KYT KANSALLINEN YDINJÄTEHUOLLON TUTKIMUSOHJELMA 2006-2010 Vuosikatsaus 2007
Sisällysluettelo Esipuhe 2 1. Johdanto 3 2. Tutkimusohjelman perustavoitteet 4 3. Tutkimukset vuonna 2007 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 17 Liite1 Luettelo muusta sisällöllisestä raportoinnista, julkaisut, opinnäytteet ja tutkimusraportit. Liite2 Hankekohtaiset vuosikatsaukset 2007 1
ESIPUHE Tämä on Kansallisen ydinjätehuollon tutkimusohjelman (KYT2010) katsaus vuoden 2007 tavoitteisiin ja tuloksiin. Katsauksessa käsitellään tutkimusohjelman 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 2 hankekohtaiset vuosikatsaukset ovat kuitenkin yksittäisten tutkimushankkeiden vastuuhenkilöiden laatimia. 2
1. JOHDANTO KYT2010-tutkimusohjelma perustuu ydinenergialakiin. Valtion ydinjätehuoltorahastoon (VYR) kerätään vuosittain laissa esitetyin perustein ydinjätehuoltovelvollisilta varoja ydinjätehuollon tutkimukseen siten, että kunkin osuus on 0,08 % vastuumäärästään. VYR puolestaan jakaa kunakin vuonna kerätyt varat tutkimushankkeisiin työ- ja elinkeinoministeriön (TEM) 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 VYR:n 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. Syksyllä ministeriö toteutti tutkimusohjelman arvioinnin jonka suoritti kolmihenkinen asiantuntija ryhmä. KYT 2010 Review Report, Publications of the Ministry of Employment and Economy, 2/2008. (Työ ja elinkeinoministeriön julkaisut, www.tem.fi ). KYT saa raportissa runsaasti hyvää palautetta sekä suosituksia ja ehdotuksia toiminnan kehittämiseksi. 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. Ydinenergialaki korostaa viranomaisten tutkimustarpeita. KYT-ohjelmassa 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 STUK:n, 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. Pääosa KYT2010-tutkimuksesta kohdistui teknisluonnontieteelliseen turvallisuustutkimukseen. Ydinjätehuollon vaihtoehtojen tarkastelussa voi kuitenkin tulla esiin seikkoja, jotka antavat aiheen osoittaa VYRtutkimusvaroja myös tärkeiksi katsottaviin yhteiskunnallisiin tutkimuksiin. 3. TUTKIMUKSET VUONNA 2007 Ohjelmakaudella 2006-2010 KYT2010-tutkimusohjelman rahoituspäätökset tehdään Kuvan 1 mukaisesti: Hankeesitykset (lokakuu) Arviointi (marrasjoulukuu) KYT2010 Johtoryhmä (suositus) Tukiryhmä Rahoitusesitys (tammikuu) YEN Lausunto TEM Rahoitusesitys Rahoituspäätös (maaliskuu) VYR Johtokunta Rahoituspäätös Rahoitettavat hankkeet (arviointi) STUK Lausunto Mahdolliset muut rahoittajat Kuva 1. KYT-tutkimushankkeita koskevan päätöksenteon eteneminen VYRrahoitteisissa hankkeissa (VYR = valtion ydinjätehuoltorahasto). 4
KTM:n kutsumaan hakukierrokseen saapui määräaikaan mennessä 20 hankeesitystä. Hanke-esityksistä yksi tuli Geologian tutkimuskeskuksesta (GTK), kolme Helsingin yliopistosta (HYRL), kaksi Jyväskylän yliopistosta (JYFL), viisi Teknillisestä korkeakoulusta (TKK), kahdeksan Valtion teknisestä tutkimuskeskuksesta (VTT) ja yksi Kuopion yliopistosta (KY). Hankeesityksissä haettu rahoitus oli noin 1,6 M. Kuvan 1 mukaisen valmistelutyön jälkeen valtion ydinjätehuoltorahaston johtokunta päätti rahoittaa 18 tutkimushanketta vuonna 2007. VYR-rahoitus tutkimushankkeiksi oli noin 1,2 M. Sekä rahoitussuositus että sisällöllinen palaute saatettiin hanke-esitysten yhdyshenkilöiden tietoon. Vuoden 2007 rahoituksessa tekniset vapautumisesteet tutkimuskokonaisuuden osuus on painottunut edellisvuoteen verrattuna. Kuva 2. Rahoituksen jakautuminen tutkimuspainopisteisiin vuosina 2006-2007 40 % 41 % 32 % 25 % 18 % 20 % 14 % 10 % 2006 2007 strategiset selvitykset tekniset vapautumisesteet kallioperä ja pohjavesi radionuklidien vapautuminen ja kulkeutuminen Seuraavassa vuonna 2007 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 3. 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, voimalaitosjätteiden huoltoon ja ydinvoimaloiden käytöstäpoistoon liittyvät 6
turvallisuusselvitykset. Näiden aihepiirien kansainvälisen kehitystyön (EU, IAEA ja NEA) seuranta on perusteltua. Vuonna 2007 mukana oli myös hanke jossa laadittiin tilannekatsaus polttoainekierron alkupäähän liittyvän uraanikaivostoiminnan jätteiden käsittelymenetelmistä sekä ympäristölle aiheutuvista säteilyvaikutuksista. Hankkeet vuonna 2007 Vuonna 2007 tehtiin tutkimusohjelmassa kolme strategista selvitystä. Hanke Suomalainen erotus- ja transmutaatiotekniikan tutkimus Ydinjätehuollon teknistieteelliset perusteet (TEPE) Tilannekatsaus uraanikaivosjätteiden kehittyneistä huoltomenetelmistä Vastuuhenkilö Markku Anttila VTT/PRO Kari Rasilainen VTT/ T&K Vesa Suolanen VTT Taulukko 1. KYT-ohjelman strategiset selvitykset 2006 Hankkeen tyyppi selvitys selvitys selvitys Suomalainen erotus- ja transmutaatiotekniikan tutkimus -hanke jakautui neljään osaan: 1) Transmutaatiolaitosten reaktorifysikaalisen laskentakyvyn kehittäminen osiossa tutkittiin kevytvesireaktorien käyttöä sivuaktinidien polttamiseen CASMO-4/SIMULATE-3-yhdistelmällä. 2) Polttoainekiertojen proliferaatioriski osiossa käsiteltiin proliferaatioriskiä ja sen arviointimenetelmiä. Peruslähteinä käytettiin kahden kansainvälisen yhteistyöprojektin (GIF ja INPRO) äskettäisiä raportteja. Arviointimenettelyn periaatteet on jo määritelty varsin hyvin, mutta kvantitatiivisten vertailuihin tarvittavat työkalut ovat vielä kehitteillä. 3) Aktinidien ryhmäerotusmenetelmät ja niiden sekundäärijätteiden käsittelymenetelmät osiossa (HYRL:n osaprojekti) raportoitiin ns. ryhmäerotusmenetelmistä, joiden tavoitteena on pitää aktinidit yhtenä tuotevirtana, jotta ydinasekelpoisen materiaalin (plutonium) erottaminen prosessista olisi vaikeampaa kuin aiemmissa prosesseissa. Raportissa on tarkasteltu ennen kaikkea menetelmiä, joilla voidaan käsitellä sekundäärijätteitä ja vähentää niiden määrää. 4) Alan kehityksen seuranta ja tiedonvälitys osiossa hankittiin aineistoa tärkeimmistä kansainvälisistä kokouksista ja alan muusta kehityksestä ja informoitiin asiasta kiinnostuneita. Projektipäällikkö piti Suomen atomiteknillisen seuran (ATS) syysseminaarissa esitelmän tulevaisuuden ydinpolttoainekierroista. lähinnä sähköpostitse. Ydinjätehuollon teknistieteelliset perusteet (TEPE) hankkeessa keskityttiin kolmeen osaprojektiin. 1) Turvallisuusanalyysimetodologia osion puitteissa osallistuttiin OECD/NEA:n IGSC-komitean kokouksiin ja workshop työskentelyyn. Suomen tilanne on erilainen kuin muualla, koska loppusijoituspaikka on valittu ja ONKALO rakenteilla. Muilla mailla politiikka ja yleinen hyväksyttävyys ovat kovasti tapetilla. 2) Paleohydrogeologiset tutkimukset safety casessa osaprojektissa Osallistuttiin aktiivisesti paleohydrogeologisten tutkimusten hyödyntämistä safety casessa edistävään kotimaiseen yhteistyöhön. Laadittiin yhteistyössä HYRL:n ja kansainvälisten yhteistyötahojen (Ruotsi, UK) kanssa posteriesitys 7
Migration2007-kokoukseen aiheena USD-tutkimukset safety casen valmistelussa. 3) Ydinjätehuollon kustannusriskianalyysi osiossa olemassa oleva laskentamallin rakenne viimeisteltiin ja kustannusten vaihteluvälien arviot tarkennettiin Posivan, Fortumin ja heidän konsulttiensa kanssa pidetyn palaverin perusteella. Tilannekatsaus uraanikaivosjätteiden kehittyneistä huoltomenetelmistä hankkeessa katsausta laadittiin kattavan lähdemateriaalin pohjalta mm. OECD/NEA & IAEA julkaisuja, migraatiokonferenssien proceedingseja sekä useita erillisiä kaivosjätteiden pitkäaikaiseristämistä käsitteleviä artikkeleja sekä asiantuntijakontakteja tiedeyhteisön sisällä. Hankkeiden tuloksista on yhteenvedot Liitteessä. 3.2 Ydinjätteen loppusijoituksen turvallisuuden arviointi Tutkimusohjelman keskeinen sisällöllinen osa ovat tutkimukset, jotka edistävät käytetyn ydinpolttoaineen geologisen loppusijoituksen pitkäaikaisturvallisuutta ja erityisesti pitkäaikaisturvallisuuden arviointivalmiuksien parantamista, Kuva 4. Puiteohjelmassa tutkimustarvetta analysoidaan loppusijoituksen turvallisuuden arvioinnin kannalta, jotta rajalliset panostukset voidaan kohdentaa järkevästi. KYT-ohjelmassa ei ole tavoitteena laatia täydellistä, Posivasta riippumatonta loppusijoituksen turvallisuusanalyysia, vaan keskittyä tutkimuksiin, joilla käytettävissä olevin resurssein voidaan parantaa analysointivalmiuksia ja vähentää osasysteemeissä olevia olennaisia epävarmuuksia. KYTtutkimusohjelmaan on tarkoitus sisällyttää tutkimuksia, joilla on laajempaa merkitystä ydinjätehuollolle. Tällaisia ovat erityisesti kokeellisten ja teoreettisten menetelmien ja työkalujen kehittäminen ja testaaminen. Myös eri aihepiirien tilanne-katsaukset luovat laajempaa osaamispohjaa. Ydinjätteiden loppusijoituksen turvallisuuden arviointi Kallioperä ja pohjavesi pohjavesivirtaus pohjavesikemia kalliomekaniikka jääkausien vaikutukset Tekniset vapautumisesteet loppusijoituskapseli bentoniittipuskuri ja täyteaine Tutkimushankkeet Raionuklidien vapautuminen ja kulkeutuminen lähialue kaukoalue biosfääri Kuva 4. Loppusijoituksen turvallisuuden arviointia edistävät tutkimuskokonaisuudet KYT2010-ohjelmassa. 8
Vuonna 2007 käytetyn polttoaineen loppusijoituksen pitkäaikaisturvallisuuteen liittyviä hankkeita oli yhteensä 15 kolmen tutkimuskokonaisuuden alueelta. Tutkimushankkeiden luokittelussa eri tutkimuspainopisteisiin on jossain määrin tulkinnanvaraisuutta, mikäli hanke sivuaa samanaikaisesti useampaa painopistettä. Näissä tapauksissa tutkimuspainopisteeksi on valittu panostuspainopiste. Seuraavassa esityksessä tutkimuspainopisteiden suuntaa-antavat tavoitteet on otettu KYT-puiteohjelmasta. 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. Bentoniittipuskuri ympäröi kapselia ja sen tärkein tehtävä on varmistaa kapselin pitkälle eliniälle suotuisat olosuhteet. Bentoniittipuskuri on valmistettu puristetusta bentoniitista. Voidakseen toimia suunnitellulla tavalla 9
sen on saavutettava suotuisat fysikaaliskemialliset ominaisuudet kyllästymisvaiheessa ja säilytettävä ne hyvin pitkään. Tunnelien täyteaineiden ja sulkurakenteiden tehtävänä on estää louhittujen tilojen muodostuminen pohjaveden virtauskanaviksi. Bentoniitin ja täyteaineiden toimintakykyyn liittyviä KYT2010-ohjelmaan mahdollisesti sopivia tutkimusaiheita ovat bentoniittipuskurin kyllästyminen loppusijoitustilojen sulkemisen jälkeen bentoniittipuskurin myötökyky kallioliikunnoissa ja taakankantokyky lämmönsiirto kapselista bentoniittipuskurin kautta kallioon (vettymisen aikana) bentoniitin mineraloginen muuntuminen (korkean ph:n tai pohjaveden ainesten vaikutuksesta) bentoniittipuskurin kaasunläpäisevyys bentoniittin ja täyteaineiden eroosio pitkällä aikavälillä täyteaineiden toimintakyky suolaisessa pohjavesiympäristössä Bentoniitin ja täyteaineiden käyttäytymistä voidaan mallintaa matemaattisesti. Mallinnuksen lähtötiedoksi tarvitaan analyyseja mm. laboratoriokokeista, in situ kokeista kalliolaboratorioissa (Äspö, Grimsel), ja luonnonanalogioista. Tarkka matemaattinen kuvaus edellyttää kytkettyä THMC-mallinnusta, jossa ovat mukana lämpötilan (T), hydrologian (H) mekaniikan (M) ja kemian (C) samanaikaisesti vaikuttavat prosessit. Tällaista vaativaa mallinnusta on Suomessa kehitetty vasta KYT-ohjelman ensimmäisen vaiheen aikana ja työ on vielä kesken. Hankkeet vuonna 2007 Tutkimuspainopisteessä tekniset vapautumisesteet rahoitettiin kolmea loppusijoituskapseliin liittyvää hanketta ja kahta bentoniittipuskuriin liittyvää hanketta. Polttoainematriisiin keskittyviä hankkeita ei rahoitettu vuonna 2007. Hankkeet on lueteltu taulukossa 2 ja hankkeiden tuloksista on yhteenvedot Liitteessä. Hanke Bentoniitti ja tunnelin täyteainetutkimuksen osaamistason kartoitus Kapselikuparin pitkäaikaiskestävyys (Long-term integrity of copper overpack-leia) Bentoniittipuskurin toimintakyvyn mallinnus ja simulointi Ydinjätekapselin deformaatiomekanismit Kuparin korroosionopeuden mittaaminen kaasufaasissa loppusijoituksen alkuvaiheessa Vastuuhenkilö Jouko Törnqvist VTT Pertti Auerkari VTT/TUO Markku Kataja JYFL Hannu Hänninen TKK Olof Forsén Jari Aromaa TKK Hankkeen tyyppi selvitys kokeellinen mallinnus kokeellinen kokeellinen Taulukko 2. Hankkeet tutkimuspainopisteessä tekniset vapautumisesteet Kuparikapselin deformaatiomekanismit hankkeessa tavoitteena on ymmärtää mikroskooppinen ja makroskooppinen plastinen deformaatio kuparikapselin rakenteissa. Tuntemalla kuparikapselin eri osien deformaatiomekanismit voidaan ennustaa kapselin deformaatio ja mahdollinen säröily pitkäaikaisessa käytössä ja mallintaa sen käyttäytyminen luotettavasti. Hankkeessa tehtiin kattava kirjallisuustutkimus ja kehitettiin luotettavat näytteenvalmistusmenetelmät in-situ EBSD- testauksessa käytettäväksi, 10
lisäksi kehitettiin menetelmiä paikallisen deformaation määrittelyssä käytetyn referenssikäyrän tarkkuuden ja luotettavuuden parantamiseksi. Loppuvuonna 2007 aloitettiin uuden in-situ FE-SEM/EBSD-aineenkoetuslaiteen käyttöönotto, laitetyyppi on aivan uusi maailmassa. Toisena tavoitteena on ollut aloittaa optisen venymämittauksen avulla paikallisen deformaation mittaus mikroskooppisella tasolla. Tätä varten on hankittu LaVision mittausjärjestelmä, joka asennettiin kesällä ja jota otetaan parhaillaan käyttöön Kapselikuparin pitkäaikaiskestävyys (Long-term integrity of copper overpack LEIA) hankkeessa määritettiin kokeellisesti ja mallinnettiin kapselikuparin ja sen hitsien pitkäaikaiskäyttäytyminen sekä hapetusastetransition vaikutus yhdistetyn virumisen ja korroosion elinikävaikutuksiin. Pitkäaikaiskoeohjelmassa FSWhitsauksen tuottaman, mutta NDT:n erotuskyvyn alittavan luonnollisen hitsausvirheen elinikää lyhentävä vaikutus todettiin dramaattiseksi, mutta todennäköisesti ei käytettävyyttä uhkaavaksi ainakaan ilmaympäristössä. Virumisen ja eliniän mallintamiseen kehitettyä mallia on sovellettu elinikäennusteisiin ja sillä on saatu aikaan radikaali näennäistä koetuloshajontaa vähentävä vaikutus, joskin elinikäennusteet ovat samalla jonkin verran lyhentyneet. Hankkeessa kuparin korroosionopeuden mittaaminen kaasufaasissa loppusijoituksen alkuvaiheessa on kehitetty mittausmenetelmää haihtumisen ja tiivistymisen mahdollisesti aikaansaamalle kuparin korroosiolle. Suurimmat korroosionopeudet liuoksen tiivistyessä näytteen pinnalle on mitattu käyttämällä Allard-vettä sekä ilma-atmosfääriä lämpötilassa 80 C. Painonmuutos vastaa korroosionopeutta noin 60 µm/vuosi. Upotuskokeissa Allard-veteen korroosionopeus on ollut suurimmillaan 800-900 µm/vuosi. Nämä korroosionopeudet ovat yllättävän suuria ja niiden varmistaminen on mahdollisen jatkotutkimuksen tehtävä. Hankkeessa bentoniitti ja tunnelin täyteainetutkimuksen osaamistason kartoitus laaditaan tietokantapohjainen julkaisurekisteri. Hankkeen ensimmäisessä vaiheessa kartoitettiin ja luokiteltiin bentoniitille ja murskebentoniitille tehdyt tutkimukset sekä laadittiin sähköinen tietokanta. Tuloksia voidaan hyödyntää loppusijoituksen turvallisuuden arvioinnissa, jatkotutkimuksen suuntaamisessa ja käynnistämisessä. Bentoniittipuskurin toimintakyvyn mallinnus ja simulointi hanke valmisteli vuosille 2008-2010 ajoittuvan varsinaisen THMC-tutkimuksen sekä aiemmin esitetyn THM-mallin ja numeriikan jatkokehitystyön. Valmistelu sisältää esityksen tutkimuksen rakenteeksi varsinaisen mallinnuksen sekä sitä tukevan kokeellisen toiminnan ja numeriikan kehityksen osalta, mahdolliset osallistujatahot sekä liitynnät muuhun meneillään tai alkamassa olevaan bentoniittitutkimukseen. THM-mallin (Jussila 2006, Rasilainen 2006) implementointi Numerolan Numerrin-ympäristöön on toteutettu. Ohjelmisto toimii odotetusti. 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 11
pääsevien radionuklidien määriä ja pitoisuuksia. Pohjavesivirtaukseen liittyviä yleisempiä mahdollisesti KYT2010-ohjelmaan sopivia tutkimusaiheita ovat eri mittakaavaisten ja erityyppisten (stokastinen, jatkuva väliaine, erilliset vyöhykkeet) mallinnuskonseptien nykyistä parempi yhdistäminen pinnanläheisen virtauksen mallinnus ja kytkentä syvempien pohjavesien virtauksen mallinnukseen maankohoamisesta aiheutuvat transientit. Pohjavesikemian olosuhteet ovat tärkeitä teknisten vapautumisesteiden kestävyyden ja radioaktiivisten aineiden kulkeutumisen kannalta. Pohjavesikemiaan liittyviä yleisempiä mahdollisesti KYT2010-ohjelmaan sopivia tutkimusaiheita ovat pohjavesikemiallisen ja virtausmallinnuksen nykyistä parempi keskinäinen kytkentä mikrobiprosessien mallinnus: ravinnelähteet, kytkentä liuenneisiin kaasuihin, pelkistyskyky rakotäytetutkimukset geokemiallisen evoluution indikaattorina. Kalliomekaaniset mittaukset ja simuloinnit ovat tärkeitä loppusijoitustilojen rakentamisen ja käytön yhteydessä. Myös pitkäaikaisturvallisuuteen liittyy kalliomekaanisia kysymyksiä. Yleisempiä kalliomekaniikkaan liittyviä KYT2010-ohjelmaan mahdollisesti sopivia tutkimusaiheita, joita voitaneen selvittää mm. kalliolaboratorioista saatavin tutkimustiedoin, ovat louhintahäiriövyöhykkeen karakterisointi mm. radionuklidien kulkeutumisen ja bentoniitin eroosion kannalta kiinteän kallion deformaatio ja rakojen syntyminen/eteneminen louhitun tilan ympärillä (tähän liittyvää aihetta on tutkittu KYT-ohjelman aiemmassa vaiheessa) kallion termomekaaninen käyttäytyminen siirrosliikunnot. Jääkausivaikutukset, erityisesti jäätiköityminen ja ikirouta aiheuttavat olennaisia muutoksia kallioperässä. Loppusijoituksen turvallisuuden kannalta merkittävimmät muutokset liittyvät pohjaveden virtaukseen, pohjavesikemiaan ja kallioliikuntoihin. Jääkausivaikutuksista voidaan saada suuruusluokka-arvioita yleisiin geologisiin tietoihin pohjautuvien teoreettisten tarkastelujen avulla. Tarkemmat arviot edellyttävät tuekseen kenttätutkimustietoja vaikutusten kannalta edustavilta alueilta. Jääkausivaikutuksiin liittyviä yleisempiä KYT2010-ohjelmaan mahdollisesti sopivia tutkimusaiheita ovat suolaisten pohjavesikerrosten syntyminen ja liikkuminen jäätiköitymis /ikiroutasyklien aikana jäätikön sulamisveden vaikutukset, mm. hapetuskyky kallioliikunnot jääkauden myöhäisvaiheessa. 12
Hankkeet 2007 Tutkimuspainopisteessä rahoitettiin kaudella neljää hanketta. Hankkeiden tuloksista on yhteenvedot Liitteessä. Hanke Kivi-vesi-vuorovaikutus vesien kulkeutumisen ilmentäjänä (KIVES-VEKU) Akustiseen emissioon perustuva kallion jännitystilan mittausmenetelmä Vastuuhenkilö Juhani Suksi HYRL Taisto Tuokko TKK/KAL Hankkeen tyyppi kokeellinen kokeellinen Rakoilun aikariippuvuus ja ydinjätteen loppusijoitustilaa ympäröivän kallion rikkoutumisvyöhykkeen mallintaminen (CREEP II) Pekka Särkkä TKK/KAL mallinnus Uraanin käyttäytyminen kiteisissä kivissä: tulosten hyödyntäminen turvallisuusanalyysissä (GEOCHEM) Kirsti Loukola- Ruskeeniemi TKK/GET kokeellinen Taulukko 3. Hankkeet tutkimuspainopisteessä kallioperä ja pohjavesi Hankkeessa kivi-vesi-vuorovaikutus vesien kulkeutumisen ilmentäjänä (KIVES-VEKU) kehitettiin menetelmää jolla pystytään arvioimaan jääkausien aiheuttamien kallioperän redox-häiriöiden laajuutta kallioperään jääneiden geokemiallisten jälkien perusteella. Vuonna 2007 selvitettiin, kuinka lähelle luonnonmukaisia redox-olosuhteita kivi-vesi-vuorovaikutussimulaattorilla on mahdollista päästä, tuloksena saavutettiin simulaattorin luonnonmukaiset redox-olosuhteet. Uraanin isotooppien vapautumisen osalta kokeita jatketaan edelleen. Julkaisutoimintana laadittiin käsikirjoitus koskien uraanisarjatutkimuksen hyödyntämistä käytetyn ydinpolttoaineen geologisen varastoinnin turvallisuustodistelussa. Akustiseen emissioon perustuva kallion jännitystilan mittausmenetelmä hankkeessa tavoitteena on kehittää kustannustehokas ja luotettava, uudenlainen kallion in situ jännitystilan mittausjärjestelmä vaihtoehdoksi nykyisin käytössä oleville menetelmille. Tuloksia voidaan hyödyntää ydinjätteen loppusijoitusta varten rakennettavien kalliotilojen suunnittelussa, sillä sen avulla suunnitteluun tarvittavan lähtötiedon hankinta voidaan tehdä aikaisempaa helpommin ja pienemmin kustannuksin. Hankkeen tilanne on haasteellinen organisaatio- ja henkilövaihdosten johdosta. Vuonna 2007 hankkeeseen on perehdytetty uusi tutkija joka on tutustunut aiheeseen sekä kirjallisuuden että kansainvälisen ISRM:n konferenssin osalta. Laboratoriossa kuormituskokeet ovat jatkuneet varioimalla näytekappaleisiin (Kurun graniitti) kohdistunutta kuormitusnopeutta ja mittaamalla akustista emissiota. Rakoilun aikariippuvuus ja ydinjätteen loppusijoitustilaa ympäröivän kallion rikkoutumisvyöhykkeen mallintaminen hanke (CREEP II) pyrki kehitti kirjallisuuden ja laboratoriokokeiden perusteella laskentamallin, jolla voidaan arvioida loppusijoitustilaa ympäröivän kalliomassan mekaanista pysyvyyttä ja vedenjohtavuutta ajan funktiona. Työn ensimmäinen päävaihe oli alikriittisen raonkasvumallin kehittäminen ja liittäminen FRACOD ohjelmaan. Malli on 13
kehitetty ja onnistuneesti liitetty FRACOD ohjelmaan. Mallia on verifioitu laboratoriokokeiden avulla ja menetelmä on valmis kalliorakenteiden pitkäaikaispysyvyyden arviointia varten. Laboratoriotulokset ovat merkittävä lisä tietämykseen kiteisen kallioperän materiaaliominaisuuksista ja aikamuodonmuutos käyttäytymisestä. Kokeissa havaittiin suolaliuoksen kiihdyttävän jännityskorroosiota, joskin sen merkitys pitkäaikaislujuuteen todettiin vähäiseksi. Mallinnuksia tehtiin myös DECOVALEX hankkeeseen liittyen. CREEP II hanke päättyi vuonna 2007. Uraanin käyttäytyminen kiteisissä kivissä: tulosten hyödyntäminen turvallisuusanalyysissa (GEOCHEM) hankkeessa työskenteli sekä Geoympäristötekniikan osasto TKK:lta että HYRL. Hankkeen tavoitteena on tietotaidon lisääminen haitta-aineiden kulkeutumisen arvioinnissa ympäristössämme. Tuloksena on tietoa uraanin käyttäytymisestä kiteisessä kivessä ja selvitys siitä kulkeutuvatko radionuklidit kiven mikroraoissa konsentraatiogradientin mukaisesti diffundoitumalla (matriisidiffuusio, kuten nykykäsityksen mukaan on) vai vaikuttaako mikrorakokulkeutumisen ohella enemminkin saostuminen tai kemiallinen pidättyminen, jota määräävät jaksoittain tapahtuvien jääkausien aiheuttamat vaihtelut. Vuonna 2007 selvitettiin uraanin käyttäytymistä hapellisissa oloissa kallioperässä tässä osiossa hyödynnettiin luonnon havaintoja. Laboratoriokokeissa selvitettiin uraanin liukenemista ja kulkeutumista kiteisessä kivessä. Mallilaskujen avulla arvioitiin (tasapainotusvesien alkuaineanalyysien ja XRF:llä tehtyjen kokokivianalyysien pohjalta) mahdollisia saostuvia uraanifaaseja laboratoriokokeissa. Mallinnus valmiutta pyrittiin kehittämään tutkijoita kouluttamalla sillä hankkeessa tapahtuneiden henkilövaihdosten johdosta osa mallinnusosaamisesta siirtyi elinkeinoelämän palvelukseen. 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 14
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 reaktiivinen geokemiallinen kulkeutumismallinnus: mallien testaus ja lähtötietojen hankkiminen sorptio bakteeriperäisiin mineraaleihin, esim. rautaoksideihin (nk. biosorptio) kolloidikulkeutuminen, esim. bentoniitti kolloidilähteenä. Biosfäärimallinnuksessa radionuklidien päästönopeudet geosfääristä biosfääriin (Bq/a) muutetaan altistusanalyysin perusteella annosnopeuksiksi (Sv/a). Biosfäärimallinnusta tarvitaan, koska STUK:n asettamat suomalaiset turvallisuuskriteerit ovat annosnopeuspohjaisia. STUK on määritellyt YVL 8.4 ohjeessa (STUK 2001) pidemmän aikavälin tarkasteluille nuklidikohtaiset päästönopeusrajat, mutta annosrajat pysyvät edelleen mukana parhaiten ennustettavissa olevan muutaman tuhannen vuoden tarkastelujakson kriteereissä. 15
Hankkeet 2007 Hankkeiden tuloksista on yhteenvedot Liitteessä. Hanke Kiven huokostilavuuden ja heterogeenisuuden kuvaus tomografiamenetelmällä Käytetyn ydinpolttoaineen loppusijoittamisen ekologinen riskiarvio metsäekosysteemissä Lähialueen termo-hydro-kemiallinen mallinnus (LÄHITHC) Syvien biosfäärien geomikrobiologia - molekyylibiologiset monitorointimenetelmät (GEOMOL) Vastuuhenkilö Jussi Timonen JYFL Jukka Juutilainen Kuopion YO Markus Olin VTT/ T&K Merja Itävaara VTT/BIO Hankkeen tyyppi kokeellinen selvitys mallinnus kokeellinen Kallion in situ tutkimukset Kemiallisten olosuhteiden vaikutus radionuklidien kallioperäkulkeutumisessa (KERA) Marja Kauppi HYRL Pirkko Hölttä HYRL Siitari- kokeellinen mallinnus/ kokeellinen Taulukko 4 hankkeet tutkimuspainopisteessä radionuklidien vapautuminen ja kulkeutuminen Kiven huokostilavuuden ja heterogeenisuuden kuvaus tomografiamenetelmällä hanke hyödyntää vuosina 2004-05 kehitettyä mikrotomografiaan perustuvaa kiven rakenteen tutkimusmenetelmää yhdessä PMMA-autoradiografia- ja konfokaalimikroskopiamenetelmän kanssa. Tavoitteena on kehittää kallion kolmiulotteisen rakenteen tutkimusmenetelmiä joilla saadaan perustietoa kallioperän toimintakyvyn, erityisesti aineiden kulkeutumiseen liittyvien ominaisuuksien, määrittämistä varten. Projekti toteutetaan JYFL:n ja HYRL:n yhteistyönä kehittämällä kuvaanalyysimenetelmiä alueella 1 mikrometri -1O senttimetriä. JYFL:iin hankitulla tomografialaitteistolla tehtävät mittaukset täydennettiin PMMAmittauksin HYRL:ssa. Tutkimuskohteena 2007 on ollut Sievin muuntunut tonaliitti ja Grimselin granodioriitti. Käytetyn ydinpolttoaineen loppusijoittamisen ekologinen riskiarvio metsäekosysteemissä hankkeen tavoitteena on kehittää loppusijoituksen riskien arviointiin liittyvää biosfäärimallinnusta. Hanke perustuu pääasiassa olemassa olevan aineiston analysointiin mutta menetelmiä testataan myös kenttätutkimuksin. Vuoden 2007 tärkein tavoite oli luonnonuraanin käyttäytymisen selvittäminen suomalaisissa metsissä. Hankittua aineistoa hyödynnetään radioekologisen mallinnuksen kehittämisessä ja käytetään opinnäytteisiin sekä julkaisutoimintaan. Tulokset ovat hyödynnettävissä myös mahdollisten uraanikaivosten ympäristöriskien arvioinnissa. Lähialueen termo-hydro-kemiallinen mallinnus (LÄHITHC) hankkeessa perehdytään lähialueen integroituun osakuvaukseen, jossa mallinnetaan kytketysti loppusijoituskapselin lämmöntuottoa, puskuribentoniitin saturoitumista ja pohjaveden geokemiallista käyttäytymistä. Projektin 16
ensivaiheessa bentoniitin saturoitumiseen ja kemialliseen käyttäytymiseen liittyvät malliparametrit asetettiin käyttäen hyväksi julkaistuja tutkimuksia. Mallinnuksessa käytettiin Comsol Multiphysics ja PetraSim simulaatioohjelmia. Mallilaskujen tuloksena saatiin bentoniitin lämpötilan, saturoitumisasteen ja kemiallisten ominaisuuksien (esim. mineralogia, liukoiset aineet) ajallisesta ja paikallisesta jakaumasta alustava arvio. Syvien biosfäärien geomikrobiologia - molekyylibiologiset monitorointimenetelmät (GEOMOL) hankkeen tulokset ovat varsin tärkeitä ajatellen ydinjätehuollon ratkaisujen, varsinkin teknisten esteiden pitkäaikaisturvallisuutta. Näytteenottomenetelmien kehittäminen on ollut merkittävässä osassa. Useita uusia teknisiä ratkaisuja on kehitetty ja testattu käytännössä. Kenttätutkimuksia ja näytteenottoja on tehty Palmotussa, Olkiluodossa ja Outokummun syvästä kairareiästä. Mikrobilajistoja on tutkittu 16S rrna n ja PCR-DGGEn, sekä geenipankkitietoihin perustuen. Palmotun vesinäytteiden erityispiirre oli uraanin- ja raudan pelkistäjien suhteellinen runsaus, mutta näytteissä oli myös sekä aerobisia rautaa hapettavia mikrobeja että anaerobisia sulfaatin pelkistäjiä. Vuoden 2007 aikana kehitettiin erityisesti sulfaatin pelkistäjien esiintymiseen ja lajistodiversiteettiin perustuvaa molekyylibiologista menetelmää, jolla tunnistetaan sulfaatin pelkistymistä koodaava geenialue dsrab. Kallion in situ tutkimukset hanke kehittää kallion rakenteen ja huokosveden koostumuksen tutkimusmenetelmiä sekä demonstroi ja määrittää radionuklidien kulkeutumista ja pidättymistä kalliossa in situ olosuhteissa. Hanke on osa kansainvälistä tutkimusprojektia Grimsel Phase VI. Työ oli organisoitu osaprojekteihin: 1) In situ kulkeutumiskoe 2) In situ impregnointikokeet kiven huokoisuuden ja rakoavaumien visualisoimiseksi (GTS) 3) Kiven huokosveden koostumuksen tutkimus 4) Cesiumin kulkeutumisreittitutkimus. Hankkeessa kemiallisten olosuhteiden vaikutus radionuklidien kallioperäkulkeutumisessa (KERA) työ jakautui kolmeen osaprojektiin: 1) Sorption mekanistinen mallitus kuvaa ioninvaihdon mekanismeilla tapahtuvaa sorptiota kokeellisesti ja mallittamalla. 2) Kytketty reaktiivinen kulkeutumismallinnus simuloi pintaveden puskurikapasiteettia kallioperässä sekä uraanin kulkeutumista ja sorptiota ja mineralisaatiota luonnon olosuhteissa pitkällä aikavälillä. 3) Radionuklidien kulkeutumiskokeet tutkii kokeellisesti ja mallittamalla radionuklidien rakokulkeutumisessa pidättymistä aiheuttavia prosesseja, erityisesti matriisidiffuusiota. 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 ministeriölle. Puiteohjelma muodostaa hanke-esitysten 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 VYR- 17
rahoituksen 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 rahoitussuositusluonnoksen. 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 KYT-ohjelmaa 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. 18
Liite1 Julkaisuja 2007 Kiven huokosrakenteen karakterisointi tomografiamenetelmillä T. Lähdemäki, M. Kelokaski, M. Siitari-Kauppi, M. Voutilainen, M. Myllys, T Turpeinen, J. Timonen, F. Mateos and M. Montoto, Characterizing low-permeable granitic rock from micrometer to centimeter scales: X-ray microcomputed tomography, confocal laser microscopy and the 14 C-PMMA method, MRS Symp. Proc. 985 (2007) NN11-18. Käytetyn ydinpolttoaineen loppusijoittamisen ekologinen riskinarviointi metsäekosysteemissä Roivainen, P., Makkonen, S., Holopainen, T., Juutilainen, J. Concentration ratios for uranium, thorium, nickel, strontium, molybdenum and lead in a Finnish forest ecosystem. Abstract Book. Society of Environmental Toxicology and Chemistry (SETAC) Europe 17th Annual Meeting, Porto, Portugal, 20-24 May 2007. s. 159 (Posteriesitys) Valmisteilla olevat julkaisut: Roivainen, P., Makkonen, S., Holopainen, T., Juutilainen, J. Soil-to-plant transfer of uranium and its distribution between plant parts in four boreal forest species. (Käsikirjoitus, valmistuu alkuvuodesta 2008) Roivainen, P., Makkonen, S., Holopainen, T., Juutilainen, J. Soil-to-plant transfer of uranium and its distribution between plant parts boreal forest. International Conference on Radioecology and Environmental Radioactivity. 15 20 June 2008. Bergen, Norja (Laajennettu abstrakti posteriesitykseen, valmistuu 03/08) Turunen, S. Alkuainepitoisuuksia uraaniesiintymillä elävissä maaperän ja kenttäkerroksen eläimissä (pro gradu-tutkielma, valmistuu alkuvuodesta 2008) Saarikoski, M. Radioekologisista malleista (LuK-tutkielma, valmistuu alkuvuodesta 2008) Lähialueen termo-hydro-kemiallinen mallinnus (LÄHITHC) Olin, Markus; Puhakka, Eini; Lehikoinen, Jarmo. 2007. The model structure of kaolinite in relation to surface complexation. Goldschmidt 2007. Cologne, Germany, 20-24 August 2007. Cambridge Publishing Syvien biosfäärien geomikrobiprosessit Molekyylibiologiset monitorointimenetelmät (GEOMOL) Ahonen, L., Kapanen, A. and Itävaara, M. 2008. Role of the deep biosphere in the safety of nuclear waste disposal: observations from the Palmottu uranium deposit, Finland. submitted to Geomicrobiology Journal. Ahonen, L., Onstott, T., McGown, D., Soffientino, B., Bakermans, C., Pratt, L. & Ruskeeniemi, T. 2007. Life under deep permafrost in Lupin mine, Canada. In: 18th International Symposium on Environmental Biogeochemistry, 11th-16th November 2007, Taupo, New Zealand, conference proceedings, S-14.
Bakermans, C., McGown, D., Ruskeeniemi, T., Ahonen, L.,Telling, J., Boettiger, C., Ho, R., Soffientino, B. DiFurio, S., Pfiffner, S., Sherwood-Lollar, B., Frape, S., Stotler, R., Pratt, L., Sloup, R., Vishnivetskaya, T., Onstott, T. 2008. Microbial Sulfur Cycling in Subpermafrost Saline Fracture Water at the Lupin Gold Mine, Nunavut, Canada. Submitted to Environmental Microbiology. Itävaara, M. & Ahonen, L. 2007. Microbial community studies in deep drilled aquifers. In: Outokumpu Deep Drill seminar 21-22. 5. 2007, Proceedings of the workshop, organized by Geological Survey of Finland. Itävaara, M. & Ahonen, L. 2007. Role of deep biosphere in safety of nuclear waste disposal. In: 18th International Symposium on Environmental Biogeochemistry, 11th-16th November 2007, Taupo, New Zealand, conference proceedings, S-22. Nyyssönen, M., Piskonen, R., Itävaara, M. 2007. Monitoring aromatic hydrocarbon biodegradation by functional marker genes. - Environmental Microbiology in press. doi:10.1016/j.envpol.2007.10.009 Small, J., Nykyri, M., Helin, M., Hovi, U., Sarlin, T and Merja Itävaara 2008. Experimental and modelling investigations of the biogeochemistry of gas production from low and intermediate level radioactive waste. accepted in press Itävaara, M., Kapanen, A., Nyyssönen, M., Ahonen, L. 2007. Syvien biosfäärien geomikrobiprosessit- GEOMOL hankkeen tutkimukset 2007. VTT:n tutkimusraportti Kallion in situ tutkimukset Lähdemäki, T., Kelokaski, M., Siitari-Kauppi, M., Voutilainen, M., Myllys, M., Turpeinen, T., Timonen, J., Mateos, F. and Montoto, M., Characterizing Low- Permeable Granitic Rock from Micrometer to Centimeter Scale: X-ray Microcomputed Tomography, Confocal Laser Scanning Microscopy and the 14 C- PMMA Method. In: D.S. Dunn, C. Poinssot, B. Begg (eds.), Scientific Basis for Nuclear Waste Management XXX, Mater. Res. Soc. Symp. Proc. 985 (2007) 587-592. Kelokaski, M., Robinet, J-C., Sardini, P., Möri, A, Kickmaier, W., Hellmuth, K-H., Siitari-Kauppi, M., Simulation of matrix diffusion on Grimsel granodiorite, submitted to Physics and Chemistry of the Earth. Möri, A., Soler, J., Ota, K., Havlova, V., LTD WP 1: Predictive modelling for LTD Monopole experiment, Nagra Arbeitsbericht NAB 07-42 Kemiallisten olosuhteiden vaikutus radionuklidien kallioperäkulkeutumisessa (KERA) Hölttä, P., Siitari-Kauppi, M., Huittinen, N., Kyllönen, J. and Poteri, A., 2007. Determination of Matrix Diffusion Properties of Granitic Rock. In: Scientific basis for nuclear waste management XXX, Materials Research Society Symposia Proceedings 985 (2007) 557-562. Hölttä, P., Siitari-Kauppi, M. and Poteri, A., 2008. Transport of mobile radionuclides in granitic rock Summary of laboratory scale experiments. In Symposia Proceedings: International workshop on Mobile Fission and Activation Products in Nuclear Waste Disposal, La Baule, France, 16.-19.1.2007.
Hölttä, P., Siitari-Kauppi, M., Leskinen, A. and Poteri, A., 2008. Retardation of mobile radionuclides in granitic rock fractures by matrix diffusion. Physics and Chemistry of the Earth 000 (2008) Hölttä, P., Siitari-Kauppi, M., Kelokaski and Tukiainen, V., 2008. Radionuclide retardation in granitic rocks by matrix diffusion and sorption. In: Scientific basis for nuclear waste management XXXI, Materials Research Society Symposia Proceedings 000 (2008) 000-000. Kapselikuparin pitkäaikaiskestävyys (Long-term integrity of copper overpack LEIA) Holmström S, Auerkari P, Salonen J, Saukkonen T. Long term integrity of copper overpack. SKI Report 2007:38. SKI, Stockholm. 27 p. Holmström S, Auerkari, P, 2007. Creep rupture and strain of OFP copper. Research Report VTT-R-08621-07, Espoo. 13 p. (modelling and life prediction part of the 2007 yearly report) Auerkari P, Rantala J, Salonen J, Holmström S, Saukkonen T. Long-term integrity of copper overpack experiments 2007. Research Report VTT-R-02129-08, Espoo. 15 p. (experimental part of the 2007 yearly report) Auerkari P, Holmström S, Rantala J, Salonen J. Creep damage, ductility and expected life for materials with defects. ASME PVP Conference, July 27-31, Illinois (accepted for publication) Kuparikapselin deformaatiomekanismit - Saukkonen, T., Savolainen, K., and Hänninen, H. (2008) Microstructure and Analysis of Copper Friction Stir Welds. The 15th International Conference on Textures of Materials (ICOTOM 15). 8 p. To be published. - Savolainen, K. (2008) Friction Stir Welding and Processing of Copper. Licentiate s Thesis, Helsinki University of Technology, Laboratory of Engineering Materials. 82p. Savolainen, K., Saukkonen, T., Mononen, J., and Hänninen, H. (2008) Entrapped Oxide Particles in Friction Stir Welds of Copper. 7th Intenational Symposium on Friction Stir Welding. 20 p. To be published. Kuparin korroosionopeuden mittaaminen kaasufaasissa loppusijoituksen alkuvaiheessa Raportti Helsinki University of Technology Publications in Materials Science and Engineering, TKK-MT-200, Corrosion of copper in ground water vapour, Jari Aromaa, Istvan Galfi, Mari Karonen, Sönke Schmachtel, Anna Suntio. Kongressiesitelmä 17 th International Corrosion Congress Corrosion of copper in gas phase in the final disposal of spent nuclear fuel, Jari Aromaa, Sönke Schmachtel ja Olof Forsén. Kivi-vesi-vuorovaikutus vesien kulkeutumisenilmentäjänä (KIVES-VEKU)
Suksi, J., Rasilainen, K., MacKenzie, A., Tullborg, E-L., Smellie, J.A.T. and Azzam, S.,Uranium series studies for the safety case of deep geological disposal of nuclear wastes (Julkaisukäsikirjoitus 23.11.2007) Suksi, J. and Salminen, S., 2007. Study of U oxidation states in groundwater with high Uconcentrations. Forsmark site investigation. SKB P-07-54, 19 p (ulkopuolinen rahoitustyöraportti). Akustiseen emissioon perustuva kallion jännitystilan mittausmenetelmä Kuormitusnopeuden merkitys akustiseen emissioon perustuvassa jännitystilan mittausmenetelmässä. Tuokko Taisto, 2008. Työraportti. Teknillinen korkeakoulu, Insinööritieteiden ja arkkitehtuurin tiedekunta, 19 sivua + 22 liitettä Time-dependent fracturing of rock mass and modelling of EDZ of a repository for spent nuclear fuel (CREEP II) Bäckström A, Antikainen J, Backers T, Feng X-T, Jing L, Kobayashi A, Koyama T, Pan P, Rinne M, Shen B and Hudson J, 2008. Numerical modelling of uniaxial compressive failure of granite with and without saline porewater. Int. J. Rock Mech. Min. Sci. Available online 28 January 2008. Lee H-S, Rinne M, Shen B, 2007. Long-term Response of Near-field BMT Models around a Deposition Hole by BEM Modeling discrete fracturing of EDZ. Accepted to be published in the proceedings of the 3rd International Conference on Coupled T-H-M-C Processes in Geosystems (GeoProc 2008, France). Lehtonen A, Mononen S, Antikainen J, 2007. Laboratory testing methods for insitu stress measurement and time-to-failure prediction.11th Congress of the International Society for Rock Mechanics, Lissabon 9-13.7.2007. p. 335-338. Rinne M 2008. Fracture mechanics and subcritical crack growth approach to model time-dependent failure in brittle rock. Manuscript for a Doctoral dissertation. Sent for pre-review 18.2.2008. Rinne M, Shen B, Backers T, 2007. Time and chemical effects on rock sample failure. Results from laboratory tests and numerical modelling. Accepted to be published in the proceedings of GeoProc 2008. 3rd International conference on coupled T-H-M-C processes in Geo-systems. Polytech Lille, France (Appendix in the Preliminary Annual report, October 2007). Shen B, Rinne M, 2007. A Fracture Mechanics Code for Modelling Sub-critical Crack Growth and Time Dependency. 1st Canada-U.S. Rock Mechanics Symposium. May 27-31, 2007, Vancouver B.C.:591-598. GeoChem, Uraanin käyttäytyminen kiteisissä kivissä: Tulosten hyödyntäminen turvallisuusanalyysissä Markovaara-Koivisto M., Marcos N., Read D., Lindberg A., Siitari-Kauppi M., Loukola-Ruskeeniemi K. (2007). Release of U, REE and Th from Palmottu granite -Proceedings Research Society:n konfferenssiin Scientific Basis for Nuclear Waste Management XXXI. Togneri L., Siitari-Kauppi M. (2007). Report of the laboratory experiments in the GeoChem-project conducted at HYRL 06.2006 06.2007.