaan sijoitustunnelista täyttömateriaalia niin pitkälle, että ensimmäisellä sijoitusreiällä voidaan työskennellä. Murske-bentoniitin ominaisuudet riippuvat sen vedellä kyllästymisasteesta sekä kehittyneestä paisuntapaineesta. Ominaisuuksiin vaikuttaa se, kuinka paljon tunneliin on vuotanut vettä ja kuinka kauan tunneli on ollut suljettuna. Ominaisuudet saattavat vaihdella myös yhdessä sijoitustunnelissa. Sijoitustunnelin täyttömateriaalin poistossa käytetään perinteisiä kaivinkoneita, lastauskoneita (kuva 4-9) sekä tarpeen mukaan ns. rouhijoita. Irrotettava täyttömateriaali lastataan louheenkuljetuskalustoon kuljetettavaksi tilanteesta riippuen joko muiden tunnelei-

27 23 den täyttömateriaaliksi tai työkuilun kautta maanpinnalle (kuva 4-1 0). Tunnelin aukaisun edetessä tarkastetaan paljastuvan kalliopinnan lujitustarve ja tehdään tarvittavat lujitustoimenpiteet. Kalliopinnan tarkastuksen yhteydessä irrotetaan katosta ja seinistä mahdollisesti irtoamassa olevat lohkareet. Lujitustoimenpiteinä voidaan käyttää pultitusta, ruiskubetonointia ja injektointia. Tunnelin aukaisun yhteydessä tehtävät lujitustyöt vastaavat nonnaalissa kalliorakennuskohteessa käytettäviä työtekniikoita (kuvat 4-11, 4-12 ja 4-13). Kuva 4-9. Tunnelien täyttömateriaalin poistossa käytettävä lastauskone. Kuva Sijoitustunnelin täyttömateriaalin irrotus ja lastaus.

28 24 TÄYTTÖMATERIAALIN LASTAUS TUNNELIN HOLVIN PULTITUS RUISKUBETONOINTI Kuva Tunnelin aukaisun yhteydessä voidaan käyttää normaaleja kallion lujitustoimenpiteitä. Kuva Tunnelin pultitusjumbo.

29 25 Kuva Tunnelin ruiskubetonilaite. Loppusijoituskapseli on suunniteltu kestämään loppusijoituksessa hyvin pitkään siten, että siitä ei pääse leviämään radioaktiivisia aineita ympäröivään kallioon tai tunneleihin. Sijoitustunnelin aukaisun aikana tarkkaillaan kuitenkin jatkuvasti sijoitustunnelin ilman ja täyttömateriaalin aktiivisuutta. Ilman aktiivisuuden ylittäessä sallitun rajan kytketään sijoitustunnelin ilmanvaihto valvotun alueen ilmanvaihtoon. Mikäli täyttömateriaalin aktiivisuus ylittää sallitun rajan, sitä ei nosteta maanpinnalle. Täyttömateriaalilla täytetään muita sijoitustunneleita tai sitä siirretään kapseloint1laitoksen käyttö- ja käytöstäpoistojätehalliin. Materiaalin lastaus ja kuljetus voidaan tarvittaessa tehdä säteil ysuoj atusta tilasta. Tunnelien ja täyttömateriaalin lämpötila nousee sijoitusreikien ja tunneleiden ollessa suljettuna kapselien lämmöntuotosta johtuen. Korkeimmillaan tunnelin lämpötila on noin 65 C vajaan vuosisadan kuluttua tunnelin sulkemisesta (luku 4.1 ). Mikäli tilojen käyttövaihe kestää noin 20 vuotta, nousee kallioperän lämpötila korkeimmillaan noin 55 C:een. Täyttömateriaalin käsittelyssä käytettävät koneet rakennetaan kestämään kuuman materiaalin käsittely. Kuuman materiaalin käsittely ei aiheuta ongelmia, sillä esimerkiksi asfalttitöissä käsitellään huomattavasti kuumempaa massaa. Tunnelin ilman lämpötila saadaan viilennetyksi työskentelyyn sopivaksi ilmanvaihdon ja jäähdytyksen avulla. Esim. Saksassa on kokemuksia työskentelystä kaivoksista, joissa kallion lämpötila on yli 50 C (Intemational Mining 1986). Samoilla jäähdytysmenetelmillä saadaan ilma viilennetyksi työskentelyyn sopivaksi, kun kallion lämpötila on yli 60 C. On arvioitu, että nykyisellä kaivostekniikalla voidaan työskennellä ilman lämpötilan ollessa alle 70 C ja kallion lämpötilan ollessa alle 100 C.

30 26 Loppusijoitusrei'issä kapselin ympärillä oleva hentoniitti on vettyessään turvannut ja paineistunut Kun tunnelissa oleva täyteaine kaivetaan pois, poistuu reiän suulta myös tunnelitäytteen muodostama mekaaninen tuenta ja bentoniitissa oleva sisäinen paine purkautuu sen paisuttaessa bentoniittia vapaassa reiässä ylöspäin avattuun tunneliin. Tunnelin tyhjennyksen edetessä sijoitusreikien yli asennetaan niiden päälle ajosillat Ajosilloissa on aukko sijoitusreiän kohdalla. Silloissa on tnyös sijoitusreiälle kaulusrakenne, joka voidaan painaa tiiviisti lattiaan. Kaulusrakenteella estetään lattiasepelin valuminen myöhemmin sijoitusreikään. Täyttömateriaalin poiston jälkeen sorastetaan sijoitustunnelin lattia siihen asti kuin täyttömateriaalia on poistettu. Täyttömateriaalin ja lattiasoran väliin voidaan rakentaa kynnys, jottei täyttömateriaalin hentoniitti valu lattiasoran sekaan. Seuraavaksi asennetaan tarvittavat ilmanvaihto-, sähkö- ja valaistusjärjestelmät Koska sijoitustunnelin käyttö tulee olemaan lyhytaikaista, järjestelmät vastaavat lähinnä työmaalle asennettavia työnaikaisia järjestelmiä. Keskustunnelin raitisilmakanavasta vedetään kanava sijoitustunnelin avatun osuuden perälle. Kanava voi olla ns. rättikanava ja se ripustetaan kallioankkureilla tunnelin seinään tai kattoon. Sijoitustunneliin vedetään keskustunnelista sähkölinja ja tunneliin asennetaan valaisimet Sijoitustunnelin vuotovedet valuvat lattiasoraa pitkin keskustunnelin viemäröintijärjestelmään, koska tunneli on kallistettu keskustunneliin päin. Rikkonaisuusvyöhykkeistä mahdollisesti tulevat suuremmat vuotovesimäärät voidaan paikantaa tunnustelurei'istä ja injektoida jo sijoitustunnelin aukaisuvaiheessa. Mikäli sijoitustunneliin kuitenkin vuotaa suurempia vesimääriä, asennetaan tunneliin viemäri putki, jolla vedet johdetaan keskustunnelin viemäröintijärjestelmään. 4.3 Sijoitusreiän aukaisu Sijoitusreiässä olevat hentoniittilohkot ovat asennuksen jälkeen imeneet itseensä pohjavettä, muodostaneet kerroksen, jonka vedenjohtavuus on hyvin pieni ja kehittäneet paisuntapainetta. Paineen suuruus riippuu siitä, kuinka paljon hentoniitti on ehtinyt saturoitua, eli kuinka kauan se on ollut reiässä ja kuinka paljon siihen on imeytynyt vettä. Saatavilla olevan veden määrä voi vaihdella paljonkin reikäkohtaisesti. Ennen kapselin nostamista on sen päällä oleva hentoniitti poistettava ja sivuilla oleva hentoniitti poistettava tai löyhdytettävä, jottei kapseli vaurioidu noston yhteydessä. Reiän yläosan bentoniittia voidaan poistaa normaaleilla kaivutekniikoilla. Pintaosaa alempana reiässä bentoniitin löyhdyttäminen voidaan tehdä esimerkiksi suolavedellä pehmentämällä. Tekniikan periaate on esitetty kuvassa Liuotinaineena käytetään suolavettä, jonka suolapitoisuus on 5-10 paino-%. Suolavettä ruiskutetaan suuttitnien kautta muutaman barin paineelia hentoniittilohkojen pinnalle. Kemiallisesta ja matalan hydrodynaamisen paineen yhteisvaikutuksesta puristettu hentoniitti muuttuu pumpattavaksi lietteeksi, joka pumpataan pois reiästä. Sijoitusreiästä poistetaan bentoniittia kerros kerrokselta ylhäältä alaspäin edeten. Sijoitusreikä on koko ajan täynnä vesi-suolaliuosta, joka samalla suojaa myös tunnelissa olevia ihmisiä kapselista tulevalta suoralta säteilyltä.

31 27 Kuvan 4-1 perusteella kapselien maksimipintalämpötila, noin +90 C, saavutetaan parin vuosikymmenen kuluttua reikien täyttämisestä. Mikäli kapselia ympäröivä hentoniitti on ehtinyt vettyä tätä ennen täydellisesti, nousee kapselin maksimilämpötila vain noin +75 C:een. Bentoniitin liuotuksessa ja poistossa käytettävä vesi jäähdyttää kapselin pinnan ja bentoniitin lä1npötilaa arviolta 20 C. Bentoniittilietteen käsittelyssä käytettävät laitteet rakennetaan kestämään kuuma liete. LIETTEEN KÄSITIELYYN LIETTEEN KÄSITTELYYN SEKOITIN SÄILIÖ SUUTIN SEKOITIN LIUOTINAINE SUUTIN Kuva Bentoniitin poistaminen suolaliuoksella pehmentämällä. Kuva on tehty SKB:n raportin (SKB 1996) perusteella.

32 28 Kun bentoniitin poistossa on edetty kapselin yläpään tasolle, jatketaan bentoniitin poistoa samalla menetelmällä kapselin ja kallion välistä. Jotta kapseli ei kallistuisi irrotustyön edetessä, tartutaan kapselin yläreunaan kiinni, kun bentoniittia on poistettu riittävästi. Kapselin tukirakenne tukeutuu sijoitusreiän kallioseinämiin. Tukirakenne voi esim. kiilautua kiinni kallioseiniin (kuva 4-15) tai se voidaan kiristää tunkkaamalla (kuva 4-16). Kapselin sivulla oleva hentoniitti poistetaan kapselin alapinnan tasoon saakka, jonka jälkeen aloitetaan kapselin poisto sijoitusreiästä. Bentoniitin poiston tehoksi on arvioitu noin 0,5 m reikäpituutta tunnissa ja koko reiän bentoniitin poiston kestoksi noin 20 tuntia. SKB tulee testaamaan bentoniitin poiston tehokkuutta mm. bentoniitin vesipitoisuuden ja liuotusveden suolapitoisuuden suhteen. KANNATUSRENGAS KAPSELI TUKIRENGAS Kuva Luonnos kapselin tukirakenteesta. Kun laite lasketaan kannatusrenkaan varaan, niin tuet kiristyvä! automaattisesti. Tapani Kukkola, Fortum Engineering.

33 29 TUKIRENGAS RUUVITUNKKI Kuva Luonnos kapselin tukirakenteesta. Kapselin tukirengas kiristetään moottoritunkeilla. Tapani Kukkola, Fortum Engineering. Bentoniittilietettä arvioidaan syntyvän noin m 3 1 sijoitusreikä. Liete voidaan esimerkiksi pumpata reiän lähellä olevaan säiliöön, jolla liete nostetaan maanpinnalle. Vaihtoehtoisia tekniikoita lietteen käsittelylle ovat mm. hentoniitin erotus vedestä reiän läheisyydessä, jolloin vain hentoniitti siirretään pois ja vesi voidaan kierrättää uudelleen reiässä käytettäväksi tai hentoniittilietteen pumppaus alatasolla tai maanpinnalla oleviin selkeytysaltaisiin. Bentoniittilietteen aktiivisuus mitataan ennen kuin se siirretään val votulta alueelta val vomattomall e. Sijoitusreiän ollessa suljettuna kuormittaa reiän hentoniitti paisuntapaineellaan reiän seinien kalliota. Sijoitusreiän hentoniitin poiston aikana tulee varautua siihen, että reiän pinnasta irtoaa kivilohkareita, jotka putoavat reikään. Periaatteessa lohkareet voivat osua kapseliin tai kiilautua kapselin ja kiviseinän väliin. Todennäköisintä lohkaroituminen on reiän yläosassa. Reiän yläosan kalliosta voidaan poistaa rikkanaiset kohdat jo reiän yläosan hentoniitin kaivun yhteydessä. Alempana reiässä voidaan lohkaroitumiseen varautua mm. seuraavasti: - Tutkitaan reiän ympärillä olevaa kalliota jo ennen hentoniitin poistoa esim. luotausten avulla. Kun lohkaroituneet kohdat tunnetaan etukäteen voidaan niihin varautua paremmtn.

34 30 - Bentoniitin poiston yhteyteen varataan laitteet, joilla voidaan tutkia visuaalisesti paljastuvaa kalliopintaa, nostaa ylös mahdollisia lohkareita tai rikkoa reiässä mahdollisia suurempia lohkareita. - Varaudutaan kallion tukemiseen bentoniitin poiston yhteydessä. Tukeminen voidaan järjestää esimerkiksi asentamalla reiän ulkoreunalle kaivonrenkaiden kaltaisia teräsrenkaita ja painamalla niitä alaspäin bentoniitin poiston edetessä. Sijoitusreiän bentoniitin löyhdyttämistä on tutkittu Ruotsissa käynnissä olevalla ohjelmalla. Ruotsin SKB:n (Svensk Kämbränslehantering AB) tutkimukset etenevät neljässä vaiheessa: 1. Eri tekniikoiden alustava tutkimus ja referenssitekniikan valinta 2. Prosessikehitys 3. Täyden mittakaavan kokeet Äspö-laboratoriossa 4. Käyttökelpoisten tekniikoiden valinta. Tällä hetkellä ollaan tutkimuksissa siirtymässä vaiheesta 1 vaiheeseen 2. Ohjelman mukaan yksi lupaavimmista menetelmistä vaikuttaa tällä hetkellä olevan suolavedellä pehmentäminen. Äspö-laboratoriossa tehtävät kokeet tullaan tekemään 420 m syvyyteen louhittavassa tunnelissa. Tunnelin geologisen kartoituksen jälkeen porataan tunneliin kaksi täyden mittakaavan sijoitusreikää. Reikiin asennetaan kapselit, jossa on sähkölämmittimet ja ne ympäröidään bentoniittilohkoilla, reiät myös instrumentoidaan. Reiät suljetaan betonitulpilla, mutta tunnelia ei täytetä. Tämän jälkeen reiät jätetään kyllästymään vedellä. Reikien annetaan olla suljettuna 3-5 vuotta, minkä aikana kehitetään edelleen bentoniitin löyhdyttämistekniikoita ja laitteita. Mahdollisesti kehitetään kahta tekniikkaa, jolloin voidaan testata molempien tekniikoiden käyttökelpoisuutta omassa sijoitusreiässä. Tällä hetkellä vaikuttaa todennäköiselta, että toinen kokeiltava tekniikka on suolavedellä pehmentäminen. Kun reiässä oleva hentoniitti on muutaman vuoden kuluttua kyllästynyt vedellä aloitetaan kapselin palautus. Kapseli irrotetaan bentoniitista, kapseliin tartutaan ja se vedetään säteilysuojan sisään (SKB 1998). 4.4 Kapselin poisto Kapselin irrottaminen aloitetaan, kun bentoniitin poistossa on edetty kapselin alareunan tasolle. Reiästä poistetaan kapselin päällä ja sivuilla oleva vesi. Kapselin kannen tartuntaura voidaan puhdistaa bentoniitista vesisuihkun avulla hyvän tartunnan varmistamiseksi. Kapselin kuljetusajoneuvon tartuntalaite kiinnitetään kapseliin.

35 31 Seuraavaksi varmistetaan, että kapseliin ei ole tarttunut suuria määriä bentoniittia, jotta kapseli mahtuu ongelmitta säteilysuojan sisään. Tarvittaessa bentoniittia voidaan irrottaa esim. vesisuihkun avulla. Bentoniitin poistossa käytettävä vesi on jäähdyttänyt kapselia ja sen pinnan lämpötilan arvioidaan olevan enintään 70 C. Kapselin tukirakenne irrotetaan. Tämän jälkeen kapselinostetaan kuljetusajoneuvoen ja siirretään kapselointilaitokseen, kuten luvussa 3 on esitetty. Kapselointilaitoksessa kapseli voidaan varastoida tai purkaa luvussa 3 esitetyin tekniikoin. Sijoitusreikä täytetään täyttömateriaalilla. Kun sijoitustunnelista on poistettu kaikki kapselit, puretaan tunneliin asennetut järjestelmät sekä täytetään tunneli. Kapselien palauttamisen työvaiheet on koottu taulukkoon 4-3. Tässä luvussa kuvattuja tekniikoita voidaan käyttää myös, mikäli palautus tehdään ennen sijoitustunnelin sulkemista. Yhden täytetyn sijoitustunnelin aukaisu ja siinä olevien kapseleiden palautus maanpinnalle kestää muutamia kuukausia ja sen aiheuttama kustannukset ovat viiden miljoonan suuruusluokkaa, kun työ tehdään tilojen käyttövaiheessa eli kuilut ja keskustunneli ovat käyttö valmiina.

36 32 Taulukko 4-3. Kapselin palauttamisen työvaiheet, kun palauttaminen tehdään sijoitustunnelin sulkemisen jälkeen. TYOVAIHE Sijoitustunnelin aukaisu Betonisulkurakenteen poisto pienten reikien poraus tunnelin täyttömateriaalin paineen purku suurten reikien kairaus, 6 kpl sulkurakenteen poisto hydraulivasaralla ja kaivinkoneelia lujitustarpeen arviointi mahdollinen kallion lujitus Tunnelin aukaisu 1 reiän osalta Sijoitustunnelin täyttömateriaalin poisto Sijoitustunnelin lujitustarpeen arviointi Mahdollinen kallion lujitus sijoitustunnelissa Ajosillan asennus reiän kohdalle Sijoitustunnelin sarastus Järjestelmien asennus sähköistys valaistus ilmanvaihto Sijoitusreiän aukaisu 1 kpl Laitteistojen siirto reiälle Suolavesilaitteiston asennus käyttökuntoon Lietteen keräysjärjestelmän asennus käyttökuntoon Kapselin päällä olevan bentoniitin poisto Kapselin yläosan sivulla olevan bentoniitin poisto Kapselin tukirakenteen asennus Kapselin sivulla olevan bentoniitin poisto Bentoniitinpoistolaitteistojen purkaminen Kapselin poisto 1 kpl Säteilysuojan kääntö sijoitusreikään Kapselin tukirakenteen poisto tai lasku alas Kapselin nosto kuljetusajoneuvoen Kapselin ajo kuljetusajoneuvolla kapselikuilulle Kapselin lasku siirtovaunuun Siirtovaunun ajo kapselihissiin Kapselihissin nousu kapselointilaitokseen Kapselin siirto puskurivarastoon tai polttoaineen kapselointiosaan Sijoitusreiän täyttö Ajosiltojen ja järjestelmien purku Tunnelin täyttö

37 33 5 PALAUTTAMINEN KAIKKIEN TILOJEN SULKEMISEN JÄLKEEN Loppusijoitustilojen sulkemisen jälkeen kaikki maanalaiset tilat on täytetty ja suljettu. Maanpäälliset tilat on joko purettu ja alue maisemoitu tai rakennuksia käytetään johonkin toiseen käyttötarkoitukseen. Loppusijoitustilojen sijainnin ja teknisten tietojen yksityiskohtainen dokumentointi helpottaa kapselien myöhempää mahdollista palauttamista. Tilojen rakentaminen kovaan kallioon helpottaa tunnelien löytämistä, sillä tunnelien ääriviivat pysyvät selvempinä kuin esim. suola- tai savimuodostumiin tiloja rakennettaessa. Koko tilojen sulkemisen jälkeinen palauttaminen aloitetaan rakennustöillä, jotka vastaavat monilta osin luvulla toteutettavia loppusijoituslaitoksen rakennusvaiheen töitä. Maanpäällisten rakennustöiden laajuus riippuu paljolti siitä, rakennetaanko loppusijoituspaikalle laitos, jossa kapselit voidaan purkaa vai tullaanko poistettavat kapselit siirtämään sellaisenaan pois loppusijoituspaikalta. Loppusijoitustilan avaamiseen liittyvät työt vastaavat hyvin pitkälle aiemmin toteutettuja, tilojen louhintavaiheeseen liittyviä töitä. Ennen palauttamista kaivetaan kuilut ja tunnelit auki sekä tehdään tarvittavat rakennustyöt. Suurimpana erona on, että tilojen louhintavaiheessa kuilut ja tunnelit louhittiin, sen sijaan nyt tilat kaivetaan auki täyttömateriaalista. Periaatteessa kapselit on mahdollista palauttaa myös louhimallauusia yhteyksiä sijoitusrei'ille. Työteknisesti on vanhojen tunneli- ja kuiluyhteyksien aukikaivaminen kuitenkin helpompaa. Palauttamisvaiheen rakennustyöt aloitetaan tarvittavan infrastruktuurin rakentamisella laitosalueelle. Alueelle rakennetaan tarvittava tiestö, sähkö- ja vesilinjat yms. Työmaan perustamisen jälkeen voidaan aloittaa maanpäällisten tilojen rakentaminen ja käynnistää ensimmäisen kuilun avaukseen liittyvät työt. Kuilut on täytetty murskeella ja bentoniitilla. Kuilujen yläosat on suljettu betonitulpilla, heikkousvyöhykkeiden kohdat ja kuilujen alapäät on tukittu hentoniittilohkoilla (Teollisuuden Voima 1992). Kuilujen avauksessa käytetään perinteisiä kaivu-, piikkausja räjäytystekniikoita sekä täyttömateriaalin nostossa samankaltaisia järjestelmiä kuin louheen nostossa (kuva 5-l ). Täyttömateriaali kaivetaan ja nostetaan maanpinnalle, sulkurakenteet poistetaan. Kuilun avauksen edetessä alaspäin tarkkaillaan seinien lujitustarvetta jatkuvasti sekä lujitetaan kalliota olosuhteista riippuen pultein, ruiskubetonilla ja betonivaluilla, mahdollisesti myös poistetaan vanhaa, rikkanaista ruiskubetonia ja asennetaan uusia ruiskubetonisalaojia. Kuiluun rakennettavia järjestelmiä asennetaan osittain kuilun avauksen aikana ja osittain vasta koko kuilun aukaisun jälkeen. Kuiluun asennetaan mm. hissi-, ilmanvaihto-, sähkö- ja vesij ärj estelmät.

38 34 Kuva 5-1. Kaivinkonetyyppinen lastausko ne asennettuna nousunajohissiin (Alimak). Kuilun aukaisun jälkeen jatketaan tilojen "rakentamista" avaamalla tarvittavat aputilat ja keskustunneli. Työt koostuvat täyttömateriaalin kaivusta ja siirrosta, mahdollisten bentoniittisulkurakenteiden poistosta sekä olosuhteista riippuen erilaisista kallion lujitustoimenpiteistä. Poistettavaa täyttömateriaalia on tässä tilanteessa niin paljon, että materiaalin poistoon voidaan kehittää luvussa 4.2 esitetyn tekniikan sijaan tehokkaampia menetelmiä. Kuvassa 5-2 on esitetty luonnoksia tunnelin täyttömateriaalin tehokkaasta kai-

39 35 vu/lastaustekniikasta ja kuvassa 5-3 on hahmotelma tunnelin kaivukoneesta, joka on modifioitu tunnelin rouhintalaitteesta. Kuva 5-2. Luonnoksia tehokkaasta tunnelin täyttömateriaalin kaivu/lastaustekniikasta. Kauha Hihna- tai ruuvikuljetin ~ Telaalusta Syöttimet Kuva 5-3. Tunnelin kaivukone modifioituna tunnelin rouhintalaitteesta.

40 36 Keskustunnelin ja aputilojen aukaisua seuraten rakennetaan tiloihin tarvittavat rakenteet ja asennetaan järjestelmät. Rakennustyöt ja järjestelmien asennukset ovat paljolti samoja kuin aikaisemmin tiloja rakennettaessa. Ensimmäisen avatun kuilun lisäksi tiloihin avataan toinen ja kolmas pystykuilu. Toinen ja kolmas kuilu voidaan avata esim. sekä ylhäältä että alhaalta aloittaen. Kuilun yläosa voi olla helpompi kaivaa ylhäältä alaspäin ja alaosan täyttömateriaali taas on helppo lastata alatasolla kuorma-autoon ja nostaa ensimmäisen kuilun kautta ylös. Kuilujen yläosan aukaisu voidaan aloittaa jo ennen kuin tunnelien aukaisussa on edetty kuiluille saakka. Mikäli maanpinnalta-loppusijoitustiloihin on rakennettu ajotunneli, voidaan tilojen aukaisu aloittaa ajotunnelista. Kuilujen rakentamiseen liittyvät samat työt kuin ensimmäisessäkin kuilussa - täyttömateriaalin ja sulkurakenteiden poisto, kuilun lujitus, rakennustyöt, hissien ja järjestelmien asennustyöt. Kun kaikki kuilut, aputilat ja keskustunneli on avattu ja kaikki rakennustyöt on tehty, on loppusijoitustilojen osalta päästy samaan tilanteeseen kuin tehtäessä palauttaminen käyttövaiheessa sijoitustunnelin sulkemisen jälkeen. Käyttövaiheeseen verrattuna on kapselin lämpötila nyt alhaisempi, tunnelin lämpötila sitä vastoin hieman korkeampi ajanjaksona vuotta sijoittamisen jälkeen ja myöhemmin alhaisempi kuin käyttövaiheessa (kuva 4-1 ). Tätnän jälkeen jatkuu kapselien palauttaminen kuten luvussa 4 on esitetty. Työvaiheet ovat: sijoitustunnelin sulkurakenteen poisto, tunnelin täyttömateriaalin poisto, reiässä olevan bentoniitin poisto, kapselin nosto ja siirto ylös. Kapseli on suunniteltu siten, että se kestää nostot ja siirrot hyvin pitkienkin aikojen jälkeen. Kun kapselit on nostettu maanpinnalle, ne voidaan: - Laittaa kuljetussäiliön sisään ja kuljettaa haluttuun paikkaan jatkotoimenpiteitä varten. Kuljetussäiliöitä voidaan kuljettaa maanteitse, rautateitse tai meritse. - Tarvittaessa voidaan kapselit avata ja siirtää polttoaineniput yksitellen kuljetussäiliöihin. Kuljetussäiliöt voivat olla samanlaisia kuin säiliöt, joilla polttoaine kuljetetaan voimalaitoksilta loppusijoitusalueelle. Polttoainenippujen käsittelyä varten rakennetaan loppusijoitusalueelle laitos, joka järjestelmiltään vastaa kapselointilaitosta. Kun kaikki kapselit on palautettu maanpinnalle puretaan loppusijoitustiloista rakenteet ja sijoitusreiät, tunnelit ja kuilut täytetään. Täytettävissä tiloissa ei tässä vaiheessa ole enää käytettyä polttoainetta vaan pelkästään kapselointilaitoksen käyttö- ja käytöstäpoistojätteet Täyttömateriaali voidaan valita uutta tilannetta vastaavaksi ja voidaan harkita esim. kaivoksilla käytettäviä täyttötekniikoita. Maanpäälliset rakennukset voidaan halutessa purkaa ja alue maisemoida tai käyttää muuhun käyttötarkoitukseen.

41 37 Mikäli kaikki kapselit päätetään palauttaa maanpinnalle tilojen sulkemisen jälkeen, kestää loppusijoitustilojen aukaisu, kapseleiden poisto ja tilojen täyttö arviolta reilut 10 vuotta. Loppusijoitustilojen osalta ovat työn kustannukset arviolta 1/3-1/2 loppusijoitustilojen rakentamis-, käyttö- ja sulkemiskustannuksista. Kapselien palauttamisen työvaiheet on koottu taulukkoon 5-1. Taulukko 5-1. Kapselin palauttamisen työvaiheet, kun palauttaminen tehdään koko tilojen sulkemisen jälkeen. TYOVAIHE Infrastruktuurin rakentaminen Maanpäällisten tilojen rakentaminen Kuilun nostolaitteen asennus Kuilun avaus ja lujitus betonisulkurakenteen poisto bentoniittisulkurakenteiden poisto täyttömateriaalin poisto lujitustarpeen arviointi mahdollinen kallion lujitus Hissin ja järjestelmien asentaminen kuiluun Keskustunnelin ja muiden tarvittavien tilojen avaus ja lujitus bentoniittisulkurakenteiden poisto täyttömateriaalin poisto lujitustarpeen arviointi mahdollinen kallion lujitus Tarvittavien rakenteiden ja järjestelmien rakentaminen Toisen ja kolmannen kuilun avaus ja lujitus betonisulkurakenteen poisto bentoniittisulkurakenteiden poisto täyttömateriaalin poisto lujitustarpeen arviointi mahdollinen kallion lujitus Hissien ja järjestelmien asentaminen kuiluihin Sijoitustunnelin aukaisu, sijoitusreikien aukaisu ja kapselien poisto kuten luvussa 4, kapselin käsittely maanpinnalla poikkeaa edellisestä mikäli kapselit kuljetetaan avaamattomina pois laitosalueelta. Rakenteiden ja järjestelmien purku sekä tilojen täyttö

42 38 6 YHTEENVETO Käytetyn polttoaineen loppusijoituksen suunnittelua varten on tutkittu, miten kapseleiden palauttaminen tarvittaessa maanpinnalle olisi teknisesti mahdollista toteuttaa. Kapselien palauttamismahdollisuudet on tutkittu loppusijoitusprosessin kaikissa mahdollisissa tilanteissa ja vaiheissa. Ensimmäinen mahdollisuus palauttamiseen on, kun ensimmäistä kapselia ollaan vasta kuljettamassa kohti sijoitusreikää. Viimeinen tarkasteltava tilanne on, kun tilat on poistettu käytöstä ja kaikki tunnelit sekä kuilut täytetty täyttömateriaalilla. Käytetty polttoaine kapseloidaan maanpinnalla olevassa kapselointilaitoksessa massiivisiin kupari-rautakapseleihin. Mahdolliseen kapselien palauttamiseen sen rakenne soveltuu erittäin hyvin; kapseli on mekaanisesti luja ja hyvin pitkäikäinen, sen korroosion kesto on vähintään noin vuotta, lisäksi sisäkapselin kansi on kiinnitetty pulteilla, mikä helpottaa kapselin avaamista. Loppusijoituskapseli on suunniteltu kestämään loppusijoituksessa hyvin pitkään siten, että siitä ei pääse leviämään radioaktiivisia aineita ympäröivään kallioon tai tunneleihin. Loppusijoitustilat rakennetaan kallioon louhittuina tiloina. Kallioon louhitut luolat ovat kokemusten perusteella hyvin pitkäikäisiä, joten tilojen myöhempi aukikaivaminen on teknisesti mahdollista. Mikäli kapseli päätetään palauttaa maan pinnalle ennen sijoitusreiän sulkemista, kuljetetaan kapseli kuljetusajoneuvolla takaisin kapselikuilun hissille ja nostetaan suoraan kapselointilaitokseen. Kapselin palauttamisen työvaiheet ovat samat kuin kapselin asennuksessa, mutta tehdään käänteisessä järjestyksessä. Kapselointilaitoksen kuumakammiossa polttoaineniput voidaan asentaa uuteen kapseliin tai polttoaineen siirtosäiliöön. Mikäli kapseli päätetään palauttaa maanpinnalle ennen sijoitusreiän sulkemista, kestää työ muutamia tunteja ja siitä aiheutuvat kustannukset ovat vähäiset. Mikäli päätös kapselien palauttamisesta tehdään tilojen käyttövaiheessa, kun osa sijoitustunneleista on suljettu, koostuu palauttaminen sijoitustunnelin aukaisusta, sijoitusreiän aukaisusta ja kapselin poistosta. Sijoitustunnelin suulla oleva betonisulkurakenne puretaan, jonka jälkeen tunnelin tyhjennys etenee vaiheittain siten, että tunnelin täyttömateriaalia poistetaan kerrallaan vain yhden sijoitusreiän matkalta. Tämän jälkeen reikä avataan ja kapseli poistetaan. Seuraavaksi jatketaan täyttömateriaalin poistolla yhden sijoitusreiän matkalla jne. Sulkurakenteen poistossa voidaan käyttää betonirakenteiden purkutöissä käytettyjä menetelmiä, esim. hydraulipiikkausta. Tunnelin täyttömateriaali poistetaan perinteisillä maankaivukoneilla. Sijoitustunnelin aukaisun aikana tarkkaillaan jatkuvasti sijoitustunnelin ilman ja täyttömateriaalin aktiivisuutta. Ilman aktiivisuuden ylittäessä sallitun rajan kytketään sijoitustunnelin ilmanvaihto valvotun alueen ilmanvaihtoon. Sijoitusreikien bentoniitin poistossa voidaan käyttää esimerkiksi suolavedellä liuottamiseen perustuvaa tekniikkaa. Kapseli poistetaan reiästä samalla kapselin asennusajoneuvolla kuin se on reikään asennettukin ja nostetaan hissillä kapselointilaitokseen. Yhden täytetyn sijoitustunnelin aukaisu ja siinä olevien kapseleiden palautus maanpinnalle kestää muutamia kuukausia ja sen aiheuttama kustannukset ovat viiden

43 39 miljoonan suuruusluokkaa, kun työ tehdään tilojen käyttövaiheessa eli kuilut ja keskustunneli ovat käyttövalmiina. Loppusijoitustilojen sulkemisen jälkeisenäkin aikana kapselit voidaan haluttaessa palauttaa maan pinnalle. Maan päälle rakennetaan laitos, jossa kapseleita voidaan käsitellä. Loppusijoitustilat avataan käyttäen pitkälti samoja työmenetelmiä, kuin on käytetty tiloja rakennettaessa. Tilojen louhinnan sijasta avataan kuilut ja tunnelit nyt kaivamalla täyttömateriaali pois ja purkamalla niihin tehdyt sulkurakenteet Kuilut, aputilat ja keskustunneli kaivetaan auki, jonka jälkeen niihin rakennetaan tarpeelliset rakenteet ja asennetaan järjestelmät. Rakenteet ja järjestelmät ovat vastaavia kuin loppusijoitustoiminnan aikana tiloissa olleet. Kun em. tilat ovat valmiiksi rakennettu, noudatetaan Sijoitustunnelien aukaisussa ja kapselien poistossa samoja tekniikoita, kuin käytettäisiin, mikäli kapselit palautettaisiin tilojen käyttövaiheessa. Kun kapselit on nostettu maanpinnalle, voidaan ne laittaa kuljetussäiliön sisään ja kuljettaa haluttuun paikkaan jatkotoimenpiteitä varten. Vaihtoehtoisesti voidaan kapselit avata ja siirtää polttoaineniput yksitellen kuljetussäiliöihin. Kuljetussäiliöt voivat olla samanlaisia kuin säiliöt, joilla polttoaine kuljetetaan voimalaitoksilta loppusijoitusalueelle. Kuljetussäiliöitä voidaan kuljettaa maanteitse, rautateitse tai meritse. Mikäli kaikki kapselit päätetään palauttaa maanpinnalle tilojen sulkemisen jälkeen, kestää loppusijoitustilojen aukaisu, kapseleiden poisto ja tilojen täyttö arviolta reilut 10 vuotta. Loppusijoitustilojen osalta ovat työn kustannukset arviolta 1/3-1/2 loppusijoitustilojen rakentamis-, käyttö- ja sulkemiskustannuksista. Kaikki palauttamiseen liittyvät työvaiheet on käyty yksityiskohtaisesti läpi. Suurin osa työvaiheista perustuu normaaleihin, päivittäin käytettäviin, rakennustyömaiden työtekniikoihin ja -menetelmiin. Samoja tekniikoita käytetään paljolti myös aikaisemmin, loppusijoitustiloja louhittaessa ja rakennettaessa. Bentoniitin poisto sijoitusreiästä on uudempaa, kehitystyön alla olevaa tekniikkaa, josta on Ruotsin SKB:llä (Svensk Kämbränslehantering AB) hyviä kokemuksia. Sijoitusreiän aukaisua tullaan lähivuosina testaamaan täydenmittakaavan kokeissa Äspö-laboratoriossa.

44 40 LÄHDELUETTELO Haaramo Käytetyn polttoaineen loppusijoitustilojen sijoitustunneteiden sulkurakenteiden rakennesuunnittelu. Työraportti-99-xx, Posiva Oy, Helsinki. LUONNOS. Henttonen, V. & Suikki, M Equipment for deployment of canisters with spent nuclear fuel and bentonite buffer in vertical holes. Työraportti-97-29, Posiva Oy, Helsinki. Intemational Mining Cooling at Heinrich Robert, June Mayer, E., Välimäki, P. & Kukkola, T TVO - encapsulation plant, preliminary design of cold-process plant. TVO/Spent Fuel - Safety and Technology, Work report 89-01, Teollisuuden Voima Oy, Helsinki. Posiva Oy Käytetyn polttoaineen loppusijoitus Suomen kallioperään. Tekniikkatutkimukset vuosina Raportti POSIVA-96-14, Posiva Oy, Helsinki. Riekkola, R. & Salo, J-P Käytetyn polttoaineen loppusijoitustilat Tekniikkatutkimukset vuosina Työraportti TEKA-96-09, Posiva Oy, Helsinki. Salo, J-P., Kukkola, T., Pöllänen, L., Riekkola, R. & Saanio, T KPA-loppusijoitustilat, esisuunnitelma. Teollisuuden Voima Oy, Helsinki. SKB SKB Annual report Technical report 96-25, SKB, Stockholm. SKB Detaljerat program för forskning och utveckling Underlagsrapport tili FUD-program 98. Teollisuuden Voima Oy Käytetyn polttoaineen loppusijoitus Suomen kallioperään, tekniset suunnitelmat ja turvallisuus arvio. Raportti YJT

45 41 Liite 1 LIITE 1: KÄYTETYN POLTTOAINEEN KAPSELOINTI JA LOPPUSIJOITUS Nykyisen käsityksen mukaan tullaan osa sijoituspaikalla tehtävistä täydentävistä sijoituspaikkatutkimuksista tekemään loppusijoitussyvyydelle rakennettavasta kuilusta. Kuilusta ja loppusijoitussyvyydelle rakennetuista tutkimustiloista voidaan tehdä tutkimuskairanreikiä sijoitustunnetien rakennuspaikan määräämiseksi ja aiemmin maanpinnalta kairattujen reikien avulla hankittujen tietojen varmentamiseksi. Tutkimuskuilu on arvioitu rakennettavan noin vuosina Kuilua käytetään myöhemmin loppusijoitustilojen työkuiluna. Käytetyn polttoaineen loppusijoitustilat on suunniteltu sijoitettavaksi metrin syvyydelle kallioperään (kuva 1 ). Tilojen lopullinen sijoitussyvyys ja pohjaratkaisun muoto määräytyvät sijoituspaikan kallioperän ominaisuuksien perusteella. Loppusijoitustilat rakennetaan luvulla. Loppusijoitustekniikka on esitetty tarkemmin tilojen esisuunnitelmassa (Salo ym. 1990) sekä viitteissä (Posiva Oy 1996) ja (Riekkola & Salo 1996). Tilojen esisuunnitelman päivitys on käynnissä, työ tullaan raportoimaan vuoden 1999 aikana. Laitosalue Henkilökuilu --- Työkuilu Keskustunneli Sijoitustunnelit Kuva 1. Käytetyn polttoaineen loppusijoituksen perusratkaisu.

46 42 Liite 1 Tässä raportissa esitetty loppusijoitustila perustuu ns. P-tapaukseen, jossa ydinvoimalaitosten käyttöaika on 40 vuotta. Loppusijoitustilat on mitoitettu 1398 kapselille, joka vastaa kapseloituna polttoaineen kokonaismäärää 2602 tu. Loppusijoitustilojen perusratkaisussa johtaa maanpinnalta alas loppusijoitustiloihin kolme pystykuilua: työ-, henkilö- ja kapselikuilu. Henkilö- ja kapselikuilut liittyvät maanpäällä kapselointilaitokseen. Varsinaiset loppusijoitustilat koostuvat25m välein sijaitsevista yhdensuuntaisista sijoitustunneleista, joita yhdistää toisiinsa keskustunneli. Sijoitustunnelien leveys on 3,5 m ja teoreettinen louhintakorkeus 4,4 m tunnelin keskilinjalla. Kuvassa 1 loppusijoitustilojen perusratkaisu on esitetty muodossa, jossa tunnelit on sijoitettu noin200m pituisina säännöllisesti toisiinsa nähden olettaen, että tämä on kallioperän rakenteen puolesta mahdollista. Tällöin sijoitustunneleita olisi yhteensä 65 kpl ja yhteen tunneliin voitaisiin sijoittaa 24 kapselia. Esitetyssä muodossa Sijoitustunnelien rajaama pinta-ala on noin 0,4 km 2. Maanpinnalla olevat rakennukset tulevat laitosalueen esisuunnittelun päivityksen yhteydessä muuttumaan kuvassa esitetyistä. Yhteenveto loppusijoitustilojen perusratkaisun tilavuustiedoista on esitetty taulukossa 1, jossa tilavuudet on ilmoitettu teoreettisina louhintatilavuuksina. Todellisen louhintatilavuuden on arvioitu olevan noin 8% teoreettista tilavuutta suurempi. Kallioperän ominaisuuksien luonnollisesta vaihtelusta johtuen kapselien sijoitukseen tarvittava tunnelipituus on arvioitu noin 10 % laskennallista pituutta suuremmaksi. Taulukko 1. Loppusijoitustilojen laajuustiedot. TILA TILAVUUS, mj Tutkimuskuilu Tutkimusperät S ij oi tustunneli t Sijoitusreiät Keskustunneli Risteysten viisteet Lastauspaikat Käyttö- ja käytöstäpoistoj ätehalli Korjaamo, sähkötilat, pumppaamo, louheen siirtotilat, valvomo, ajoneuvotilat, yms Tunneli kapselikuilulle 980 Henkilökuilun alapäähän liittyvät tilat Henkilökuilu Kapselikuilu Yhteensä

47 43 Liite 1 Taulukko 2. TVO:n ja!von polttoaineelle mitoitetut sijoitusreiät. TVO:n polttoaine IV On polttoaine Reiän syvyys ( m) 7,80 6,60 Reiän halkaisija (m) 1,752 1,752 Reiän tilavuus (m"') 18,804 15,911 Kapselin pituus (m) 4,80 3,60 Kapselin halkaisija ( m) 1,052 1,052 Kapselin tilavuus (m"') 4,085 3,042 Bentoniitin tilavuus (mj) 14,719 12,869 Bentoniitin massa (t) 29,4 25,7 Polttoainekapselit sijoitetaan Sijoitustunnelien lattiaan tehtäviin pystysuoriin reikiin. Reikien keskipisteiden välinen etäisyys on 8,0 m, mikäli tilat rakennetaan Kivettyyn tai Romuvaaraan. Lämpötilalaskelmien perusteella voidaan Olkiluodossa ja Hästholmenissa käyttää pienempää 7,5 m reikäväliä. Kapselin ja kallion välinen tila täytetään luonnosta saatavalla paisuvalla bentoniittisavella. Sijoitusreikien mitat ja tilavuustiedot on esitetty taulukossa 2. Kapselointilaitoksen käyttövaiheen jätteet ja laitoksen purkujätteet sijoitetaan niille varattuun tunneliin kapselikuilun viereen. Loppusijoitustoimintaa palvelevat muut tilat, kuten pumppaamo, korjaamo, sähkölaitetilat, turvakeskus, ajoneuvotila ja sosiaalitilat sijaitsevat loppusijoitustasolla kuilujen läheisyydessä. Polttoaineen kapselointi Käytetty polttoaine kapseloidaan loppusijoituspaikalla. Tunnelistan yläpuolelle maanpinnalle rakennetaan kapselointilaitos, jossa käytetyt polttoaineniput pakataan kaksinkertaisiin metallisäiliöihin. Kapselit pakataan ja suljetaan ja niiden tiiviys testataan kapselointilaitoksessa täyttölinjalla, paksujen betoniseinien sisässä. Kapselointilaitoksesta ei pääse haitallisia määriä radioaktiivisuutta ympäristöön siinäkään tapauksessa, että pakkauslinjalla tapahtuisi sellainen häiriö, jossa polttoaineniput vaurioituisivat. Kapselointilaitos rakennetaan loppusijoitusluolaston yläpuolelle siten, että jätekapselit voidaan siirtää maan alle suoraan hissillä. Kapseleita voidaan välivarastoida kapselointilaitoksessa, mutta lopulta ne kuljetetaan Säteilysuojatulla hissillä ja erikoisajoneuvolla loppusijoitusluolaan. Kuvassa 2 on kapselointilaitoksen toimintakaavio.

48 44 Liite 1 HOT CELL EB-WELDING CHAIVBER ENCAPSULATION PROCESS SCHENE UFT CANISlER BUFFER STORE Kuva 2. Kapselointilaitoksen toimintaperiaate. Loppusijoitustilojen rakentaminen Kalliorakentaminen valitulla loppusijoituspaikalla alkaa tutkimuskuilun louhinnalla. Tutkimuskuilusta tullaan tekemään keskeinen osa täydentävistä paikkatutkimuksista loppusijoituspaikalla. Kuiluun louhitaan tutkimuksia varten yksi tai useampia välitasoja ja alatasolle pieni tutkimustunneli, josta suoritetaan kallion karakterisointiin liittyviä tutkimuksia. Maanpinnalle rakennetaan kuilun toiminnan vaatimat tilat: hissin konehuone, ilmanvaihtokonehuone, muuntamo ja valvomo. Varsinaiset loppusijoitustilat rakennetaan luvulla. Rakentaminen vaiheistetaan tilojen käyttövaiheen kanssa. Ennen käyttövaiheen aloittamista louhitaan sijoitustunne1eita lukuunottamatta kaikki tilat. Rakentaminen kestää noin 6 vuotta. Sijoitustunneleista louhitaan tässä vaiheessa arviolta 1 0 kappaletta. Tutkimuskuilulta louhitaan ensin yhteys toiselle, lähinnä sijaitsevalle kuilulle. Kun louhinta on edennyt tämän kuilun kohdalle, louhitaan pieniläpimittainen kuilu, ns. avausnousu, alhaalta ylöspäin. Avausnousu voidaan tehdä nousuporauksena. Kuilu avarretaan lopullisiin mittoihinsa poraus-räjäytystekniikalla. Kolmas kuilu louhitaan käyttäen samaa tekniikkaa. Loppusijoitustasolla jatketaan keskustunnelin louhintaaja aloitetaan sijoitustunneleiden louhinta samanaikaisesti kuilujen louhinnan kanssa. Rakentamisvaiheen lopussa on 4 sijoitustunnelia valmiiksi rakennettu ja sijoitusreiät näihin tunneleihin porattu. Loppusijoitustasolla olevat tilat louhitaan poraus-räjäytysmenetelmällä soveltaen varovaista tarkkuuslouhintatekniikkaa. Vettäjohtavat vyöhykkeet tiivistetään injektoimalla,

49 45 Liite 1 mikäli ne vaikeuttavat tilojen rakentamista, käyttöä tai sulkemista. Louhinnan aiheuttamaksi kallion ryöstäytymiseksi arvioidaan keskimäärin 8 %, poikkileikkaukseltaan pienemmissä sijoitustunneleissa 10 %. Sijoitusreikien poraustekniikkana käytetään täysprofiili poraustekniikkaa. Louhinnan lisäksi tehdään loppusijoitustilojen rakentamisvaiheessa mm. rakennusteknisiä töitä ja LVIS-järjestelmien asennustöitä. Rakennusteknisiä töitä ovat mm. eri tilojen seinien, lattioiden ja välitasojen rakennustyöt sekä lattioiden, putkijohtojen ja kaivojen vaatimat maarakennustyöt Loppusijoitustilojen käyttö Loppusijoitustilojen käyttövaiheessa kapselit kuljetetaan kapselointilaitoksesta alas loppusijoitustiloihin ja asetetaan paikoilleen sijoitusreikiin. Tämä työ voidaan suorittaa esim. 2 viikon jakson aikana, jolloin yhdessä jaksossa sijoitettaisiin viisi kapselia. Jaksojen välillä täytetään sijoitustunnelit niiltä osin kuin kapseleita on sijoitettu. Sijoitustunnelien pohjalle tiivistetään sepelikerros, jonka teoreettinen paksuus on 0,1 m. Tällöin tunnelin vapaa korkeus sepelin pinnalta on 4,3 m. Louhintatarkkuus huomioiden todellinen tunnelikorkeus tullee olemaan keskimäärin 0,1-0,3 m mitoitettua suurempi. Kapselin sijoittamistyö aloitetaan asentamalla reikään kapselin sivuille ja alle tulevat kokoonpuristetut hentoniittilohkot Pystysuorassa asertnossa olevat kapselit lasketaan hissillä loppusijoitustason vastaanottotilaan. Kapselinsiirtoajoneuvo nostaa kapselin sen jälkeen, kun kapseli on ajettu vaunussa ulos hissistä ja kääntää sen vaakasuoraan. Kapseli viedään siirtoajoneuvolla sijoitustunneliin ja lasketaan sijoitusreikään. Kapselin lasku sijoitusreikään on esitetty vaihe vaiheelta kuvassa 3. Tämän jälkeen asennetaan kapselin päälle tulevat hentoniittilohkot ja bentoniittijauhe. Tunnelit täytetään perustapauksessa murskeella ja bentoniitilla. Bentoniitin osuus täyttömateriaalissa on keskimäärin noin 15 %. Tunnelin yläosassa voidaan täyttömateriaalissa käyttää suurempaa hentoniittipitoisuutta kuin alaosassa kompensoimaan hankalampaa tiivistystyötä. Tiivistysmenetelmäksi voidaan valita hentoniittipitoisuudesta riippuen joko koko tunnelin tiivistäminen vinoin kerroksin täryttämällä tai alaosan tiivistäminen kerroksittain täryttämällä ja yläosan tiivistäminen ruiskuttamalla. Täyttö voidaan tehdä myös käyttäen ruiskubetonointiin tarkoitettua ajoneuvoa, jossa ei kuitenkaan ole paineilmasuutinta. Ruiskubetonointikoneen puomin päähän kiinnitetään tärylevy, jolla tunnelin täyteaine tiivistetään. Kun sijoitustunneli on täytetty, rakennetaan tunnelin suulle betonista sulkurakenne, jotta sijoitustunnelin täyteaine ei paisuisi keskustunneliin. Kuvassa 4 on esitetty poikkileikkaus täytetystä loppusijoitustunnelista sijoitusreiän kohdalta.

50 46 Liite 1 ~~ ;;;;;; i ljj c : Kuva 3. Kapselin asennusvaiheet sijoitustunnelissa (Henttonen & Suikki 1997). Käyttövaiheen aikana louhitaan myös sijoitustunneleita ja porataan sijoitusreikiä. Keskimäärin sijoitustunneleita louhitaan noin 2,5 kpl/vuosi. Käytännössä louhinnat on taloudellisinta suorittaa hieman suurempina kokonaisuuksina esim. 8 sijoitustunnelia kerralla. Tällöin louhintaurakoita tehtäisiin noin joka 3. vuosi.

51 47 Liite 1 TVO ~ 3500 l _l _ IVO ~ <:::) ~ ~ - I--- Murskebentoniittitäyttö ~ <:::) ~ ~ ~ <:::) CIQ... Puristetut bentoniittilohkot ja bentoniittijauhe <:::) <:::) (() (() Kapseli 1 ' ~ : 1 ' !, Kuva 4. Täytetty sijoitustunneli ja -reikä TVO:n ja!von polttoaineelle. Loppusijoitustilojen täyttö ja sulkeminen Kun kaikki kapselit on sijoitettu ja kapselointilaitos purettu, sijoitetaan kapselointilaitoksen käyttövaiheen jätteet ja laitoksen aktiiviset purkujätteet loppusijoitustiloihin niille varattuun tunneliin. Loppusijoitustiloista puretaan käytönaikaiset rakenteet, esim. keskustunnelin betonilattia ja järjestelmät. Rinnan purkutöiden kanssa aloitetaan tilojen täyttötyöt ja sulkurakenteiden rakentaminen. Loppusijoitustasolla olevat tilat ja pystykuilut täytetään murskeella ja bentoniitilla kuten sijoitustunnelit. Kuilujen yläosat suljetaan betonirakentein.