KYT KANSALLINEN YDINJÄTEHUOLLON TUTKIMUSOHJELMA 2006-2010 Vuosikatsaus 2006 Heikki Leinonen
Sisällysluettelo Esipuhe 2 1. Johdanto 3 2. Tutkimusohjelman perustavoitteet 3 3. Tutkimukset vuonna 2006 5 3.1 Ydinjätehuollon strategiset selvitykset 6 3.2 Ydinjätteen loppusijoituksen turvallisuuden arviointi 8 3.2.1 Tekniset vapautumisesteet 9 3.2.2 Kallioperä ja pohjavesi 11 3.2.3 Radionuklidien vapautuminen ja kulkeutuminen 14 4. Tutkimusohjelman organisaatio 15 16 Liite Hankekohtaiset vuosikatsaukset 2006 18 1
ESIPUHE Tämä on Kansallisen ydinjätehuollon tutkimusohjelman (KYT2010) katsaus vuoden 2006 tavoitteisiin ja tuloksiin. Katsauksessa 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). Vuosikatsaus on tutkimusohjelman koordinaattorin kokoama, mutta siten, että Liitteen hankekohtaiset vuosikatsaukset ovat kuitenkin yksittäisten tutkimushankkeiden vastuuhenkilöiden laatimia. 2
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. 3
Tavoitteena on osaltaan varmistaa ydinjätehuollon kannalta olennaisen kansallisen tieteellisen ja teknisen osaamisen säilyminen ja kehittäminen. Tältä osin uuden tutkijapolven perehdyttäminen aihepiiriin nähdään tärkeäksi. 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. On ilmeistä, että pääosa KYT2010-tutkimuksesta kohdistetaan teknisluonnontieteelliseen turvallisuustutkimukseen. Ydinjätehuollon vaihtoehtojen tarkastelussa voi kuitenkin tulla esiin seikkoja, jotka antavat aiheen osoittaa VYR-tutkimusvaroja myös tärkeiksi katsottaviin yhteiskunnallisiin tutkimuksiin. 3. TUTKIMUKSET VUONNA 2006 Uuden ohjelmakauden (2006-2010) alusta KYT2010-tutkimusohjelman rahoituspäätökset tehdään Kuvan 1 mukaisesti: Kuva 1. KYT-tutkimushankkeita koskevan päätöksenteon eteneminen VYRrahoitteisissa hankkeissa (VYR = valtion ydinjätehuoltorahasto). 4
KTM:n kutsumaan hakukierrokseen saapui määräaikaan mennessä 30 hankeesitystä. Hanke-esityksistä kaksi tuli Geologian tutkimuskeskuksesta (GTK), yksi JP-Fintact Oy:stä, viisi Helsingin yliopistosta (HYRL), yksi Jyväskylän yliopistosta (JYFL), yksi Säteilyturvakeskuksesta (STUK), neljä Teknillisestä korkeakoulusta, kolmetoista VTT:ltä, yksi Kuopion yliopistosta (KY), yksi Marintel Ky:stä ja yksi Vaasan ammattikorkeakoulusta. Kaikki jätetyt hanke-esitykset arvioitiin tukiryhmässä johtoryhmän laatimien kriteerien mukaan ja sen jälkeen johtoryhmä muokkasi rahoitussuosituksensa. Johtoryhmä laati hanke-esityskohtaisen rahoitussuosituksensa perusteluksi kullekin hanke-esitykselle sisällöllisen palautteen, jossa esitystä arvioitiin sen mukaan, miten hyvin se vastasi KTM:n kutsukirjeessä erikseen mainittuja hyväksymiskriteerejä. Rahoitussuosituksessa esitettiin rahoitusta yhteensä 19 tutkimushankkeelle. Sekä rahoitussuositus että sisällöllinen palaute saatettiin hanke-esitysten yhdyshenkilöiden tietoon. Edellä mainitun 19 hankkeen lisäksi KYT2010-hallintohanke kilpailutettiin erillisellä menettelyllä. Johtoryhmän rahoitussuositus VYR-rahoitteisiksi tutkimushankkeiksi oli noin 1031000. Hankkeiden esittämien loppulaskujen jälkeen keväällä 2007 tilanne oli sellainen että VYR jakoi rahaa yhteensä 927 000 ylijäämä, jota ei käytetty hankkeissa siirrettiin jaettavaksi vuoden 2008 rahoitukseen. Kuva 2. Rahoituksen jakautuminen tutkimuspainopisteisiin 32 % 40 % 18 % 10 % 2006 strategiset selvitykset tekniset vapautumisesteet kallioperä ja pohjavesi radionuklidien vapautuminen ja kulkeutuminen Seuraavassa vuonna 2006 VYR-rahoitusta saaneet tutkimukset käydään läpi noudattaen puiteohjelman jaottelua strategisiin selvityksiin ja ydinjätteen loppusijoituksen turvallisuuden arviointia tukeviin tutkimuksiin. 5
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 2. Vaikka maassamme edetään määrätietoisesti 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, 6
voimalaitosjätteiden huoltoon ja ydinvoimaloiden käytöstäpoistoon liittyvät turvallisuusselvitykset. Näiden aihepiirien kansainvälisen kehitystyön (EU, IAEA ja NEA) seuranta on perusteltua. Hankkeet vuonna 2006 Vuonna 2006 tehtiin tutkimusohjelmassa neljä strategista selvitystä. DECOVALEX THM projektin jäsenmaksu -hankkeessa koordinoitiin suomalaista osallistumista kansainväliseen hankkeeseen, joka on suoraa jatkoa DECOVALEX III-hankkeelle. Ydinjätehuollon teknistieteelliset perusteet (TEPE) hankkeessa keskityttiin neljään osaprojektiin. 1) Turvallisuusanalyysmetodologia.jossa on esim. osallistuttu OECD/NEA:n ydinjätekomitean työskentelyyn ja YTN:n ydinjätejaoston toimintaan. 2) osaprojektissa Paleohydrogeologiset tutkimukset safety casessa. on osallistuttu aktiivisesti paleohydrogeologisten tutkimusten hyödyntämistä safety casessa edistävään kotimaiseen yhteistyöhön HYRL:n kanssa. Yhteistyö on käsittäny lähinnä laboratoriokokeen valmistelun jossa matkitaan hapellisen sulaveden synnyttämän redoxmuutoksen aiheuttamaa uraanin mobilisaatiota. Osaprojektissa 3) Ydinpolttoainekierron yleiset säteilyturvallisuustarkastelut. On osallistuttu aktiivisesti strategisiin, erilaisten ydinpolttoainekiertojen radiologisiin vaikutuksiin keskittyviin kansainvälisiin ja niitä tukeviin kansallisiin hankkeisiin. 4) osaprojektissa Monte Carlo-simuloinnin soveltaminen ydinjätehuollon kustannusriskien tarkasteluissa on laadittu ydinjätehuollon kustannusriskimalli, jolla on laskettu alustavia tuloksia. Tulokset liittävät yhteen kustannukset ja epävarmuuden, syventäen riskien ymmärrystä ja edesauttaen vastuumääräarvion määrittämistä. Hankkeessa Suomalainen erotus- ja transmutaatiotekniikan tutkimus työ oli organisoitu osaprojekteihin: (1) transmutaatiolaitosten reaktorifysikaalisen laskentakyvyn kehittäminen jossa Jatkettiin tutkimusta painevesireaktorien kyvystä polttaa sivuaktinideja ; (2) Pyrokemiallinen erotustekniikka jossa kirjoitetiin tilannekatsaus / sekundaarijätteiden käsittelystä alihankintatyönä HYRLiltä ja (3) Tiedonvälitys osiossa julkaistiin raportti kehittyneistä polttoainekierroista ja niiden vaikutuksista ydinjätehuoltoon, (VTT-R-01849-07) lisäksi on mm. järjestetty pienoisseminaari P&T-alan ja kehittyneiden reaktorien t&k-tilanteesta,ja osallistuttu OECD/NEA:n järjestämään 9. tiedonvaihtokokoukseen Voimalaitosten biologisen suojan betonin aktivoituminen hankkeessa keskeisenä tavoitteena oli käyttää ruotsalaisten toimittamia Barsebäckin laitosyksikköön liittyviä tietoja alustavan TORT-mallin laatimiseen sekä laatia aiheesta esiselvitys. Yhteydenpidossa voimalaitokseen ei kuitenkaan ole onnistuttu toivotulla tavalla. Lisäksi Barsebäckissä on syksyn kuluessa toteutettu laaja organisaatiomuutos, joka on ilmeisesti vähentänyt mielenkiintoa ylimääräiseen yhteistyöhankkeeseen vaikka periaatteellinen ilmaus ruotsalaisten kiinnostuksesta yhteistyöhön on aikanaan saatu. Koska hankkeen kannalta oleellisia mittaus- ja laitostietoja ei ole ruotsalaisilta saatu ei hanketta myöskään ole pystytty toteuttamaan suunnitelman mukaisesti. 7
Hankkeiden tuloksista on yhteenvedot Liitteessä. Hanke Vastuuhenki lö DECOVALEX THMC -projektin Esko Eloranta jäsenmaksu vuonna 2006 STUK Ydinjätehuollon teknistieteelliset Jarmo perusteet (TEPE) Lehikoinen VTT Suomalainen erotus- ja Markku Anttila transmutaatiotekniikan tutkimus VTT Voimalaitosten biologisen suojan Pertti Kotiluoto betonin aktivoituminen (BETAKT) VTT Taulukko 1. KYT-ohjelman strategiset selvitykset 2006 Hankkeen tyyppi Hallinto Selvitys Selvitys Mallinnus 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 3. 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 state-of-the-art -katsaukset luovat laajempaa osaamispohjaa. Kuva 4. Loppusijoituksen turvallisuuden arviointia edistävät tutkimuskokonaisuudet KYT2010-ohjelmassa. 8
Vuonna 2006 käytetyn polttoaineen loppusijoituksen pitkäaikaisturvallisuuteen liittyviä tutkimushankkeita on 15. 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 KYTpuiteohjelmasta 3.2.1 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 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. Hankkeet vuonna 2006 Tutkimusohjelmassa rahoitettiin kahta loppusijoituskapseliin liittyvää hanketta. 9
Kuparikapselin jännityskorroosioanalyysi hankkeessa jännityskorroosiomallien kirjallisuusselvityksen tuloksena identifioitiin kolme tekijää, joita ei aikaisemmin ole otettu huomioon. 1) Kuparin todettiin olevan altis jännityskorroosiolle kaasumaisessa ympäristössä, jossa on klorideja, 2) ainakin kaksi mahdollista jännityskorroosiomekanismia toimii myös hapettomissa sulfidipitoisissa olosuhteissa, 3) sekä nitriitin että nitraatin todettiin muuntuvan ammonium-ioneiksi kuparin vaikutuksesta (katalyysi). Tulosten perusteella on nähtävissä että turvallisuuden arviointiin on tullut uusia varteenotettavia skenaarioita. Internet-pohjaisen kansainvälisen asiantuntijaseminaarin järjestämiseksi selvitettiin sopivin ohjelmisto-alusta, hankittiin serveri ja ATutor-ohjelmisto. Sisällön tuottaminen edellyttää vielä jatkotyötä ennen seminaarin avaamista. Kapselikuparin pitkäaikaiskestävyys hankkeessa pyrittiin määrittämään kapselikuparin ja sen hitsin pitkäaikaista virumiskäyttäytymistä ja vaurioitumismahdollisuuksia loppusijoitusolosuhteissa ja testaamaan kokeellisesti kuparikapselin virumisen ja korroosion yhteisvaikutusta. Koeohjelman pisin virumiskoe on saavuttanut 45 000 h tason ja jatkuu edelleen. Elinikäarvioita varten on kehitetty uusi virumismalli, jonka ennustuskykyä on testattu aluksi metallisilla referenssimateriaaleilla. 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 KYTohjelman ensimmäisen vaiheen aikana ja työ on vielä kesken. Hankkeet vuonna 2006 Tutkimusohjelmassa ei vuonna 2006 rahoitettu bentoniittiaihepiiriin kuuluvia hankkeita. Johtoryhmä katsoi että aihepiirin hanke-ehdotukset olivat yleisesti 10
ottaen liian pirstaleisia ja epämääräisiä jotta niiden rahoituksella olisi tehokkaasti edistetty alan asiantuntemusta Suomessa. Hankkeiden tuloksista on yhteenvedot Liitteessä. Kuparikapselin Timo Saario Kokeellinen jännityskorroosioanalyysi VTT Kapselikuparin Pertti Auerkari Kokeellinen pitkäaikaiskestävyys VTT Taulukko 2. Hankkeet tutkimuspainopisteessä tekniset vapautumisesteet 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. 11
Jääkausivaikutukset, erityisesti jäätiköityminen ja ikirouta aiheuttavat olennaisia muutoksia kallioperässä. Loppusijoituksen turvallisuuden kannalta merkittävimmät muutokset liittyvät pohjaveden virtaukseen, pohjavesikemiaan ja kallioliikuntoihin. Jääkausivaikutuksista voidaan saada suuruusluokkaarvioita 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. Hankkeet 2006 Tutkimuspainopisteessä rahoitettiin kaudella kuutta hanketta. Kallion rikkonaisuusrakenteet ja hydrogeologia hanke tähtäsi kallion rikkonaisuusrakenteiden olemuksen parempaan ymmärtämiseen. Hankkeessa on pyritty tuottamaan entistä luotettavammin kalliopohjaveden virtausmallinnuksen edellyttämiä parametreja. Työ oli organisoitu osaprojekteiksi: (1) Kopparnäs-Klaukkala paikkatutkimukset; (2) Outokummun syväreikätutkimukset; (3) mallinnus. Merkittävimpiä tuloksia vuoden 2006 tutkimuksesta on hydrogeofysiikan metodikehitys kallioperassä olevien vettä johtavien rakenteiden tunnistamiseksi ja paikantamiseksi. Reikägeofysiikan sovellutukset luovat erilaisia, osin vielä heikostikin hyödynnettyjä, mahdollisuuksia kiteisen kallioperän vettä johtavien rakenteiden paikantamiseen ja virtausluonteen selvittämiseen. Hankkeessa tuotettiin yhteensä yksitoista jukaisua ja diplomityötä. Kallioperän redox-häiriöiden osoittaminen kivi-vesi-vuorovaikutusten avulla (KIVES-REDOX) pyrki arvioimaan erityisesti jääkausien aiheuttamien kallioperän redox-häiriöiden laajuutta kallioperään jääneiden geokemiallisten jälkien perusteella. Vuonna 2006 painopisteenä oli kivi-vesivuorovaikutussimulaattorin rakentaminen ja testaus vuoden 2005 esikokeissa saatujen tulosten pohjalta; uraanin isotooppien massavirta-analyysi aktinidien rakokulkeutumiskokeen yhtey-dessä saadun uraaniaineiston avulla ja ensimmäisen simulaatiotutkimuksen käynnistäminen koskien uraanin isotooppien234u ja238u vapautumissuhdetta. Akustiseen emissioon perustuva kallion jännitystilan mittausmenetelmä hankkeessa tavoitteena on kehittää kustannustehokas ja luotettava, uudenlainen kallion in situ jannitystilan mittausjärjestelmä vaihtoehdoksi nykyisin käytössä oleville meneteimille. Tuloksia voidaan hyödyntää ydinjätteen loppusijoitusta varten rakennettavien kalliotilojen suunnittelussa, sillä sen avulla suunnitteluun tarvittavan lähtötiedon hankinta voidaan tehdä aikaisempaa helpommin ja pienemmin kustannuksin. Vuonna 2006 tutkittiin Viron öljyliuskeen (palavan kiven) soveltuvuutta kyseiselle menetelmalle. Rakoilun aikariippuvuus ja ydinjätteen loppusijoitustilaa ympäröivän kallion rikkoutumisvyöhykkeen mallintaminen hanke pyrki kehittämään kirjallisuuden 12
ja laboratoriokokeiden perusteella laskentamallin, jolla voidaan arvioida loppusijoitustilaa ympäröivän kalliomassan mekaanista pysyvyyttä ja vedenjohtavuutta ajan funktiona. Työ on jaettu seuraaviin päävaiheisiin 1) alikriittisen raonkasvumallin kehittäminen ja 2) raonkasvumallin liittäminen FRACOD ohjelmaan. Laboratoriokokeet ovat olleet merkittävä lisä tietämykseen kiteisen kallioperän materiaaliominaisuuksista ja aikamuodonmuutos käyttäytymisestä. Hanke osallistui DECOVALEC THMC projektin halkeilleen kallion tutkimuskokonaisuuteen. Uraanin käyttäytyminen kiteisissa kivissä: tulosten hyödyntäminen turvallisuusanalyysissa (GEOCHEM) hankkeessa työskenteli sekä Geoympäristötekniikan osasto TKK:lta että HYRL.Kokonaisuus oli jaettu kahdeksi eri hankkeeksi rahoitusteknisistä syistä mutta hallinnon keventämiseksi vuoden 2006 aikana molempien GEOCHEM hankkeiden raportointi pyrittiin yhdistämään. Hankkeen tavoitteena on tietotaidon lisääminen haitta-aineiden kulkeutumisen arvioinnissa ympäristössämme. Tuottaa tutkimuksin tietoa uraanin käyttäytymisestä kiteisessä kivessä ja selvittää kulkeutuvatko radionuklidit kiven mikroraoissa konsentraatiogradientin mukaisesti diffundoitumalla (matriisidiffuusio, kuten nykykäsityksen mukaan on) vai vaikuttaako mikrorakokulkeutumisen ohella enemminkin saostuminen tai kemiallinen pidättyminen, jota määräävät jaksottain tapahtuvien jääkausien aiheuttamat vaihtelut. Hankkeiden tuloksista on yhteenvedot Liitteessä. Kallion rikkonaisuusrakenteet ja Lasse Ahonen Kokeellinen hydrogeologia GTK Kallioperän redox-häiriöiden Juhani Suksi Kokeellinen osoittaminen kivi-vesivuorovaikutusten avulla (KIVES- REDOX) HYRL Akustiseen emissioon perustuva Aleksis Lehtonen Kokeellinen kallion jännitystilan mittausmenetelmä TKK Rakoilun aikariippuvuus ja Pekka Särkkä Mallinnus ydinjätteen loppusijoitustilaa ympäröivän kallion rikkoutumisvyöhykkeen mallintaminen (CREEP) TKK Uraanin käyttäytyminen kiteisissa Kirsti Loukola- Kokeellinen kivissä: tulosten hyödyntäminen Ruskeeniemi turvallisuusanalyysissa (GEOCHEM) TKK Uraanin käyttäytyminen kiteisissa Marja Kokeellinen kivissä: tulosten hyödyntäminen Siitari-Kauppi turvallisuusanalyysissa (GEOCHEM) HYRL Taulukko 2. Hankkeet tutkimuspainopisteessä kallioperä ja pohjavesi 13
3.2.3 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 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 14
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 STUKin 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. Hankkeet 2006 Reaktiivinen kulkeutumismallinnus loppusijoitusolosuhteissa hankkeessa tavoite on luoda aiempaa selkeämpi käsitys rakokulkeutumiseen vaikuttavista tekijöistä reaktiivisen kulkeutumismallinnuksen avulla sekä luoda uutta osaamista ja osaajia Suomen ydinjätehuollon tarpeisiin.reaktiivisen kulkeutumismallinnuksen avulla selvitettiin HYRL:n kolonnikokeissa käytettyjen seka pidattymattömien että heikosti ja kohtalaisesti pidattyvien merkkiaineiden vesi-kivivuorovaikutusta sekä matriisidiffuusion roolia pidatysmekanismina erilaisissa virtausolosuhteissa. Syvien biosfäärien geomikrobiologia - molekyylibiologiset monitorointimenetelmät (GEOMOL) hankkeessa kehitetään molekyylibiologiaan perustuvia mikrobiologisia monitorointimenetelmiä, joita voidaan hyödyntää ydinjätteen loppusijoituksen turvallisuustutkimuksessa. Tutkimuksen ensimmäisen vuoden aikana kehitettiin mikrobiologisia näytteenottomenetelmiä kenttäolosuhteisiin ja rakennettiin paineistettu näytteenottolaitteisto. Lisäksi kartoitettiin laajasti alan kirjallisuustietoja. Hankkeessa sorption mekanistinen mallinnus ja reaktiivinen kulkeutuminen tunnelitäytteessä ja kallioraossa kuvataan pidattymisen mekanismeja liuos- ja pintakemiallisten reaktioiden avulla geokemiallisissa ja reaktiivisen kulkeutumisen malleissa sekä selvitetään rakokulkeutumisessa radionuklidien pidattymista aiheuttavia ilmiöitä, erityisesti matriisidiffuusion vaikutusta ja kytkentaa rakovirtaukseen. Työssä tutkitaan Cs:n sorptiota kilpailutilanteessa biotiittiin ja kiveen erakokeissa ja virtausolosuhteissa. Kallion in situ tutkimukset Kallion in situ tutkimukset hanke on kokeellispainotteinen menetelmänkehityshanke, joka tähtää kalliomatriisin rakenteen yksityiskohtaiseen tutkimiseen. Hanke on osa kansainvälistä tutkimusprojektia Grimsel Phase VI. Työ oli organisoitu osaprojekteihin: (1) in situ kulkeutumiskoe (2) in situ impregnointikokeet kiven huokoisuuden ja rakoavaumien visualisoimiseksi. Kiven huokostilavuuden ja heterogeenisuuden kuvaus tomografiamenetelmällä hankeen tavoitteena on hyödyntää vuosina 2004-05 kehitettyä mikrotomografiaan perustuvaa kiven rakenteen tutkimusmenetelmää yhdessä 15
PMMA-autoradiografia- ja konfokaalimikroskopiamenetelman kanssa. Projekti toteutetaan JYFL:n ja HYRL:n yhteistyöna kehittämällä kuvaanalyysimenetelmiä alueella 1 mikrometri -1Osenttimetria. JYFL:iin hankitulla tomografialait-teistolla tehtävät mittaukset taydennettiin PMMA-mittauksin HYRL:ssa. Käytetyn ydinpolttoaineen loppusijoittamisen ekologinen riskiarvio metsäekosysteemissä hankkeen tavoitteena on kehittää loppusijoituksen riskien arviontiin liittyvää biosfäärimallinnusta. Hanke perustuu pääasiassa olemassa olevan aineiston analysointiin mutta menetelmiä testataan myös kenttätutkimuksin. Hankkeiden tuloksista on yhteenvedot Liitteessä. Reaktiivinen kulkeutumismallinnus loppusijoitusolosuhteissa (REKU) Syvien biosfäärien geomikrobiologia - molekyylibiologiset monitorointimenetelmät (GEOMOL) Sorption mekanistinen mallinnus ja reaktiivinen kulkeutuminen tunnelitäytteessä ja kallioraossa Rakovirtaus, radionuklidien kulkeutuminen ja kemialliset vuorovaikutukset heterogeenisessä kallioperässä Kallion in situ tutkimukset Kiven huokostilavuuden ja heterogeenisuuden kuvaus tomografiamenetelmällä Käytetyn ydinpolttoaineen loppusijoittamisen ekologinen riskiarvio metsäekosysteemissä. Jarmo Lehikoinen VTT Merja Itävaara VTT Jarkko Kyllönen HYRL Pirkko Hölttä HYRL Marja Siitari-Kauppi HYRL Jussi Timonen JYFL Jukka Juutilainen KY Mallinnus Kokeelline n Mallinnus Kokeelline n Kokeelline n Kokeelline n Selvitys Taulukko 3 hankkeet tutkimuspainopisteessä Radionuklidien vapautuminen ja kulkeutuminen 4. TUTKIMUSOHJELMAN ORGANISAATIO KYT2010-tutkimusohjelman käytännön työskentely perustuu johtoryhmän, tukiryhmän, koordinaattorin ja tutkimushankkeiden keskinäiseen yhteistyöhön ja työnjakoon. Tutkimusohjelman sisältö muotoutuu vuosittain tutkimuslaitosten ehdottamien hankkeiden valinta- ja fokusointisuosituksesta, jonka johtoryhmä tekee KTM:lle. Puiteohjelma muodostaa hanke-esitysten 16
sisällöllisen kehyksen, joka helpottaa esitysten tekijöiden ja arvioitsijoiden työtä. Johtoryhmän roolina on toimia ohjelman hallintoa ja tutkimuksen yleisiä suuntaviivoja koordinoivana elimenä. Johtoryhmä ohjaa tutkimusohjelman suunnittelua ja seuraa tutkimustulosten laatua. Johtoryhmä vastaa siitä, että ohjelman puitteissa laaditaan ministeriölle vuosittaiset ehdotukset VYRrahoituksen myöntämisestä tutkimushankkeisiin. Se arvioi myös tarvetta osallistua kansainvälisiin julkisiin tutkimushankkeisiin. Johtoryhmän puheenjohtaja on Säteilyturvakeskuksesta, sihteerinä toimii tutkimusohjelman koordinaattori. Tukiryhmä toimii johtoryhmän tukena noin 10 henkilön vahvuisena teknisenä asiantuntijaelimenä; johtoryhmä valitsee tukiryhmän jäsenet. Tukiryhmä muun muassa arvioi yksityiskohtaisesti hanke-esitykset ja laatii arvionsa pohjalta johtoryhmälle vuosittaisen rahoitusesitysluonnoksen. Tukiryhmä seuraa tarkoituksenmukaista sisäistä työnjakoa noudattaen tutkimushankkeiden etenemistä mm. hankkeiden laskutusoikeuksia silmällä pitäen. Tukiryhmä voi tarvittaessa antaa substanssitukea tutkimusohjelman hankepäälliköille esim. tutkimuksen sisällöllisissä pulmatilanteissa ja tutkimustulosten raportoimisessa. Tukiryhmä toimii myös tiedonvälitysfoorumina sekä KYTohjelmaa koskevissa että sen ulkopuolisissa ydinjätetutkimuksiin liittyvissä asioissa. Koordinaattorin tehtävänä on koota tutkimussuunnitelmat johtoryhmän ja tukiryhmän ohjeiden mukaisesti, seurata suunnitelmien toimeenpanoa ja raportoida hankkeiden edistymisestä johtoryhmälle ja tukiryhmälle. Lisäksi hän valmistelee johtoryhmänkokoukset puheenjohtajan johdolla ja toimii johtoryhmän sihteerinä. 17
Liite 1 KANSALLINEN YDINJÄTEHUOLLON TUTKIMUSOHJELMA (KYT2010) Hankekohtaiset vuosikatsaukset 2006 Hanke Vastuuhenkilö Hankkeen tyyppi 1. DECOVALEX THMC -projektin Esko Eloranta Hallinto jäsenmaksu vuonna 2006 STUK 2. Ydinjätehuollon teknistieteelliset Jarmo Lehikoinen Selvitys perusteet (TEPE) VTT 3. Suomalainen erotus- ja Markku Anttila Selvitys transmutaatiotekniikan tutkimus VTT 4. Voimalaitosten biologisen suojan Pertti Kotiluoto Mallinnus betonin aktivoituminen (BETAKT) VTT 5. Kuparikapselin Timo Saario Kokeellinen jännityskorroosioanalyysi VTT 6. Kapselikuparin Pertti Auerkari Kokeellinen pitkäaikaiskestävyys VTT 7. Kallion rikkonaisuusrakenteet ja Lasse Ahonen Kokeellinen hydrogeologia GTK 8. Kallioperän redox-häiriöiden Juhani Suksi Kokeellinen osoittaminen kivi-vesivuorovaikutusten HYRL avulla (KIVES- REDOX) 9. Akustiseen emissioon perustuva kallion jännitystilan mittausmenetelmä 10. Rakoilun aikariippuvuus ja ydinjätteen loppusijoitustilaa ympäröivän kallion rikkoutumisvyöhykkeen mallintaminen (CREEP) 11. Uraanin käyttäytyminen kiteisissa kivissä: tulosten hyödyntäminen turvallisuusanalyysissa (GEOCHEM) 12. Uraanin käyttäytyminen kiteisissa kivissä: tulosten hyödyntäminen turvallisuusanalyysissa (GEOCHEM) 13. Reaktiivinen kulkeutumismallinnus loppusijoitusolosuhteissa (REKU) 14. Syvien biosfäärien geomikrobiologia - molekyylibiologiset monitorointimenetelmät (GEOMOL) 15. Sorption mekanistinen mallinnus ja reaktiivinen kulkeutuminen tunnelitäytteessä ja kallioraossa 16. Rakovirtaus, radionuklidien kulkeutuminen ja kemialliset vuorovaikutukset heterogeenisessä kallioperässä Aleksis Lehtonen TKK Pekka Särkkä TKK Kirsti Loukola- Ruskeeniemi TKK Marja Siitari-Kauppi HYRL Jarmo Lehikoinen VTT Merja Itävaara VTT Jarkko Kyllönen HYRL Pirkko Hölttä HYRL 17. Kallion in situ tutkimukset Marja Siitari-Kauppi HYRL 18. Kiven huokostilavuuden ja heterogeenisuuden kuvaus tomografiamenetelmällä 19. Käytetyn ydinpolttoaineen loppusijoittamisen ekologinen riskiarvio metsäekosysteemissä. Jussi Timonen JYFL Jukka Juutilainen KY Kokeellinen Mallinnus Kokeellinen Kokeellinen Mallinnus Kokeellinen Mallinnus Kokeellinen Kokeellinen Kokeellinen Selvitys Tutkimuspainopiste Strategiset selvitykset Strategiset selvitykset Strategiset selvitykset Strategiset selvitykset Tekniset vapautumisesteet Tekniset vapautumisesteet Kallioperä ja pohjavesi Kallioperä ja pohjavesi Kalliopera ja pohjavesi Kallioperä ja pohjavesi Kallioperä ja pohjavesi Kallioperä ja pohjavesi Radionuklidien vapautuminen ja kulkeutuminen Radionuklidien vapautuminen ja kulkeutuminen Radionuklidien vapautuminen ja kulkeutuminen Radionuklidien vapautuminen ja kulkeutuminen Radionuklidien vapautuminen ja kulkeutuminen Radionuklidien vapautuminen ja kulkeutuminen Radionuklidien vapautuminen ja kulkeutuminen 18
Kansallinen ydinjätehuollon tutkimusohjelma (KYT2010) Vuosikatsaus 2006 Tutkimushankkeen nimi DECOVALEX THMC -projektin jäsenmaksu 2006 Tutkimuslaitos Säteilyturvakeskus Vastuuhenkilö Esko Eloranta Mihin KYT-painopistealueeseen hanke kuuluu? (ks. puiteohjelma) Loppusijoituksen pitkäaikaisturvallisuus Tutkimusjatkumo (onko hanke jatkoa aiemmalle tutkimukselle, suunnitellaanko jatkoa?) Kansainvälisen DECOVALEX THMC -projektin käynnissäoloaika 2004-2007 (n. 30.6.2007 asti) Yhteistyökumppanit Kotimaiset organisaatiot Teknillinen korkeakoulu, Kalliorakentaminen Tutkimuksen tavoite Ulkomaiset organisaatiot Muut tutkimusohjelmat, tms. Hoitaa kansainvälisen DECOVALEX THMC -projektin jäsenmaksu SKI:lle Tuloskategoria Julkaisujen lukumäärä Opinnäytetöiden lukumäärä Hallinto Tulosten hyödyntäminen lyhyellä ja pitkällä tähtäimellä (mikä taho ja millä tavalla) Hanke mahdollistaa kansallisen osallistumisen (TKK kalliorakentaminen) DECOVALEX THMC - projektiin. TKK on hoitanut myös kansallisen DECOVALEX THMC -ryhmän kokousjärjestelyt. Sisällölliset tulokset osaprojekteittain (Tiivis yhteenveto saavutetuista tuloksista osaprojekteittain) SKI:ltä tuli jäsenmaksua (230.000 SEK) koskeva lasku STUKiin (päiväys 17.5.2006, No 505/2006). STUK maksoi SKI:lle jäsenmaksun (25.035,38 ) 7.6.2006. STUK laskutti edelleen VYRiä laskulla 3.10.2006, nro 601111 määrältään 25.035,38. Julkaisut ja opinnäytetyöt Muu tutkimuksista tiedottaminen (esim. seminaari, tiedote, tms.)
Kansallinen ydinjätehuollon tutkimusohjelma (KYT2010) Vuosikatsaus 2006 Tutkimushankkeen nimi Ydinjätehuollon teknistieteelliset perusteet (TEPE) Tutkimuslaitos Valtion teknillinen tutkimuskeskus (VTT) Vastuuhenkilö Jarmo Lehikoinen Mihin KYT-painopistealueeseen hanke kuuluu? (ks. puiteohjelma) Käytetyn polttoaineen loppusijoituksen pitkäaikaisturvallisuus; turvallisuusanalyysimetodiikka, kustannustarkastelut Tutkimusjatkumo (onko hanke jatkoa aiemmalle tutkimukselle, suunnitellaanko jatkoa?) Hanke on osa pitkäjänteistä turvallisuusanalyysimetodiikan kehitystyötä Yhteistyökumppanit Kotimaiset organisaatiot VTT, HYRL, TKK, GTK Ulkomaiset organisaatiot OECD/NEA IGSC, OECD/NEA RWMC Muut tutkimusohjelmat, tms. - Tutkimuksen tavoite Tavoite on kehittää käytetyn polttoaineen geologisen loppusijoituksen turvallisuusanalyysimetodiikkaa ja kustannusten arviointimetodiikkaa Tuloskategoria Julkaisujen lukumäärä Opinnäytetöiden lukumäärä Asiantuntemus, selvitys 2 - Tulosten hyödyntäminen lyhyellä ja pitkällä tähtäimellä (mikä taho ja millä tavalla) Ydinjätehuollon toimijat voivat käyttää kehitettyä asiantuntemusta toimenpiteidensä valmistelussa Sisällölliset tulokset osaprojekteittain (Tiivis yhteenveto saavutetuista tuloksista osaprojekteittain) Turvallisuusanalyysmetodologia. Osallistuttu OECD/NEA:n ydinjätekomitean työskentelyyn ja Suomen maakatsauksen laatimiseen RWMC-kokouksessa 15.-17.03.2006. TEPE:n edustaja on saatu mukaan OECD/NEA:n IGSC-ryhmään (Integration Group for Safety Case). Lisäksi on osallistuttu aktiivisesti YTN:n ydinjätejaoston toimintaan sekä ERICA-projektin kansallisen loppukäyttäjäryhmän kokouksiin. Paleohydrogeologiset tutkimukset safety casessa. On osallistuttu aktiivisesti paleohydrogeologisten tutkimusten hyödyntämistä safety casessa edistävään kotimaiseen yhteistyöhön. Yhteistyössä HYRL:n kanssa on valmisteltu laboratoriokoetta, jolla matkitaan hapellisen sulaveden synnyttämän redox-muutoksen aiheuttamaa uraanin mobilisaatiota. VTT:n mallinnusosuus yhteistyössä on lykkääntynyt kokeellisen osuuden viivästymisen vuoksi. Kokeellinen kivi-vesi-vuorovaikutussimulaattori on rakennettu HYRL:ssa ja sen fysikaaliskemiallisia piirteitä on hienosäädetty. Järjestetty tutkimusten suunnittelupalaveri HYRL:n kanssa 17.10. Ydinpolttoainekierron yleiset säteilyturvallisuustarkastelut. On osallistuttu aktiivisesti strategisiin, erilaisten ydinpolttoainekiertojen radiologisiin vaikutuksiin keskittyviin kansainvälisiin ja niitä tukeviin kansallisiin hankkeisiin. Käynnistetty yhteistyössä Markku Anttilan (VTT) kanssa raportin Kehittyneet polttoainekierrot ja ydinjätehuolto kirjoitustyö. Raportissa arvioidaan esim. OECD/NEA:n vastajulkaistun työryhmäraportin suomalaisittain kiinnostavimpia osia, joissa on mm. laadittu graniittiseen kallioperään tapahtuvan loppusijoituksen turvallisuusanalyysi kehittyneiden polttoainekiertojen tuottamille jätteille. Suomenkielisen raportin luonnos on valmis; raportti on tarkoitus julkaista VTT:n tutkimusselostuksena. Monte Carlo-simuloinnin soveltaminen ydinjätehuollon kustannusriskien tarkasteluissa. Hankkeessa on laadittu ydinjätehuollon kustannusriskimalli, jolla on laskettu alustavia tuloksia. Tulokset liittävät yhteen kustannukset ja epävarmuuden, syventäen riskien ymmärrystä ja edesauttaen vastuumääräarvion määrittämistä.
Julkaisut ja opinnäytetyöt Anttila, M. & Rasilainen, K. 2007. Kehittyneet polttoainekierrot ja ydinjätehuolto, alustavasti suunniteltu julkaistavaksi VTT:n tutkimusselostuksena. Forsström, J. 2006. Ydinjätehuollon kustannusriskianalyysi. Esitutkimus. VTT Working Papers 64. Rasilainen, K., Nordman, H., Suksi, J. & Marcos, N. 2006. Direct alpha-recoil as a process to generate U-234/U-238 disequilibrium in groundwater, 29th International Symposium on the Scientific Basis for Nuclear Waste Management XXIX, Ghent, Belgium, 12 16 Sept. 2005, Vol. 932 (2006), 1041 1048. Suksi, J., Rasilainen, K. & Pitkänen, P. 2006. Variations in 234U/238U activity ratios in groundwater- A key to flow system characterisation? Physics and Chemistry of the Earth, Parts A/B/C, Vol. 31 (2006) No: 10 14, 556 571. Muu tutkimuksista tiedottaminen (esim. seminaari, tiedote, tms.) On osallistuttu HYRL:ssa järjestetyn kurssin Luonnon radioaktiiviset hajoamissarjat ympäristötutkimuksessa opetukseen luennoimalla matemaattisen mallinnuksen osuus 08.11.2006.
Kansallinen ydinjätehuollon tutkimusohjelma (KYT2010) Vuosikatsaus 2006 Tutkimushankkeen nimi Suomalainen erotus- ja transmutaatiotekniikan tutkimus Tutkimuslaitos VTT Vastuuhenkilö Markku Anttila Mihin KYT-painopistealueeseen hanke kuuluu? (ks. puiteohjelma) Strateginen selvitykset, ydinpolttoainekierto Tutkimusjatkumo (onko hanke jatkoa aiemmalle tutkimukselle, suunnitellaanko jatkoa?) Tutkimus alkoi vuonna 2002 ja sitä on suunniteltu jatkettavan myös tulevina vuosina Yhteistyökumppanit Kotimaiset organisaatiot HYRL Ulkomaiset organisaatiot KTH, OECD/NEA Muut tutkimusohjelmat, tms. SAFIR/EMERALD Tutkimuksen tavoite Tavoitteena on koota yhteen suomalainen erotus- ja transmutaatiotekniikan osaaminen ja kehittää se rtasolle, joka mahdollistaa osallistumisen kansainväliseen yhteistyöhön muutamilla osa-alueilla (transmutaatiolaitosten ja polttoainekiertojen laskenta, sekundaarijätteiden kysyntä); tiedonvälitys Tuloskategoria Asiantuntemus, selvitykset, tietokoneohjelmien validointi Julkaisujen lukumäärä 4 Opinnäytetöiden lukumäärä Tulosten hyödyntäminen lyhyellä ja pitkällä tähtäimellä (mikä taho ja millä tavalla) Viranomaiset ja ydinvoimayhtiöt; tuottamalla suunnittelun tausta-aineistoa, kehittämällä reaktorifysikaalista laskentakykyä kehittymisenä ja lisäämällä tietoa erotustekniikasta, erityisesti sekundaarijätteiden käsittelymenetelmistä Sisällölliset tulokset osaprojekteittain (Tiivis yhteenveto saavutetuista tuloksista osaprojekteittain) Transmutaatiolaitosten reaktorifysikaalisen laskentakyvyn kehittäminen (koordinoidusti SAFIR-ohjelman EMERALD-projektin kanssa) Jatkettu tutkimusta painevesireaktorien kyvystä polttaa sivuaktinideja tekemällä suuri joukko kaksidimensioisia (polttoainenipputason) laskuja (Raportti 2); Aloitettu selvitystyö nopeiden transmutaatiolaitosten reaktorifysikaalisesta laskennasta (Raportti 3) Pyrokemiallinen erotustekniikka (tilannekatsaus / sekundaarijätteiden käsittely) HYRL kirjoittanut yksityiskohtaisen raportin tärkeimmistä kehittteillä olevista pyrokemiallisista prosesseista ja niiden suolajätteiden käsittelystä (Raportti 4) Tiedonvälitys Kirjoitettu raportti kehittyneistä polttoainekierroista ja niiden vaikutuksista ydinjätehuoltoon, erityisesti korkea-aktiivisen ydinjätteen loppusijoitukseen (Raportti 1), osallistuttu KYT-loppuraportin kirjoittamiseen (virkavapaalla) ja pidetty esitys KYT-loppuseminaarissa; järjestetty pienoisseminaari P&T-alan ja kehittyneiden reaktorien t&k-tilanteesta, puhujana apul.prof. Janne Wallenius KTH:sta (esitelmäkalvot jaettu); osallistuttu OECD/NEA:n järjestämään 9. tiedonvaihtokokoukseen (matkakertomus jaettu) Julkaisut ja opinnäytetyöt Anttila, Markku, Rasilainen, Kari, Kehittyneet polttoainekierrot ja ydinjätehuolto, VTT tutkimusraportti VTT-R-01849-07, 28.2.2007. Anttila, Markku, Actinide management using advanced PWR MOX technology. Results of twodimensional fuel assembly calculations. VTT tutkimusraportti VTT-R-01841-07, 20.2.2007.
Anttila, Markku, Alikriittisen nopean reaktorin reaktorifysikaalinen laskenta, VTT tutkimusraportti VTT-R-0xxxx-07 (viimeisteltävänä). Paajanen, Airi, Harjula, Risto, Pyrokemiallisten erotusmenetelmien suolajätteet ja niiden käsittelymenetelmät, VTT tutkimusraportti VTT-R-01563, 12.2.2007. Muu tutkimuksista tiedottaminen (esim. seminaari, tiedote, tms.) Anttila, Markku, Erotus- ja transmutaatiotekniikan tutkimus, esitys KYT-loppuseminaarisssa 22.3.2006, Anttila, Markku, Strategic alternatives in spent fuel management. Chapter 3 in The Finnish Research Programme on Nuclear Waste Management (KYT) 2002-2005. Final Report. VTT Research Notes 2337. Wallenius, Janne, Status of R&D programs on Generation IV reactors and transmutation, esitelmä VTT:ssa 21.11.2006 Anttila, Markku, OECD/NEA 9 th IEM on Partitioning and Transmutation, Nimes, France, 25.-29.9.2006 (matkakertomus 16.10.2006).
Kansallinen ydinjätehuollon tutkimusohjelma (KYT2010) Vuosikatsaus 2006 Tutkimushankkeen nimi Voimalaitosten biologisen suojan betonin aktivoituminen (BETAKT) Tutkimuslaitos VTT Vastuuhenkilö Petri Kotiluoto Mihin KYT-painopistealueeseen hanke kuuluu? (ks. puiteohjelma) Ydinjätehuollon kustannukset, voimalaitosjätteet, ydinvoimaloiden käytöstäpoisto Tutkimusjatkumo (onko hanke jatkoa aiemmalle tutkimukselle, suunnitellaanko jatkoa?) Hanke ei ole jatkoa aiemmalle tutkimukselle, eikä hankkeelle myöskään suunnitella jatkoa KYT2010- tutkimusohjelman puitteissa Yhteistyökumppanit Kotimaiset organisaatiot Ulkomaiset organisaatiot Barsebäckin voimalaitos Muut tutkimusohjelmat, tms. SAFIR/EMERALD-hankkeen laskentamenetelmien kehitys Tutkimuksen tavoite Hankeen tavoitteena on ollut testata VTT:n 3D-laskentajärjestelmän kykyä arvioida voimalaitosten biologisen suojan aktiivisuutta. Tämä testaus on suunniteltu tapahtuvaksi vertaamalla tehtävien laskujen tuloksia Barsebäckin biologisesta suojasta otetuista poranäytteistä saatuun mittaustietoon. Tavoitteena vuonna 2006 on ollut kerätä tarvittavat tiedot Barsebäckistä, kuten tehtyjen mittausten tulokset, näytteidenottopaikat, tiedot laitosyksikön ajohistoriasta (näytteiden säteilytyshistoria), sekä tarvittavat tiedot alustavan 3D-mallin laatimiseksi laitosyksiköstä. Tuloskategoria Julkaisujen lukumäärä Opinnäytetöiden lukumäärä Esiselvitys 0 0 Tulosten hyödyntäminen lyhyellä ja pitkällä tähtäimellä (mikä taho ja millä tavalla) Hankkeessa ei ole saavutettu hyödynnettäviä tuloksia. Sisällölliset tulokset osaprojekteittain (Tiivis yhteenveto saavutetuista tuloksista osaprojekteittain) Työsuunnitelmana on ollut kerätä Barsebäckistä saatavat biologisen suojan betoniin liittyvät mittaustiedot yhteen, kerätä Barsebäckin laitosyksikön 3D-mallintamiseen tarvittavat tiedot, laatia alustava TORT-malli käyttäen BOT3P-ohjelmaa ja ruotsalaisten toimittamia tietoja sekä laatia aiheesta esiselvitys. Barsebäck 1:n johtajaan Bertil Hanssoniin on oltu yhteydessä. Hänen kanssaan on yritetty järjestää yhteinen palaveri Barsebäckissä jossa voitaisiin sopia tiedon vaihdon yksityiskohdista. Yhteydenpidossa ei kuitenkaan ole onnistuttu toivotulla tavalla. Lisäksi Barsebäckissä on syksyn kuluessa toteutettu laaja organisaatiomuutos, joka on vienyt ruotsalaisten aikaa ja vähentänyt mielenkiintoa ylimääräiseen yhteistyöhankkeeseen. Periaatteellinen ilmaus ruotsalaisten kiinnostuksesta yhteistyöhön on aikanaan saatu, mutta sittemmin tuo kiinnostus näyttää oleellisesti vähenneen. BOT3P/TORT-mallia on laadittu alustavasti TVO:n yksiköille. Nämä ovat kuitenkin 3. sukupolven ABB BWR tyyppiä, kun mallinnettava Barsebäckin yksikkö on 2. sukupolvea. Mallin päivittämiseksi olisi tarpeen saada yksityiskohtaisempia laitostietoja. Koska hankkeen kannalta oleellisia mittaus- ja laitostietoja ei ole ruotsalaisilta saatu ei tutkimusta myöskään ole pystytty suorittamaan suunnitelman mukaisesti. Hanke ei siis tule toteutumaan suunnitellusti eikä esiselvitystä ole mahdollista laatia. Julkaisut ja opinnäytetyöt Ei julkaisuja eikä opinnäytetöitä. Muu tutkimuksista tiedottaminen (esim. seminaari, tiedote, tms.) Tutkimus ei ole edennyt eikä ole ollut tiedotettavaa.