TOUKOKUU 2014 1 (10) PÄÄPIIRTEINEN KUVAUS SUUNNITELLUN KAPSELOINTI- JA LOPPUSIJOITUS- LAITOKSEN TEKNISISTÄ TOIMINTAPERIAATTEISTA 0 Täydennyksiä vuoden 2010 periaatepäätöksen ajankohtaan nähden Posivan vuonna 2010 saaman ja voimaan jätetyn myönteisen periaatepäätöksen jälkeen liitteessä esitettyjä tietoja on ajantasaistettu vastaamaan nykyhetkeä. Vuonna 2008 jätetyn periaatepäätöshakemuksen jälkeen matala- ja keskiaktiivisen jätteen loppusijoitustilan sijaintipaikka on suunniteltu muutettavaksi ajotunnelin varrelle 180 metrin syvyyteen. 1 Kapselointi- ja loppusijoituslaitoksen yleiskuvaus Käytetyn ydinpolttoaineen loppusijoituksen tarkoituksena on käytettyjen ydinpolttoainenippujen - pakkaaminen (kapseloiminen) kallioperään tapahtuvan pysyvän sijoittamisen edellyttämään muotoon sekä - sijoittaminen pysyväksi tarkoitetulla tavalla kallioperään. Varsinainen kapselointi- ja loppusijoituslaitos muodostuu vastaavasti kahdesta osasta: - maanpäällinen kapselointilaitos, jossa Loviisan ja Olkiluodon ydinvoimalaitoksilta toimitettava käytetty ydinpolttoaine otetaan vastaan, kuivatetaan ja jossa se pakataan loppusijoituskapseleihin ja - syvällä kalliossa oleva loppusijoitustila, jossa oleellisena osana ovat tunnelit, joihin kapseloitu käytetty polttoaine sijoitetaan pysyväksi tarkoitetulla tavalla. Kapselointi- ja loppusijoituslaitoksen sijaintipaikaksi on vuonna 1999 päätetty Olkiluodon saarella noin kahden kilometrin päässä voimalaitoksista oleva alue. Laitoskokonaisuus ja sen sijainti nykyisen suunnittelutilanteen mukaisesti on pääpiirteittäin esitetty kuvassa 7-1. Maan päällä sijaitsevat kapselointilaitoksen lisäksi tilat apu- ja oheistoimintoja varten kuten kuilurakennukset, konttori- ja laboratoriotilat, varasto- ja korjaamotilat sekä LVIS-järjestelmien vaatimat tilat. Louheen ja murskeen varastoinnille sekä tarvittaville työmaatoiminnoille varataan omat alueensa. Maanpinnalta alas loppusijoitustiloihin johtaa ajotunneli sekä viisi pystykuilua: henkilökuilu, kapselikuilu sekä kolme ilmanvaihtokuilua. Kapselikuilu liittyy maan päällä kapselointilaitokseen ja henkilökuilu nostinlaiterakennukseen. Laitosalueen rakennusala maan pinnalla, eli rakennusten, teiden, varastojen ja kenttien pohja-ala, on yhteensä noin 20 ha. Kapselointilaitoksen pääosan muodostavat kuljetussäiliöiden vastaanotto- ja puhdistustilat, kuljetussäiliöiden välivarastointitila, kapseleiden siirtokäytävä, polttoainenippujen käsittelykammio, kapseleiden sulkemiseen ja tarkastuksiin tarvittavat kammiot sekä tyhjien ja täysinäisten kapselien välivarastot (kuva 7-2). Kapselointilaitoksesta johtaa kuilu suoraan 400 700 metrin syvyydessä kalliossa oleviin loppusijoitustiloihin.
POSIVA OY PERIAATEPÄÄTÖSHAKEMUS TOUKOKUU 2014 LIITE 7 2 (10) Kuva 7-1. Havainnekuva käytetyn polttoaineen kapselointi- ja loppusijoituslaitoksesta ja sen sijainnista Olkiluodon saaren keskiosassa. Kuva 7-2. Havainnekuva kapselointilaitoksen rakenteesta. Maanalainen tunneliverkko jakautuu kolmeen osaan: - loppusijoitustunnelit, joihin käytettyä ydinpolttoainetta sisältävät kapselit sijoitetaan - loppusijoitustunneleita yhdistävät keskustunnelit
TOUKOKUU 2014 3 (10) - keskustunneleita ja kuiluja yhdistävät ajoneuvoyhteydet. Posivan perusratkaisussa kapselit sijoitetaan loppusijoitustunneleiden lattiaan porattaviin 6 8 metriä syviin reikiin, jotka tiivistetään esipuristetulla bentoniittisavella (kuva 7-3). Vaihtoehtoisesti kapselit voitaisiin sijoittaa myös vaakasuoriin porattuihin sijoitustunneleihin bentoniittirakenteella vuorattuina. Maanalainen loppusijoitustila suunniteltu laajennus mukaan lukien tarvitsee kaikkiaan kalliota tunneliratkaisujen yksityiskohtaisesta toteutuksesta riippuen nettomäärältään noin 3 km 2. Kuva 7-3. Loppusijoitustunnelin ja kapselin sijoittamisen periaate. Posivan perusratkaisu pohjautuu Ruotsissa 1980-luvun alussa kehitettyyn KBS-3- ratkaisuun ja on nykyisessä muodossaan noin kolmekymmentä vuotta jatkuneen tutkimus- ja kehitystyön tulos. Koska kapselointi- ja loppusijoituslaitoksen käytännön toiminnan on suunniteltu alkavan kuitenkin vasta noin 10 vuoden kuluttua, teknisiä suunnitelmia tullaan vielä tarkistamaan ja optimoimaan ottaen huomioon tekniikan kehityksen mukanaan tuomat mahdollisuudet. Perusratkaisu on kuvattu kokonaisuutena Posivan työraportissa 2012-65 "Laitoskuvaus 2012 - Kapselointi- ja loppusijoituslaitossuunnitelmien yhteenvetoraportti" sekä kapselointilaitoksen osalta Posivan työraportissa 2012-49 "Encapsulation plant design 2012" ja maanalaisten loppusijoitustilojen osalta Posivan työraportissa 2012-50 "Loppusijoituslaitoksen suunnitelma 2012". Teknistä ratkaisua on käsitelty myös useissa
TOUKOKUU 2014 4 (10) muissa Posivan julkaisemissa raporteissa. Sekä kapselointilaitoksen että loppusijoitustilan suunnittelu on jo teknisesti varsin yksityiskohtaista. Suunnittelu etenee Posivassa rakentamislupakäsittelyn sekä tulevan rakentamisen ja toteutuksen tarpeiden ohjaamana. 2 Toimintaperiaatteet 2.1 Kapselointi Kapselointilaitoksessa käytetyt polttoaineniput siirretään polttoaineen kuljetussäiliöstä mahdollisen kuivaamisen kautta loppusijoitukseen tarkoitettuun erikoissäiliöön (loppusijoituskapseli). Kapseli suljetaan hitsaamalla ja sen tiiviys tarkastetaan. Kapselointilaitokselle käytetty polttoaine kuljetetaan kuljetussäiliöillä. Polttoaineiden kuljetuksiin tullaan hankkimaan kyseiselle polttoainetyypille soveltuvia kuljetussäiliöitä. Käytetyn polttoaineen kuljetuksissa laitosyksiköiltä Olkiluoto 1 ja Olkiluoto 2 kapselointilaitokselle on mahdollista käyttää samaa tai samantyyppistä siirtosäiliötä kuin nykyisin käytetään Olkiluodon laitosalueen sisäisissä polttoainesiirroissa. Loviisan polttoaineiden kuljetus Olkiluotoon on suunniteltu suoritettavan maantiekuljetuksena, mutta vaihtoehtoisina kuljetustapoina on tarkasteltu myös rautatie- ja laivakuljetusta sekä näiden yhdistelmiä. Tehtyjen riskitarkastelujen perusteella kuljetuksista aiheutuva säteilyriski on hyvin alhainen. Kapselointilaitoksessa tapahtuvan vastaanottotarkastuksen jälkeen kuljetussäiliöt joko siirretään suoraan käsittelykammioon kytkettäviksi ja tyhjennettäviksi tai ne voidaan varastoida odottamaan käsittelyä. Ajantasaiset riskitarkastelut on esitetty Posivan vuonna 2012 valtioneuvostolle jättämässä kapselointi- ja loppusijoituslaitoksen rakentamislupahakemuksessa. Loppusijoituskapseli muodostuu kahdesta sisäkkäisestä säiliöstä (kuva 7-4). Ulommainen kuparikapseli toimii korroosiosuojana sekä kaasutiiviinä vaippana, pallografiittiraudasta valmistettu sisäkapseli takaa riittävän mekaanisen lujuuden sekä pitää polttoaineen alikriittisessä kokoonpanossa. Kapselit toimitetaan kapselointilaitokseen valmiiksi sisäkkäin asennettuna. Kapselien ulkohalkaisija on 1,05 m. Olkiluodon voimalaitoksen käytetyn BWR-polttoaineen kapseli on 4,8 m pitkä ja painaa polttoainenipuilla (3,6 tonnia) täytettynä noin 25 tonnia. Rakenteilla olevan Olkiluoto 3 - laitoksen polttoaineelle suunniteltu kapseli on 5,2 m pitkä ja sen paino polttoainenipuilla (3,1 tonnia) täytettynä on noin 29 tonnia. Loviisan voimalaitoksen käytetyn polttoaineen kapselin pituus on 3,6 m ja paino polttoainenipuilla (2,6 tonnia) täytettynä noin 19 tonnia. Kapselien suunnitteluperusteet ja referenssiratkaisu on kuvattu POSIVA-raportissa 2012-13 "Canister Design 2012". Kapselin valmistustekniikkaa on tutkittu käytännössäkin useilla kymmenillä täyden mittakaavan valmistuskokeilla eri menetelmillä.
TOUKOKUU 2014 5 (10) Kuva 7-4. Loppusijoituskapselit VVER 440-, BWR- ja EPR-reaktoreiden polttoaineille. Kapselointilaitoksessa polttoainenippujen käsittelyvaiheessa sekä kuljetussäiliö että loppusijoituskapseli telakoidaan käsittelykammion alle ja säiliöiden kannet avataan. Tämän jälkeen polttoaineniput siirretään yksi kerrallaan kauko-ohjatusti kuivausasemaan kuivattaviksi. Kuivauksen jälkeen niput siirretään loppusijoituskapseliin. Yhteen kapseliin suunnitellaan sijoitettavaksi 4 12 polttoainenippua polttoainetyypistä riippuen. Kun loppusijoituskapseli on täysi, kapselin sisätilan ilma-atmosfääri vaihdetaan suojakaasuun, sisäkansi suljetaan pultilla ja ulkoinen kuparikansi kitkatappihitsauksella. Hitsaussauman pinnan viimeistelyn ja tarkastuksen jälkeen kapseli on valmis siirrettäväksi loppusijoitustiloihin. Tarvittaessa pieni määrä loppusijoitettavaksi hyväksyttyjä kapseleita voidaan varastoida tilapäisesti kapselointilaitoksessa ja loppusijoituslaitoksessa sijaitsevissa välivarastoissa. Välivarastoilla turvataan loppusijoitustoiminnan riippumattomuus kapselointiprosessin toiminnasta muutaman viikon aikavälillä. Kapselointiprosessin periaate on esitetty kuvassa 7-5. Kapselointi tapahtuu kokonaisuudessaan kauko-ohjatusti. Tilat ovat säteilysuojattuja ja ilmastoituja siten, että polttoaineen käsittelytiloissa vallitsee alipaine. Poistoilma suodatetaan ja sitä tarkkaillaan jatkuvasti.
TOUKOKUU 2014 6 (10) Kuva 7-5. Käytetyn polttoaineen kapseloinnin periaate. Polttoaineen käsittelytilaan kertyvä karkeampi kiinteä radioaktiivinen epäpuhtaus imuroidaan ja pakataan polttoainekapseleihin. Harvemmin suoritettava käsittelytilan varsinainen dekontaminointi tehdään pesuaineilla, ja pesuliuokset johdetaan putkistoja myöten laitoksessa olevaan jätteiden käsittelyosaan. Polttoaineen kuivauskammioista sekä laitoksen dekontaminointitilasta ja aktiiviselta korjaamolta peräisin olevat radioaktiiviset jätteet kerätään ja käsitellään jätteidenkäsittelyjärjestelmällä. Kiinteät radioaktiiviset jätteet, kuten ilman ja veden suodattimet, pakataan tynnyreihin tai betonilaatikoihin ja aikanaan loppusijoitetaan matala- ja keskiaktiivisen jätteen loppusijoitustilaan, joka on suunniteltu louhittavaksi ajotunnelin varrelle 180 metrin syvyyteen. 2.2 Loppusijoitustilojen louhiminen Suunnitelman mukaan vain pieni osa loppusijoitustunneleista louhittaisiin valmiiksi ennen loppusijoituksen alkamista, mutta tunnelistoa laajennettaisiin jaksoittain rinnan loppusijoitustoiminnan kanssa. Maanalaiset tilat jaetaan siksi tilapäisin seinin erillisiin osastoihin siten, että kapseleiden siirrot ja itse loppusijoitus tapahtuvat toisistaan erillään ja kyllin etäällä (kuva 7-6). Loppusijoitustunneleiden louhimisessa suunnitellaan käytettäväksi varovaista porausräjäytystekniikkaa, jolla pyritään pitämään louhinnasta kallioon aiheutuvat vauriot mahdollisimman pieninä. Vaihtoehtoisesti tunnelien rakentamisessa voidaan käyttää ns. täysporaustekniikkaa, jota käytetään myös loppusijoitusreikien porauksessa. Porauksen jälkeen sijoitusreiät vuorataan bentoniittilohkoin tiettyyn korkeuteen asti. Posiva on rakentanut vuodesta 2004 alkaen tulevalle loppusijoitusalueelle maanalaista tutkimustilaa, ONKALOa. ONKALOon sisältyy varsinaisten tutkimustilojen ohella niiden turvallisen käyttämisen kannalta tarpeellisia kuiluja, maanpäällisiä rakennelmia ja teknisiä järjestelmiä. ONKALOn laajuuteen kuuluvat louhinnat valmistuivat pääosin vuoden 2012 aikana. ONKALO on tarkoitus liittää rakentamislupavaiheessa
TOUKOKUU 2014 7 (10) osaksi loppusijoituslaitosta. ONKALOn rakentaminen on tapahtunut valtioneuvoston vuonna 2000 antaman periaatepäätöksen nojalla. ONKALOsta hankittiin tarvittavaa lisätietoa vuonna 2012 jätettyä loppusijoituslaitoksen rakentamislupahakemusta varten. Tutkimus on jatkunut ONKALOssa myös tämän jälkeen. Kallioperää tutkitaan geofysiikan, geologian, kalliomekaniikan, hydrogeologian ja geokemian tutkimusmenetelmillä. Kallioperätutkimusten lisäksi ONKALO tarjoaa mahdollisuuden kehittää ja demonstroida kalliorakentamis- ja loppusijoitustekniikkaa aidoissa olosuhteissa. 2.3 Loppusijoitus Hissistä kapseli siirretään kuljetusalustalla säteilysuojattuun huonetilaan, josta se nostetaan pystyasennossa kuljetusajoneuvoon säteilysuojan sisään ja kuljetetaan loppusijoitustunneliin. Perusratkaisussa kapselit lasketaan sijoitustunneleiden lattiaan porattuihin sijoitusreikiin, jotka on ennen laskemista vuorattu osittain bentoniittisavella, minkä jälkeen myös loppuosa reikää täytetään puristetulla bentoniittisavella. Sijoitustunnelit täytetään nykyisten suunnitelmien mukaan puristetuilla täyteainelohkoilla sitä mukaa kuin kapselit on sijoitettu. Ennen täyttöä sijoitustunnelista poistetaan kaikki sähkö- ja vesijärjestelmät ja tunneli puhdistetaan haitallisista vieraista aineista. Täytetyn sijoitustunnelin pää tukitaan lopuksi massiivisella betonitulpalla, joka estää tunnelitäytteen ja tunnelissa olevan veden tunkeutumisen avoinna olevaan keskustunneliin. Sijoitustunnelien täyttöä on kuvattu POSIVA-raportissa 2012-18 "Backfill Production Line 2012".
POSIVA OY PERIAATEPÄÄTÖSHAKEMUS TOUKOKUU 2014 Kuva 7-6. Loppusijoitustunnelien vaiheittainen rakentaminen. Kuva 7-7. Loppusijoituksen tutkimustila ONKALO. LIITE 7 8 (10)
TOUKOKUU 2014 9 (10) Vaihtoehtoisesti loppusijoituskapselit voitaisiin sijoittaa vaaka-asennossa suoraan porattuihin tunneleihin. Tällöin polttoainekapselit työnnettäisiin bentoniitilla vuoratuissa teräskaseteissa paikalleen. Kasettien välit täytettäisiin bentoniittilohkoista valmistetuilla välitulpilla. Erillistä tunneleiden täyteainetta ei vaakaratkaisussa tarvittaisi. Vaakasijoitusvaihtoehdon yleiskuvaus on esitetty työraportissa 2007-11 "KBS-3H design description 2005" ja sen turvallisuusanalyysi raportissa POSIVA 2007-06 "Safety assessment for a KBS-3H spent nuclear fuel repository at Olkiluoto, Summary report". Vaakasijoitusvaihtoehdon kehitystyö jatkuu ja se toteutetaan SKB:n ja Posivan yhteisprojektina. 2.4 Kapselointi- ja loppusijoituslaitoksen sulkeminen Kun kaikki käytetty ydinpolttoaine on loppusijoitettu ja sijoitustunnelit täytetty, alkaa kapselointilaitokseen käytön aikana kertyneen radioaktiivisen jätteen siirtäminen loppusijoitustiloihin. Jäte pakataan tynnyreihin ennen siirtoa. Tämän jälkeen puretaan radioaktiivisia aineita sisältävät osat kapselointilaitoksesta. Purkujätteet viedään loppusijoitustiloihin niille louhittuun tunneliin. Maan pinnalle jäljelle jäävät rakennukset ja maa-alue voidaan ottaa muuhun käyttöön. Loppusijoitustiloista puretaan käytönaikaiset rakenteet ja järjestelmät. Samaan aikaan purkutöiden kanssa aloitetaan tilojen täyttötyöt ja sulkurakenteiden rakentaminen. Loppusijoitustunnelien täyttöratkaisu koostuu kolmesta eri pääkomponentista: paikalleen asennetusta lattian tasausmateriaalista, esipuristetuista täyttölohkoista ja bentoniittipelleteistä. Keskustunnelit, keskustunneliyhteydet ja ajoneuvoyhteydet keskustunneleiden ja teknisten tilojen välillä on suunniteltu täytettävän savilohkoilla ja bentoniittipelleteillä. Tekniset tilat ja kuilujen alin osa täytetään murskeella ja sulkemista täydennetään tarvittaessa savilohkoilla ja -pelleteillä. Kuilujen yläosat suljetaan betonirakentein. 2.5 Sulkemisen jälkeinen aika Loppusijoitus on suunniteltu siten, että sen jälkeen kun loppusijoitustilat on suljettu, tarvetta muuhun huolehtimiseen ei ole. Haluttaessa paikalle voidaan jättää merkkejä tiedottamaan maan alla olevista jätteistä. 2.6 Palautettavuus Vaikka loppusijoituksen tarkoituksena on jätteiden pysyvä ja lopullinen sijoittaminen, loppusijoitettujen kapseleiden palautus maan pinnalle on teknisesti mahdollista hankkeen kaikissa vaiheissa. Kun kapseli on täytetty, muttei vielä loppusijoitettu, kapseli voidaan purkaa kapselointilaitoksessa. Jos kapseli on asennettu sijoitusreikään ja sijoitustunneli on suljettu, kapseli voidaan poistaa purkamalla tunnelin sulkurakenne, kaivamalla tunnelin täyttömateriaali pois ja käsittelemällä sijoitusreiän bentoniittia suolaliuoksella siten, että bentoniitti liukenee ja kapseli voidaan irrottaa sen sisästä. Mikäli koko loppusijoitustila on jo suljettu, kuilujen ja keskustunnelin sulkurakenteet ja täyt-
TOUKOKUU 2014 10 (10) tömateriaalit on poistettava ennen kapselin palauttamista. Tehdyt selvitykset osoittavat, että tarvittavat toimenpiteet ovat mahdollisia nykyisellä tekniikalla. Palautettavuutta on käsitelty rakentamislupahakemuksen liitteessä 17. Kapselin palautettavuudesta on tehty täyden mittakaavan koe SKB:n kalliolaboratoriossa Äspössä.