URAANIN TIE KAIVOKSESTA KÄYTETYN POLTTOAINEEN LOPPUSIJOITUKSEEN

Transkriptio

1 URAANIN TIE KAIVOKSESTA KÄYTETYN POLTTOAINEEN LOPPUSIJOITUKSEEN Esko Ruokola, STUK RADIATION AND NUCLEAR SAFETY AUTHORITY

2 YDINPOLTTOAINEKIERRON VAIHEET Polttoainekierron alkupää Uraanin louhinta ja rikastus, konversio ja väkevöinti, polttoaineen valmistus Saatavissa kaupallisina palveluina, Fortumilla on koko ketjun kattava sopimus, TVO hankkii palvelut erillisinä Uraania väkevöidään ydinasemaiden tai monikansallisten yhtymien hallitsemissa laitoksissa Tuoreen polttoaineen hankinnasta aiheutuva kustannus on luokkaa 0,5 c/kwh Polttoainekierron loppupää Kaksi vaihtoehtoa välivarastoinnin jälkeen: käytetyn ydinpolttoaineen loppusijoitus sellaisenaan jälleenkäsittely, uraanin ja plutoniumin kierrätys ydinpolttoaineeksi, jätteiden loppusijoitus Jälleenkäsittelyn suosio on vähentynyt korkeiden kustannusten ja yleisen hyväksynnän puutteen takia Monikansalliset polttoainekierron loppupään järjestelyt tarjoaisivat etuja mutta konkreettisia hankkeita ei ole näköpiirissä Loppusijoitushankkeet etenevät vain Suomessa, Ruotsissa ja Ranskassa Käytetyn polttoaineen loppusijoitukseen perustuvan vaihtoehdon kustannus on luokkaa 0,2 c/kwh, jälleenkäsittelyvaihtoehdon koreampi 2

3 Luonnon uraanista ja toriumista saadaan ydinpolttoainetta tai ydinasemateriaalia väkevöinnin tai neutronisäteilytyksen ja erotuksen kautta 0,7 % 235 U +n fissio U nat 99,3 % 238 U + n 239 U 24 m 239 Np 2,4 d 239 Pu + n fissio β β Th nat + n 233 Th 22 m 233 Pa 27 d 233 U + n fissio β β 3

4 Uraanivarojen riittävyys URAANIVARAT Tunnetut varat riittävät noin 80 vuoden tarpeeseen, spekulatiiviset yli 100 vuoden lisätarpeeseen nykyisellä ydinenergiakapasiteetilla Hyötöreaktoreja käyttämällä uraanivarojen käyttöä voisi tehostaa yli 30-kertaiseksi ja voitaisiin hyödyntää myös köyhiä varoja Toriumreaktorien käyttöönotto myös parantaisi ydinpolttoaineen riittävyyttä Suomen uraanivarat Tunnetut esiintymät ovat köyhiä eikä niiden hyödyntäminen ole kannattavaa Uraanin etsintää harjoitetaan useilla alueilla Itä- ja Pohjoissuomessa Uraanin erotus muun kaivostoiminnan yhteydessä (Talvivaaralla hakemus, Soklissa mahdollista) on järkevää sillä erotus ei lisää merkittävästi ympäristövaikutuksia 4

5 URAANIN LOUHINTA JA JALOSTUS Louhinta- ja rikastustekniikat Maanalainen tai avolouhinta, malmin murskaus ja jauhatus, nesteuutto, suodatus ja saostus => uraanikonsentraatti (yellow cake) Poranreikäuutto (In-Situ Leaching) sedimenttikivistä on vallannut alaa Säteilyturvallisuus Tekniikan kehittyessä uraanikaivostyöntekijöiden säteilyaltistus on jatkuvasti vähentynyt Uraanikaivosten vaikutuksista lähiympäristössä paljon ristiriitaisia ja kiistanalaisia tietoja Uraanikaivosjätteet Radioaktiivisuus vähäistä mutta pitkäikäistä, jätemäärät suuria Rikastusjätteen välivarastointi padotuissa lietealtaissa Rikastusjätteen neutralointi ja stabilointi sideaineilla Palautus louhokseen tai läjitys ja eristys maan pintakerroksiin Laajamittaisia jälkihoitohankkeita aikanaan huonosti hoidetuilla jätealueilla 5

6 URAANIN VÄKEVÖINTI (ISOTOOPPIRIKASTUS) Väkevöinnin tarkoitus Väkevöinnissä uraani-235-isotoopin pitoisuus nostetaan kevytvesireaktoreiden tarvitsemaan noin 4 %:iin Väkevöintilaitosta voidaan käyttää myös korkearikasteiseen uraaniin (235-isotoopin pitoisuus yli 90 %) perustuvan ydinaseen valmistukseen Väkevöintitekniikat ja -laitokset Ennen väkevöintiä uraani muunnetaan kaasumaiseen muotoon (uraaniheksafluoridi) Kaasusentrifuugi on vallitseva tekniikka (kaasudiffuusio on väistyvä, laser kehitteillä oleva tekniikka) Laitoksia on suurilla ydinenergiamailla: EU:ssa neljä, Venäjällä neljä, USA:ssa kolme, Japanissa, Kiinassa Turvallisuuskysymyksiä Uraanin väkevöinnistä ei normaalisti aiheudu merkittäviä radioaktiivisuuspäästöjä eikä kerry suuria jätemääriä Vakavia onnettomuuksia ei ole sattunut, suurin onnettomuuspotentiaali liittyy kaasumaisen uraaniheksafluoridin kemiallisiin ja säteilyvaikutuksiin Väkevöintilaitoksilla varastoidaan suuria määriä köyhdytettyä uraania 6

7 YDINPOLTTOAINEEN VALMISTUS Valmistustekniikka ja -laitokset Kaasumainen uraaniyhdiste muunnetaan uraanioksidijauheeksi, josta puristetaan polttoainetabletteja. Ne ladataan sirkoniputkiin polttoainesauvoiksi, joista koostetaan noin 100 sauvaa käsittäviä polttoainenippuja Eräissä laitoksissa valmistetaan uraani-plutonium sekapolttoainetta Polttoainetta valmistetaan myös laimentamalla ylijäämäisestä ydinaseuraanista Ydinpolttoaineen valmistuslaitoksia on useimmissa ydinenergiamaissa Turvallisuuskysymyksiä Ydinpolttoaineen valmistuksesta ei aiheudu merkittäviä radioaktiivisuuspäästöjä eikä kerry suuria jätemääriä Ydinpolttoaineen valmistuslaitosten turvallisuus on yleisesti katsoen hyvä, joskin Tokaimuran kriittisyysonnettomuus vuonna 1999 tapahtui ydinpolttoaineen valmistukseen liittyvässä laitoksessa 7

8 YDINPOLTTOAINEEN VÄLIVARASTOINTI Välivarastoinnin tarkoitus Käytettyä polttoainetta varastoidaan myöhempää loppusijoitusta tai jälleenkäsittelyä varten Yli kaksi kolmasosaa kertyneestä käytetystä polttoaineesta on välivarastoissa Varastointitekniikat ja -laitokset Perinteinen tekniikkaa vesiallasvarasto, nykyisin suositaan erilaisia kuivavarastointitekniikoita Käytössä on sekä keskusvarastoja että ydinvoimalaitosten yhteydessä olevia varastoja Suomessa Loviisan ja Olkiluodon laitoksilla on omat vesiallasvarastot Turvallisuuskysymyksiä Välivarastoinnista ei aiheudu merkittäviä radioaktiivisuuspäästöjä eikä kerry suuria jätemääriä Vakavia onnettomuuksia ei ole sattunut Ydinaineiden joutuminen vääriin käsiin voidaan estää luotettavasti Välivarasto on loppusijoituslaitosta haavoittuvampi kriisitilanteissa 8

9 YDINPOLTTOAINEEN JÄLLEENKÄSITTELY Jälleenkäsittelyn tarkoitus Jälleenkäsittelyssä erotetaan uraani ja plutonium ydinreaktoreiden polttoaineena käytettäväksi Jälleenkäsittelyä tarvitaan plutoniumiin perustuvan ydinaseen valmistamiseen Tähän mennessä kertyneestä polttoaineesta vajaa kolmannes on jälleenkäsitelty Jälleenkäsittelytekniikka ja -laitokset Polttoaineniput paloitellaan ja liuotetaan, uraani ja plutonium erotetaan eri vaiheissa Jäljelle jäävä korkea-aktiivinen neste kiinteytetään lasiin Suuria jälleenkäsittelylaitoksia on Ranskassa, Iso- Britanniassa, Japanissa ja Venäjällä Turvallisuuskysymyksiä Eurooppalaisten jälleenkäsittelylaitosten päästöt ovat vähentyneet hyvin paljon kolmen vuosikymmenen aikana Venäjän Majakin laitoksella yhä ongelmia nestemäisten päästöjen rajoittamisessa Monentyyppistä onnettomuuspotentiaalia on, mutta vakavia onnettomuuksia ei ole sattunut viime vuosikymmeninä 9

10 YDINJÄTTEIDEN LOPPUSIJOITUS Loppusijoitushankkeita Suomi: käytetyn polttoaineen loppusijoitus Olkiluodon kallioperään 2020 alkaen Ruotsi: käytetyn polttoaineen loppusijoitus Östhammarin kallioperään 2023 alkaen Ranska: jälleenkäsittelyjätteiden loppusijoitus Buren savikiveen 2025 alkaen USA: korkea-aktiivisten ydinjätteiden loppusijoitus tuhkakivimuodostumaan (Yucca Mountain) 2017 alkaen; hanke pysäytetty alkuvuonna 2010 Saksa: Hanketta ydinjätteiden loppusijoituksesta Gorlebenin suolamuodostumaan elvytetään Turvallisuuskysymyksiä Loppusijoituksessa on tavoitteena radioaktiivisten aineiden hyvin pitkäaikainen eristys teknisten materiaalien ja kallioperän ominaisuuksien avulla (tarkastelu ulottuu miljoonaan vuoteen) Loppusijoitus antaa myös hyvän turvan ydinuhkia vastaan Loppusijoitus on tarkoitettu pysyväksi mutta käytettyä polttoainetta sisältävien kapselien palauttaminen loppusijoitustiloistaan on teknisesti mahdollista Loppusijoitusta syvälle kallioperään tarvitaan sekä uraanin kertakäyttöön että kierrätykseen (jälleenkäsittelyyn) perustuvissa polttoainekierroissa eikä myöskään näköpiirissä oleva ydintekninen kehitys poista tarvetta pitkäikäisten ydinjätteiden loppusijoitukseen 10

11 YDINMATERIAALIEN JA -JÄTTEIDEN KULJETUKSET Polttoainekierron alkupää Runsaasti ydinpolttoaineen ja sen raaka-aineiden kuljetuksia (uraanikaivos konversio- ja väkevöintilaitos polttoaineen valmistuslaitos ydinvoimalaitos) Polttoainekierron loppupää Polttoainekuljetukset keskusvarastoon (esim. Ruotsissa) Polttoainekuljetukset jälleenkäsiteltäväksi (vähentyneet) Jälleenkäsittelyjätteiden palautukset tuottajamaihin Kuljetustekniikka ja turvallisuus Käytössä maantie-, rautatie- ja merikuljetukset, poikkeustilanteissa myös lentokuljetukset IAEAn standardeista lähtevät kansainväliset turvallisuusmääräykset Standarditestattu kuljetusastia takaa ensisijaisesti turvallisuuden Laskennallisesti ja kokemusperäisesti polttoainekiertoon liittyvien kuljetusten turvallisuus on hyvä Julkisuudessa kuljetukset kuitenkin mielletään riskialtteiksi 11