Ydinpolttoainekierto Kaivamisesta hautaamiseen Jari Rinta-aho, Radiokemian laboratorio 3.11.2014
Kuka puhuu? Tutkijana Helsingin yliopiston Radiokemian laboratoriossa Tausta: YO 2008 Fysiikan opiskelijaksi 2008 Työkokemus: Teknikkona Hyytiälässä ilmakehätutkimuksen parissa Harjoittelijana Elektroniikan laboratoriossa lääketieteellisessä ultraäänitekniikassa Tutkijaksi käytetyn ydinpolttoaineen tutkimukseen.
3/21 Sisältö Mistä uraani tulee? Miten ydinreaktori toimii? Mihin käytetty ydinpolttoaine kelpaa? Ydinjätteen loppusijoittaminen Suomessa.
4/21 Sisältö Mistä uraani tulee? Miten ydinreaktori toimii? Mihin käytetty ydinpolttoaine kelpaa? Ydinjätteen loppusijoittaminen Suomessa.
Uraanista ja louhinnasta Uraani: Luonnossa uraania esiintyy pääasiassa graniittisessa kalliossa Uraani yhteydessä korkeaan radonpitoisuuteen Suurimmat tuottajat: Kazakstan (36%) Kanada (15%) Australia (12%) Järjestysluku: 92 Yleisimmät isotoopit U-235: 0,7% U-238 99,2% Uraani ei ole kovinkaan radioaktiivinen. Uraanin vaarallisuus johtuu sen biokemiasta. Uraani on myrkyllinen raskasmetalli 5/21
6/21 Uraanin rikastaminen Ydinpolttoainekelpoinen uraani on rikastettava noin 5%:ksi. Rikastus tehdään sentrifugeilla. Ydinpolttoaineeksi rikastettu uraani ei käy ydinaseiden valmistamiseen Ydinaseuraani on rikastettava 90%:ksi Uraanin rikastaminen on kansainvälisesti tarkkaan valvottua. (IAEA)
7/21 Ydinpolttoaine Isotooppikoostumus 5% U-235 (1%) 95% U-238 (99%) Ydinpolttoaine puristetaan muutaman kuutiosenttimetrin sylintereiksi. Sylinterit pinotaan teräskuoreen sauvoiksi Sauvat kootaan nipuiksi.
8/21 Sisältö Mistä uraani tulee? Miten ydinreaktori toimii? Mihin käytetty ydinpolttoaine kelpaa? Ydinjätteen loppusijoittaminen Suomessa.
Fissio Tiettyjä isotooppeja voidaan halkaista, kun niiden ytimiä pommitetaan neutroneilla Fissiossa raskas ydin hajoaa kahdeksi kevyemmäksi ytimeksi (tytärytimet) Tytärytimien yhteenlaskettu massa on pienempi kuin alkuperäisen ytimen Vapautuu energiaa (E=mc2). Tytärytimet ovat yleensä radioaktiivisia 9/21
Ydinreaktori (painevesi) 10 /21 Fissiossa vapautuu runsaasti lämpöä Reaktorissa keitetään vettä Vesihöyry johdetaan lämmönvaihtimeen. Vesi höyrystyy lämmönvaihtimissa. Höyry pyörittää turbiinia. Turbiini pyörittää generaattoria
11/21 Ydinreaktori (kiehutus) Kiehutusreaktorissa vesi höyrystettään reaktorissa Höyry johdetaan turbiinin kautta lauhduttimeen. Lauhduttimesta vesi johdetaan takaisin reaktoriin.
12/21 Sisältö Mistä uraani tulee? Miten ydinreaktori toimii? Mihin käytetty ydinpolttoaine kelpaa? Ydinjätteen loppusijoittaminen Suomessa.
13/21 Käytetty ydinpolttoaine Isotooppikoostumus 1% U-235 95% U-238 4% halkeamistuotteita ja muuta ongelmallista Säilyy aktiivisena noin 100 000 vuotta Muistuttaa kemiallisesti ydinpolttoainetta
Käyttökohteet Kierrättäminen Käytetystä ydinpolttoaineesta voidaan ottaa talteen joitain isotoopeja. Kierrättäminen on erittäin kallista. Laitteiston rakentaminen kallista ja kannattaa vain, jos käytettyä ydinpolttoainetta on riittävästi Suomessa taloudellisesti kannattamatonta. Kierrätettyjä aineita voidaan käyttää esim lääketieteessä tai uuden polttoaineen valmistuksessa Hyötöreaktorien polttoaine Käytettyä ydinpolttoainetta voitaisiin käyttää sellaisenaan polttoaineena Ei olemassaolevaa tekniikkaa 14/21
15/21 Sisältö Mistä uraani tulee? Miten ydinreaktori toimii? Mihin käytetty ydinpolttoaine kelpaa? Ydinjätteen loppusijoittaminen Suomessa.
16/21 Loppusijoittaminen Suomessa on päädytty loppusijoittamaan käytetty ydinpolttoaine. Tutkimusyhteistyötä mm Ranskan, USA:n ja Ruotsin kanssa
17/21 Kestääkö kupari? Sisällä valurautainen ydin antamassa mekaanista lujuutta Kupari kestää hyvin korroosiota Kemialliset prosessit syövyttävät kapselin ~100 000 vuodessa Biologisten prosessien vaikutus ja voimakkuus vielä tuntematon
18/21 Bentoniittisavi eristää Bentoniitti paisuu kosketuksissa veden kanssa. Eristää kapselin kallioperästä Veden virtaus bentoniitissa on vähäistä Radionuklidit eivät kulkeudu konvektiolla Diffuusiokerroin on pieni Bentoniitti ei aiheuta korroosiota kuparikapselille. Biologiset prosessit bentoniitissa ovat tuntemattomia Hapellinen tai suolainen vesi muuttavat bentoniitin ominaisuuksia, mutta miten?
19/21 Olkiluodon kallio on tiivistä Loppusijoitusluolasto kaivetaan ~450m syvyyteen Olkiluodon alueen kallioperä on matalahuokoista Miten pohjavesi virtaa kallioperässä? Kuinka hyvin kallioperä pidättää radioaktiivisia aineita
20/21 Yleisesti loppusijoituksesta Jokaisen etenemisesteen pitää olla riittävän hyvä toimimaan yksinkin: Käytetty ydinpolttoaine ei juurikaan liukene veteen Kuparikapseli kestää hyvin kemiallista korroosiota. Biologisen korroosion vaikutus on vielä tuntematon. Bentoniitti on mekaanisesti ja kemiallisesti erinomainen täyteaine. Biologisten prosessien vaikutus bentoniittiin on tuntematonta. Suolainen tai hapellinen vesi muuttavat bentoniitin ominaisuuksia. Olkiluodon alueen kallioperä on vakaata ja siinä on vähän halkeamia. Kallioperä pidätyskyky on vielä osittain tuntematonta.
21/21 Kiitokset Kysymyksiä? Lisätietoja ydinvoimasta kannatta metsästää esim TVO Oyj:ltä tai Säteilyturvakeskukselta.
22/21 Kuvien lähteet Posiva Oy Fortum Oyj Teollisuuden voima Oyj Fennovoima Oy Uni. Harvard IAEA Säteilyturvakeskus