Säteilyturvakeskuksen 1996-1997

STUK-A131 1996 Säteilyturvakeskuksen 1996-1997 R. Mustonen, H. Koponen (toia v )

STUK-A131 HELMIKUU 1996 Säteilyturvakeskuksen tutkimushankkeet 1996-1997 R. Mustonen, H. Koponen (toim.) SÄTEILYTURVAKESKUS PL 14 00881 Helsinki puh. (90) 759 881

ISBN 951-712-103-2 ISSN 0781-1705 Oy Edita Ab Helsinki 1996 Myynti: Säteilyturvakeskus PL 14 00881 Helsinki Puh. 759 881

STUK-A131 SÄTEILYTURVAKESKUS MUSTONEN R, KOPONEN H (toim.). Säteilyturvakeskuksen tutkimushankkeet 1996-1997. Helsinki 1996, 116 s. ISBN 951-712-103-2 ISSN 0781-1705 ALKUSANAT Säteilyturvakeskuksen tutkimustoimintaa ohjaa keskukselle annettu perustehtävä säteilyn haitallisten vaikutusten estämisestä ja rajoittamisesta. Ydinenergian käytön turvallisuutta koskevat tutkimukset (julkaisun osa 1) ovat pääsääntöisesti viranomaistarpeista lähteviä tilaustutkimuksia, joita Säteilyturvakeskus ohjaa ja rahoittaa, mutta joita se ei itse toteuta. Säteilyn aiheuttamia terveyshaittoja ja ympäristöä koskevat tutkimukset (julkaisun osa 2) Säteilyturvakeskus sen sijaan toteuttaa itse, joskin usein tietysti yhteistyössä jonkin toisen tutkimuslaitoksen tai korkeakoulun kanssa. Tutkimushankkeet, joissa Säteilyturvakeskus toimii myös työn toteuttajana, voidaan jakaa eri ryhmiin. Yhden ryhmän muodostavat soveltavan tutkimuksen ja kehitystyön projektit, ja toisen varsinaiset tieteelliset projektit, jotka ovat suunnattua perustutkimusta. Ensin mainitulle ryhmälle on tyypillistä se, että Säteilyturvakeskuksen tutkimustyö on luonteeltaan valvovaa, ympäristön radioaktiivisuuden ja ihmisten säteilyaltisrustasojen seuraamista, tai varautumista poikkeuksellisten tilanteiden varalle. Tutkimushankkeiden lähtökohtana ei tällöin ole tieteellisesti mielenkiintoisen ongelman ratkaisu, vaan tutkimuksilla pyritään saamaan käytännön kannalta tarpeellista ja välttämätöntä mittaustietoa. Menetelmällisesti tutkimushankkeet täyttävät korkean teknisen laatutason, joka usein ylittää käytännön johtopäätöksiin tarvittavan tiedon tarkkuusvaatimukset. Toinen tutkimushankkeiden ryhmä, suunnattu perustutkimus, on sekä lähtökohdiltaan että menetelmiltään varsinaista tieteellistä tutkimusta, vaikka tutkimusaiheiden valinta ei olekaan täysin vapaata. Tutkimuksissa käytettävät metodiikka ja tekniikka ovat nykyaikaisen tieteellisen tutkimuksen huipputasolla, eivätkä ne aseta ylimääräisiä rajoituksia tutkimusaiheiden valinnalle. Suunnatun perustutkimuksen tulokset julkaistaan alan kansainvälisissä tieteellisissä julkaisusarjoissa. Valtaosa Säteilyturvakeskuksen tutkimushankkeista vuosille 1996-1997 perustuu esityksiin, jotka on tehty keskuksen omissa toimintayksiköissä. Tutkimusjohtaja, professori Tapio Rytömaa

SÄTEILYTURVAKESKUS STUK-A131 MUSTONEN R., KOPONEN H. (ea\). Research projects of the Finnish Centre for Radiation and Nuclear Safety 1996-1997. Helsinki 1996, 116 p. ISBN 951-712-103-2 ISSN 0781-1705 FOREWORD The research activities of the Finnish Centre for Radiation and Nuclear Safety are based on the Centre's primary task of preventing and restricting adverse effects of radiation. As a rule, studies concerning nuclear safety (part 1 of the publication) are studies originating from the regulatory function of STUK; these are directed and funded by the Centre but the Centre does not carry them out itself. In contrast, studies dealing with radiation exposure and health risks (part 2 of the publication) are conducted by the Centre itself, often in cooperation with some other research institute or university. Research projects in which the Finnish Centre for Radiation and Nuclear Safety does the practical work can be divided into two groups. One group consists of projects in applied research and development, and the other group of scientific projects per se, which may be classified as targeted basic research. Typically, research projects in the first group are directly associated with the r.'ljulatory function of STUK (monitoring of radioactivity in the environment and exposure levels of people) or they provide for a state of adequate preparation in case of emergency. The starting point of these research projects is not an interesting scientific problem but collection of necessary baseline data for practical purposes. The methods and techniques adopted in these projects meet high standards, often exceeding the level needed for drawing practical conclusions. The starting points of the second group of research projects meet the requirements of basic scientific research, although the selection of topics is not completely free. Methods and techniques require in this research do not restrict the selection of the study projects in any way. Results of these studies are published in open scientific literature. Most of the research projects of the Finnish Centre for Radiation and Nuclear Safety for 1996 and 1997 are based on proposals made by the Centre's own laboratories. Research Director, Professor Tapio Rytömaa

STUK-A131 SÄTEILYTURVAKESKUS SISÄLLYSLUETTELO Sivu ALKUSANAT 3 FOREWORD 4 1 YDINENERGIAN KÄYTÖN TURVALLISUUTTA KOSKEVAT TUTKIMUKSET 11 1.1 Rakenteellinen turvallisuus 13 1.1.1 Reaktoripaineastioiden ja muiden teräsrakenteiden turvallisuus 13 * AMES, ageing materials evaluation and studies 13 * NESC1, Network for evaluating steel components 13 * Reaktoripaineastian lämpökäsittely 14 * Reaktoripaineastian hitsisauman epähomogeenisuus 14 1.1.2 Lujuustekniset analyysit 15 * Ympäristövaikutteinen väsyminen 15 * Putkimurtuman aiheuttaman iskun vaikutukset teräsbetonirakenteeseen 15 * Putkistojen LBB-analysointijärjestelmät 16 * Virtauslaskenta ydinvoimalaitosrakenteiden kuormitusten arvioinnissa 16 1.1.3 Tarkastusmenetelmät 17 * Ainettaiikkomattomien tarkastusmenetelmien (NDT) luotettavuuden inhimilliset ja organisatoriset tekijät 17 * Matemaattis-fysikaaliset mallit ja tietokoneohjelmat määräaikaistarkastusten pätevöityksessä 18 1.1.4 Paloturvallisuus 18 * Kaapelitunnelien paloturvallisuusanalyysi 18 * Huonetilan numeerisen palomallin kehittäminen 19 * PALOTU-projekti 20 1.1.5 Betoniteknilliset tutkimukset * Betonirakenteiden kunnonvalvonta 21 * Optisten kuitujen käyttö betonirakenteissa 21 1.2 Käyttöturvallisuus 22 1.2.1 Luotettavuustekniikka ja inhimilliset tekijät 22 * STUK:n PSA-ohjelma Loviisan laitokselle 22 * Asiantuntija-arvioissa käytettävät menetelmät 22 * Kunnossapidon vaikutus yhteisvikojen syntyyn 23 * Seisokkiriskianalyysiin liittyvien ihmisen toimintojen arviointimenetelmien kehittäminen 23 1.2.2 Toimintatavat ja tunnusluvut 34 * Muutostöiden hallinta 24

SÄTEILYTURVAKESKUS STUK-A131 * Tunnuslukujärjestelmän kehittäminen ja testaus 24 1.2.3 Reaktorianalyysit 25 * HEXTRAN-PLIM ohjelman täydentäminen PLIMohjelmaan perastuvalla primääripiirin mallilla 25 * TRAB-PLIM tietokoneohjelman täydentäminen kolraidimensioisella sydänkuvauksella 25 * TRAB-PLIM tietokoneohjelman verifiointi 26 * Moniryhmäydinvakiokirjaston luominen 26 * Polttoaineen palaman vaikutus turvallisuuteen 27 * Olkiluodon laitoksen transienttianalyysit 27 * Loviisan laitoksen transientti- ja onnettomuusanalyysit 28 * Vaakasuoran höyrystimen lämmönsiirtokyky vajaalla sekundääripuolen vesipinnalla 28 * Lauhdutusaltaan hydrodynamiikka 29 * Primääripiirin vesi-iskut 29 * CAMP-projekti 30 1.2.4 Vakavat onnettomuudet 30 * Jodin haihtuminen suojarakennuksessa vakavan onnettomuuden aikana 30 * CSARP-tutkimusohjelma 31 * Ylikuumenneen sydämen tulvittaminen 31 * Fissiotuotteiden vaikutus höyrystimen lämmönsiirtoputkien eheyteen 32 1.2.5 Loviisa 2:n primääripiirin dekontaminoinnin jälkiseuranta 32 1.2.6 Automaatiotekniikka 33 * Ohjelmoitavat automaatiojärjestelmät 33 1.3 Ympäristövaikutukset 34 * Ydinvoimalaitospaikkojen meteorologisten tietojen seurantajärjestelmä 34 * Radioaktiivisen strontiumin nopea määrittäminen ympäristönäytteistä 34 * Todennäköisyyspohjaisten turvallisuusanalyysien tason 2 tulosten merkitys ympäristön kannalta 35 * Radioaktiivisten aineiden päästön arviointi 35 1.4 Ydinjätehuolto 36 1.4.1 Luonnonanalogiatutkimukset 36 * Palmotun luonnonanalogiaprojekti 36 * Radionuklidien kulkeutuminen postglasiaalisessa rapautumisprofiilissa 38 1.4.2 Loppusijoitustilan ja sen ympäristön ilmiöt 39 * Kiven huokoisuus ja huokoisuusrakenne matriisidiffuusiorelevanttina parametrina 39 * DECOVALEXII. Rakoilleen kallion kytketty termo-hydromekaniikka 40 * Loppusijoitustilan ja sen ympäristön geofysikaaliset

STUK-A131 SÄTEILYTURVAKESKUS muutosilmiöt 40 1.4.3 Tekniset vapautumisestaet 42 * Rautapitoinen oliviinikivi loppusijoitustilassa 42 * Käytetyn polttoaineen kupari-teräskapselin turvallisuus 43 1.4.4 Riippumattomat analyysit 43 * LOSI:n turvallisuusanalyysin tarkistusselvitykset 43 * Teoreettis-laskennallisten mallien analysointi ydinjätteiden loppusijoituksen turvallisuuden arviointia varten 44 SÄTEILYN TERVEYSHAITTOJA JA SÄTEILYALTISTUSTA KOSKEVAT TUTKIMUKSET 45 2.1 Säteilybiologia ja epidemiologia 46 * Lymfosyyttien kromosomivauriot radonaltistuksen 46 indikaattoreina * Säteilyn annosvaste FISH-analyysia käyttäen 46 * YVL-työntekijöiden lymfosyyttien kromosomivauriot 47 * Yksilöllinen herkkyys: GST- ja NAT-genotyyppien merkitys 48 kromosomivauriovasteessa * Kromatiinin rakenne ja DNA:n korjautuminen kromosomi- 49 vaurioiden muodostumiseen vaikuttavina tekijöinä (CEC) * Sytogeneettisten biomarkkereiden ennustavuus syöpä- 50 riskissä (CEC) * Viron Kiisan säteilyonnettomuuden uhrien biologinen dosimetria 50 ja kromosomivaurioiden häviämisnopeuden seuranta (CEC) * Säteilyn indusoima genominen instabiliteetti 51 * Radonin aiheuttamien keuhkosyöpien molekyyliepidemiologinen tutkimus 52 * Säteilyn aiheuttamien sekundäärisyöpien molekyyliepidemiologinen tutkimus 53 * Rintasyöpä kosmiselle säteilylle altistuneella lentohenkijöstöllä 54 * Sädehoidon aiheuttamat sarkoomat 55 * Huoneilman radon ja keuhkosyöpävaara 56 * Ydinvoimalaitostyöntekijöiden syöpävaara 56 * Syöpävaara ydinvoimaloiden ympäristössä 57 * Röntgentyöntekijöiden syöpävaara 58 * Virolaisten Tshernobylin puhdistustyöntekijöiden syöpävaara 58 * Tshernobylin laskeuma ja aikuisten leukemian ilmaantuvuus Suomessa 59 * Säteilyn aiheuttama syöpävaara lentäjillä 60 * Lentohenkilöstön rintasyöpävaara - tapaus-verrokkitutkimus 60 * Tshernobylin laskeuma ja raskauden keskeytykset, keskenmenot ja syntyvyys 61 * Matkapuhelimien aiheuttama syöpävaara 62 * Juomaveden arseenin ja radioaktiivisten aineiden terveysvaikutukset 62 * Transformoituneiden solulinjojen (10T1/2) molekyylibiologinen tutkimus 63

SÄTEILYTURVAKESKUS STUK-A131 * pj5-geenin ja fec/2-geeniperheen mutaatiot ihmisen levyepiteelisyövässä ja mutaatioiden konelaatio sädeherkkyyteen, apoptoosiin ja prognoosiin 64 * Yksilöllinen syöpä- ja sadeherkkyys - ataksia-telangiektasia homo- ja heterotsygoottien mutaatiot 65 * Ennustetekijät kurkunpääsyövässä 66 * UV-säteilyn vaikutukset ihon verisuoniin - in virro-tutkirnus 67 * Gammasäteilyn aiheuttama ateroskleroosi - in vifro-tutkimus 68 * UV-säteilyn ja pientaajuisten magneettikenttien yhteisvaikutukset syövän kehittymiseen transgeenisissä hiirissä 68 2.2 Luonnonsäteily 69 * Radonennusteiden kehittäminen 69 * Edustavat aluekeskiarvot 70 * Radonpitoisuuden selitysmallit 71 * Lähteet, vuodot ja aikavaihtelu 72 * Korkean radonpitoisuuden alueen satunnaisotantatutkimus 73 * Radonintorjuntamenetelmien tehokkuus 74 * Radonriskimallit ja niiden soveltaminen 75 * Talousveden luonnollinen radioaktiivisuus 76 * Radionuklidien poisto talousvesistä 77 * Pohjaveden luonnollisen radioaktiivisuuden alueittaiset erot Suomessa 77 2.3 Radioekologia 78 * Kulkeutumisreitin 'Laskeuma - maataloustuotteet' analysointi ja mallintaminen 78 * Sisävesistöjen kalan radiocesium ja -strontium 79 * Päijänteen Asikkalanselän ekosysteemin radiocesium- ja strontiumdynamiikka (NKS) 80 * Sisäinen säteilyaltistus metsäympäristön tuotteista (NKS) 81 * Puun energiakäytöstä aiheutuva säteilyaltistus 82 * Metsäekosysteemin radiocesiumjakauma 82 * ARMARA - Venäjän arktisten alueiden radioaktiivisuus (CEC) 83 * Marine radioecology (NKS) 84 * AMAP - Arctic monitoring and Assessment Program 84 * Pohjois-Suomen elintarvikkeiden radioaktiivisuus 85 * Väestön sisäiset säteilyannokset 85 * Päälaskeuma-alueen erityisväestöryhmien säteilyannokset 86 * Cesiumin biologisen puoliintumisajan riippuvuus iästä 87 * Kokokehomittausjärjestelmän kehittäminen 88 * Järvisedimenttien strontiumjakautuma 88 * Ydinvoimalaitosnuklidit puhdistamojen lietteissä 89 * Tshernobylin radioaktiivisen laskeuman vaikutusten selvittäminen Brianskin alueella 90 * Inter-comparison and calibration of in vivo monitoring systems in Europe (CEC) 91

STUK-A131 SÄTEILYTURVAKESKUS * Impact of Industrial Pollution on the Distribution Dynamics of Radionuclides in Boreal Understorey Ecosystems (CEC) 91 * Itämeren valvonta ja tutkimus 92 * Marina-Balt projekti (CEC) 93 * Sedimentoitumisnopeus Itämeren alueella (NKS) 94 * Radionuklidien käyttäytyminen sedimentin pintakerroksen ja pohjanläheisen veden vaihtelevissa hapetus-pelkistys olosuhteissa (NKS) 95 * Loviisan ja Olkiluodon merialueiden biologinen tarkkailu 95 * Perifytonin käytettävyys ydinvoimalaitosten radioaktiivisten aineiden päästöjen ja lämminvesipäästöjen indikaattorina 96 * Yhteistyö Pietarin V.G. Khlopinin Radium Institutin kanssa 97 2.4 Lääketieteellinen säteily 97 * Kuvanlaatu röntgendiagnostiikassa 97 * Säteilyannoksen ja -riskin arviointimenetelmien kehittäminen ja soveltaminen 98 * Potilasannos ja kuvanlaatu lasten röntgentutkimuksissa (CEC) 99 * Tietokonetomografialaitteiden suorituskyky 101 * Lasten nielemishäiriöiden läpivalaisuröntgentutkimukset 102 * Säteilyannokset ja säteilyriski toimenpideradiologisissa tutkimuksissa sekä kuvanlaadun ja annoksen optimointi 102 * Mammografiaröntgenlaitteiden suorituskyky 103 * Digitaalinen levykuvantaminen 104 * Röntgentutkimusten väestöannoksen määrittäminen 104 * Röntgentutkimustietojen automaattinen rekisteröinti ja annoslaskenta 105 * Radioimmunoterapia- ja NCT projektit (CEC) 106 2.5 Valvonta ja valmiuden kehittäminen 106 * Säteilyvalvonnan tietojärjestelmä (SVO+) 106 * Automaattinen radioaktiivisuusvalvonta-asema 107 * Uhkakuva-analyysi plutoniumin leviämisestä ympäristöön ja plutoniumkonsentraation mittaus fysikaalisin menetelmin 108 * Kvantitatiivinen autoradiografia 108 * Radioaktiivisten hiukkasten kulkeutuminen ilmassa Tshernobylin onnettomuuden aikana 109 * Uraanipolttoaine- ja ruteniumhiukkasten aiheuttamien säteilyriskien arviointi 110 * Väestön säteilyaltistuksen arvioiminen laskeumatilanteessa 110 * Vakavan ydinonnettomuuden vaikutukset Suomen metsiin ja kansantalouteen 111 * Eurooppalaisen päätöksenteon tukijärjestelmän (RODOS) täydentäminen (CEC) 112 * RODOS-järjestelmän käyttöönotto STUK:ssa 113 * Ydinonnettomuuden taloudellisten ja yhteiskunnallisten vaikutusten arvioiminen 113

SÄTEILYTURVAKESKUS STUK-A131 * Ydinvoimalaitoksilla esiintyvien kuumien hiukkasten tutkimukset 114 * Vuodenaikojen vaikutus laskeuman vakavuuteen 115 * Elintarvikeketjun vastatoimenpiteet (NKS) 115 10

STUK-A131 SÄTEILYTURVAKESKUS 1 YDINENERGIAN KÄYTÖN TURVALLISUUTTA KOSKEVAT TUTKIMUKSET Ydinvoimalaitosten turvallisuutta koskevien valtioneuvoston antamien yleisten määräysten (395/91) mukaisesti ydinvoimalaitosten turvallisuutta on jatkuvasti kehitettävä ottaen huomioon käyttökokemukset, turvallisuustutkimusten tulokset sekä tieteen ja tekniikan kehittyminen. Vastaavasti ydinjäte- ja ydinpolttoainehuollon turvallisuuden varmistaminen edellyttää korkeatasoista tutkimus- ja kehitystyötä. Turvallisuustutkimus onkin olennainen tekijä ydinenergian käytön turvallisuuden varmistamisessa. Luvanhaltijat ovat ydinenergialain mukaisesti vastuussa ydinenergian käytön turvallisuudesta. Tämä edellyttää riittävää panostusta myös käytön turvallisuuteen liittyvään tutkimukseen. Ydinenergialain (990/87) 55 :n mukaisesti Säteilyturvakeskuksen tehtävänä on valvoa ydinenergian käytön turvallisuutta. Olennaisena osana valvontaan liittyy luvanhaltijoista riippumaton turvallisuustutkimus. Turvallisuustutkimuksen ensisijaisena päämääränä on ydinenergian käytön turvallisuuden varmistaminen. Tähän liittyvät yksityiskohtaisemmat tavoitteet ovat seuraavat: - päätöksenteon perusteeksi tarvittavan tiedon tuottaminen - valvontamenetelmien kehittäminen - tieteen ja tekniikan kehittymisen huomioonottaminen ydinenergian käytön turvallisuuden varmistamisessa - turvallisuusarvioinnissa tarvittavan asiantuntemuksen ja resurssien ylläpitäminen ja kehittäminen Säteilyturvakeskuksessa ja muissa asianomaisissa organisaatioissa. Päätöksenteon perusteeksi tarvittavat tutkimukset ovat yleisiä tutkimuksia taikka Loviisan ja Olkiluodon ydinvoimalaitoksia tai niiden ydinjätehuoltoa suoraan koskevia. Laitoksia suoraan koskevat tutkimukset voivat puolestaan liittyä ajankohtaisiin turvallisuusongelmiin tai ne voivat koskea turvallisuuden kehittämistä pitkällä aikavälillä. Tässä esitettävät tutkimushankkeet on jaoteltu seuraavasti: - ydinvoimalaitosten rakenteellinen turvallisuus - ydinvoimalaitosten käyttöturvallisuus 11

SÄTEILYTURVAKESKUS STUK-A131 - ydinvoimalaitosten ympäristövaikutukset - ydinjätehuollon turvallisuus Pääosa tutkimuksista tilataan ulkopuolisilta tutkimusorganisaatioilta, mutta Säteilyturvakeskuksen asiantuntijat ohjaavat tutkimuksia ja joissakin hankkeissa osallistuvat tutkimuksen tekoon. Suunnitelmassa esitetyt hankkeet ovat osittain uusia ja osittain jatkoa jo aiemmin tilatuille tutkimuksille. Suunnitelmassa esitettyjen hankkeiden lisäksi on käynnissä eräitä tutkimuksia, jotka on tilattu jo vuonna 1995 ja jotka päättyvät vuoden 1996 alkupuolella. 12

STUK-A131 SÄTEILYTURVAKESKUS 1.1 Rakenteellinen turvallisuus 1.1.1 Reaktoripaineastioidenja muiden teräsrakenteiden turvallisuus AMES, ageing materials evaluation and studies Tavoitteena on päätöksenteon perusteeksi tarvittavan tiedon tuottaminen kansainvälisen yhteistyön avulla ottaen huomioon tieteen ja tekniikan kehitys. Tutkimuksilla pyritään syventämään ja parantamaan säteilyhaurastumiseen liittyvien perusasioiden ymmärtämistä, uusien testausmenetelmien kehittämistä ja verifioimista, säteilyhaurastumisen vähentämiskeinojen kehittämistä sekä yhteisen eurooppalaisen käytännön muodostamista. Tuloksia hyödynnetään reaktoripaineastian lämpökäsittelyn ja uudelleenhaurastumisen arvioinnissa. Sisältö: Hanke on käynnistetty vuonna 1994, ja sille on STUK:n lisäksi muita rahoittajia. Hanketta koordinoidaan eurooppalaisen yhteistyöverkon (AMES) kautta. EU rahoittaa koordinoinnin, ja osallistujat huolehtivat puolestaan omien kustannustensa rahoittamisesta. Tutkimushanke on laaja ja kestää useita vuosia. Tutkimushankkeessa kartoitetaan jäsenorganisaatioissa jo tehdyn tutkimus- ja selvitystyön tuloksia ja erityisesti käytettävissä olevia säteilytetyn ja säteilyttämättömän paineastiamateriaalin varastoja sekä käytöstä poistettuja paineastioita kokeellisia tutkimuksia varten. Murtumissitkeyden testausmenetelmiä parannetaan. Säteily haurastumista ja lämpökäsittelyä kuvaava materiaalin mikrorakenteen muutoksiin perustuva malli kehitetään. WER-440 laitosten reaktoripaineastioiden turvallisuuden parantamiseen ja erityisesti lämpökäsittelyyn liittyviä asioita selvitellään. Vuosittain tehtävien töiden sisältö määritellään erikseen. Vastuuhenkilö: Rainer Rantala NESC1, Network for evaluating steel components Tavoitteena on parantaa tieteen ja tekniikan kehittymisen myötä valmiuksia arvioida teräskomponenttien turvallisuutta kansainvälisen yhteistyön avulla. Kansainvälisen yhteistyöverkon avulla on tarkoitus vaihtaa tietoja ja kokemuksia, jotka koskevat rakenteellisten komponenttien eheyden varmistamiseen liittyviä 13

SÄTEILYTURVAKESKUS STUK-A131 menetelmien arviointia ja kehitystä. Pyrkimyksenä on parhaiden käytäntöjen harmonisointi ja standardisointi. Tuloksia voidaan hyödyntää reaktoripaineastian ainettarikkomattomissa tarkastuksissa ja turvallisuusanalyysissä. Sisältö: Yhteistyöverkko (NESC1) on käynnistetty vuonna 1994 termoshokin tutkimiseen liittyvällä kokeellisella ohjelmalla. Koe tehdään pinnoitetulla pyörivällä sylinterillä, jossa on pinnoitteen alaisia säröjä. Osallistuvat organisaatiot tekevät koetta edeltäviä ja niiden jälkeisiä ainettarikkomattomia tarkastuksia ja osallistuvat kokeiden laskennalliseen analysointiin käyttäen oman maansa hyväksymiskriteereitä. Vuoden 1996 aikana analysoidaan koesylinterin materiaaliominaisuuksia. Ainettarikkomattomat tarkastukset tehdään vuoden 1996 alussa, ja ennen koetta tehtävät analyysit tehdään tämän jälkeen. Osapuolet huolehtivat omien kustannustensa rahoittamisesta. Vastuuhenkilö: Rainer Rantala Reaktoripaineastian lämpökäsittely Tavoitteena on tuottaa riippumatonta tietoa reaktoripaineastian lämpökäsittelystä. Tuloksia tarvitaan päätettäessä Loviisan reaktoripaineastian lämpökäsittelystä. Tulosten avulla voidaan saada lisävarmistusta lämpökäsittelyn onnistumiselle. Sisältö: Tutkimuksen sisältö määritellään yksityiskohtaisesti Imatran Voima Oy:n hakemusaineiston perusteella. Vastuuhenkilö: Rainer Rantala Reaktoripaineastian hitsisauman epähomogeenisuus Tavoitteena on tuottaa riippumatonta tietoa reaktoripaineastian turvallisuutta koskevien analyysien varmentamiseksi. Tuloksia tarvitaan päätettäessä Loviisan voimalaitoksen reaktoripaineastioiden käyttöiästä. Sisältö: Tutkimuksessa selvitetään kirjallisuuteen perustuen epäpuhtauksien, erityisesti 14

STUK-A131 SÄTEILYTURVAKESKUS fosforin jakauma sekä TKo-jakauma WER-440-reaktoripaineastioiden hit sisauman eri osissa. Vastuuhenkilö: Rainer Rantala 1.1.2 Lujuustekniset analyysit Ympäristövaikutteinen väsyminen Tavoitteena on tieteen ja tekniikan kehittymisen huomioonottaminen ydinenergian käytön turvallisuuden parantamiseksi. NUREG/CR-5999 on esitetty väliaikaiset väsymiskäyrät, joissa on otettu huomioon ympäristön väsymistä edesauttava vaikutus. Tutkimuksen tarkoitus on selvittää, missä määrin nykyisten laitosten jännitysanalyysit ovat epäkonservatiivisia. Tuloksia tarvitaan päätettäessä siitä, pitäisikö laitosten väsymisanalyysit uusia vastaamaan nykytietämystä ympäristövaikutteisesta väsymisestä. Sisältö: Valitaan muutama tyypillinen kohde ja lasketaan väsymistekijä vanhoja ja ehdotettuja väsymiskäyriä käyttäen. Suurilla jännirysheilahduksilla oksidikalvo rikkoutuu edesauttaen väsymistä. Pienillä jännitysheilahduksilla oksidikalvo ei rikkoudu. Yleensä tarkasteltavaan kohteeseen vaikuttaa muutama suuri jännitysheilahtelu ja paljon pieniä heilahteluja; näiden keskinäinen suhde voi vaihdella. Vastuuhenkilö: Rainer Rantala Putkimurtuman aiheuttaman iskun vaikutukset teräsbetonirakenteeseen Tavoitteena on selvittää dynaamisen simuloinnin avulla niitä riskejä, joita ydinvoimalaitoksen putkimurtumat saattavat aiheuttaa silloin, kun korkeaenerginen putki pääsee murtuman jälkeen heilahtamaan vasten tärkeitä laitteita/toimintoja suojaavia tai kannattelevia teräsbetonirakenteita. Todennäköisyyspohjaiset turvallisuusarviot ovat osoittaneet, että tällaisia riskejä voi esiintyä ydinlaitosten sekundääripiirissä, missä alkuperäisten suunnittelukriteerien mukaisesti ei ole varauduttu putkimurtumien dynaamisiin vaikutuksiin. Vastaava tarkastelu tulee kysymykseen myös uusien ydinlaitosten primääripiirien osalta, mikäli suunnitteluun käytetään "vuoto ennen murtumaa" -kriteeriä ja fyysinen suojaus toteutetaan ensisijaisesti tilaerottelun avulla. 15

SÄTEILYTURVAKESKUS STUK-A131 Sisältö: Tutkimuksessa kehitetään putkikatkojen sekä niiden dynaamisten sekundäärivaikutusten analysointivalmiuksia. Erityisesti pyritään mallintamaan sopivia kuori/tilavuus- ja kontaktielementtejä käyttäen murtuneen putken törmäys viereiseen teräsbetonirakenteeseen sekä selvittämään siinä syntyvät vauriot. Putkikatkon analysoinnissa otetaan huomioon mahdollinen dynaaminen myötövanheneminen sekä pyritään automatisoimaan virtausdynaamisen kuormituksen mallinnusmenetelmiä ja kuormituksen siirtämistä rakenneanalyysimalliin. Tutkimukseen sisältyy sovellus, jossa arvioidaan Loviisan ydinvoimalaitoksen syöttövesisäiliötasolla tapahtuvaksi oletetun putkikatkon turvallisuusmerkitystä laitoksen päävalvomolle. Vastuuhenkilö: Rauli Keskinen Putkistojen LBB-analysointijärjestelmät Tavoitteena on kilpailukykyisten putkistojen "vuoto ennen murtumaa" -käyttäytymisen (LBB) analysointijärjestelmien kehitys Suomen ja sen lähialueiden ydinvoimalaitosten sovellustarpeisiin. Sisältö: "Putkistojen vuoto ennen murtumaa" -käyttäytymisen analysointijärjestelmiä kehitetään alan uusimpia tutkimustuloksia hyödyntäen. Päätehtäviä ovat - väsytys- ja jännityskorroosiosäröjen kasvua simuloivan ohjelman kehittäminen, - vuotomäärien laskentaohjelman liittäminen järjestelmään sekä vuotovirtauksen jäähtymisilmiöiden vaikutuksen selvittäminen, - haaroituskohtien mallinnuksen automatisointi, - järjestelmien laadunvarmistuksen kehittäminen. Järjestelmiä sovelletaan esimerkkitapauksiin sekä tunnettuihin standarditehtäviin. Vastuuhenkilö: Rauli Keskinen Virtauslaskenta ydinvoimalaitosrakenteiden kuormitusten arvioinnissa Tavoitteena on valmius määrittää rakenneanalyysien lämpöjännitystehtävissä tarvittavia virtaus- ja lämpötilajakaumia teoreettisesti nykyaikaisilla virtausdynamiikan menetelmillä. Saavutettavaa valmiutta voidaan hyödyntää ydinvoimalaitosrakenteiden väsymis- ja onnettomuustarkasteluissa sekä transienttitilanteisiin 16

STUK-A131 SÄTEILYTURVAKESKUS liittyvien käyttötapojen ja määräaikaistarkastus- ja kuormitusseurantaohjelmien arvioinnissa. Sisältö: Tutkimuksessa selvitetään saatavilla olevien kytkettyjen virtaus- ja lämmönsiirtotehtävien laskentaohjelmien soveltuvuus Suomen ydinvoimalaitoksilla esiintyvien termisten kuormitusten ennakointiin ja analysointiin. Sovelluskohteina on kokonaisten putkistojärjestelmien yleinen lämpötilajakaumakäyttäytymineneri käyttötilanteissa sekä epäjatkuvuuskohdissa kuten haaroituksissa ja yhdealueilla syntyvät paikalliset sekoittumis-ja kerrostumisilmiöi. Sovellukset virtauskentistä riippuviin korroosioilmiöihin ovat myös mahdollisia. Hyviksi havaittuja ohjelmia sovelletaan Olkiluodon ydinvoimalaitoksen syöttövesijärjestelmän lämpötilakerrostumisilmiöihin sekä mahdollisiin muihin esimerkkitapauksiin. Vastuuhenkilö: Rauli Keskinen 1.1.3 Tarkastusmenetelmät Ainettarikkomattomien tarkastusmenetelmien (NDT) luotettavuuden inhimilliset ja organisatoriset tekijät: Tarkastusten luotettavuustutkimuksissa,kuten kansainvälisessä PISC 3-projektissa, on käynyt yhä selvemmäksi, että tekniikan kehittymisestä huolimatta inhimilliset tekijät vaikuttavat ratkaisevasti tarkastusten luotettavuuteen. Tavoitteena on parantaa ainettarikkomattomien tarkastusmenetelmien luotettavuutta vaikuttamalla työn inhimillisiin ja organisatorisiin tekijöihin. Sisältö: Tutkimuksen kohteena on erityisesti ultraäänitarkastus. Tutkimus on jatkoa vuonna 1995 aloitetulle tutkimukselle. Tutkimuksen sisältö on osa-alueittain seuraava: - Luodaan tarkastustoiminnan luotettavuuden näkökulmasta riittävän kattava toimintajärjestelmän (voimayhtiöt, tarkastuslaitokset, kouluttajat, pätevöijät, viranomaiset) kuvaus. Laaditaan tarkastusten suorittamista koskevat prosessi- ja päätöksentekomallit. - Tutkitaan tarkastajien päätöksentekoa tarkastustilanteessa käyttäen. Päätöksenteko analyysissa selvitetään päätöksen muodostumista haastattelututkimuksin sekä tarkkailemalla tarkastajia koulutustilanteissa. - Päätöksentekoanalyysin perusteella saadaan tietoa, jota voidaan hyödyntää sekä tarkastajien koulutuksessa, tarkastustoiminnan organisoinnissa että tarkastajien 17

SÄTEILYTURVAKESKUS STUK-A131 valinnassa. Tutkimuksen perusteella laaditaan eri toiminta-alueita koskevia kehittämisehdotuksia. Vastuuhenkilö: Olavi Valkeajärvi Matemaattis-fysikaaliset mallit ja tietokoneohjelmat määräaikaistarkastusten pätevöityksessä Määräaikaistarkastusten ohjeiden, laitteiden ja henkilöstön pätevöitys koostuu yleensä käytännön kokeista ja teknisistä perusteluista. Matemaattis-fysikaalisia malleja voidaan käyttää teknisissä perusteluissa edellyttäen, että mallin tulokset ovat sopusoinnussa kyseisen geometrian, materiaaliyhdistelmän, materiaalirakenteen ja vikatyyppien antamien koetulosten kanssa ja mallin kapasiteetti, validoitu tarkkuus sekä rajoitukset on hyvin dokumentoitu. Toisin sanoen itse malli on oltava ensin pätevöitetty. Tutkimuksen tavoitteena on tuottaa tietoa matemaattisfysikaalisten mallien käyttömahdollisuuksistamääräaikaistarkastusten pätevöitysten apuna teknisissä perusteluissa. Määräaikaistarkastusjärjestelmän pätevöitys sisältää myös käytettävän laitteiston tietokonejärjestelmän pätevöityksen. Pätevöitys on uusittava, jos jokin olennainen muuttuja muuttuu. Tavoitteena on tuottaa tietoa tietokonejärjestelmien pätevöityksen arviointia varten. Sisältö: Selvitetään saatavissa olevat matemaattis-fysikaaliset mallit ja niiden käyttömahdollisuudet ja pätevyysalueet. Selvitetään menettelyt tietokonejäqestelmien pätevöittämiseksi. Selvitetään tietokonejärjestelmien ja niiden algoritmien olennaiset muuttujat. Vastuuhenkilö: Olavi Valkeajärvi 1.1.4 Paloturvallisuus Kaapelitunnelien paloturvallisuusanalyysi Tavoitteena on tuottaa asiantuntemuksen parantamiseksi ja päätöksenteon perustaksi tietoa kaapelitunnelien paloturvallisuudesta. Tutkimuksen tuloksia hyödynnetään ydinvoimalaitosten kaapelitunnelien riskianalyysien tarkastamisessa, kuten palon leviämisen, paloerottelun ja aktiivisten palontorjuntajärjestelmien suojauskyvyn riittävyyden arvioinnissa. 18

STUK-A131 SÄTEILYTURVAKESKUS Sisältö: Tutkimushanke on jatkoa STUK:n toimeksiannosta tehdyille laajoille numeerisille paloanalyyseille. Tässä tutkimuksessa hyödynnetään tuloksia tutkimusprojekteista "Huonetilan palomallin kehittäminen" ja "PALOTU". Ydinvoimalaitoksilla on suuri määrä kaapelitunneleita, jotka perusgeometrialtaan palo-olosuhteiden kannalta muistuttavat toisiaan. Kaapelitunnelipalojen ja niihin liittyvien oletusten vaikutus paloriskianalyysin tuloksiin on huomattava. Tutkimuksessa on tarkoituksena simuloida liekehtivän palon etenemistä kaapelitunnelissa siten, että käytettävissä olevien parempien mallien avulla arvioidaan entistä luotettavammin palon etenemisnopeus, palon aiheuttamat vauriot ja palonilmaisu (myös kytevän palon paloilmaisu tutkitaan). Työ on tarkoitus tehdä Fluent-ohjelmalla, jolla voidaan aikaisempaa paremmin ottaa huomioon rakenteen ja virtauksen välinen lämmönsiirto. Tämän tarkka laskenta on oleellista palon etenemisnopeuden mallintamisessa. Yksinkertainen kaapelitunneligeometria soveltuu hyvin erilaisten verkon tihennysten ja palomallien kokeiluun. Samalla saadaan yleispätevää tietoa palon etenemisnopeudesta, vaurioista ja paloilmaisusta tyypillisissä kaapelitunnelipalossa. Tutkimus soveltuu samalla palo-psa-analyysin tarkastamisessa käytettäväksi riippumattomaksi analyysiksi, jonka avulla arvioidaan sekä Imatran Voima Oy:n että Teollisuuden Voima Oy:n todennäköisyyspohjaisessa analyysissä käyttämien oletusten asianmukaisuutta. Vastuuhenkilö: Jouko Marttila Huonetilan numeerisen palomallin kehittäminen Tavoitteena on parantaa valmiuksia tehdä monimutkaisia virtauslaskentaan perustuvia palosimulointeja kehittämällä uusia malleja sekä parantamalla olemassaolevia malleja. Sisältö: Tutkimus on jatkoa STUK:n toimeksiannosta tehdyille tutkimuksille "Huonetilan numeerisen palomallin kehittäminen". Näissä tutkimuksissa on tehty palojen ja huonetilojen mallintamiseen liittyvää kehitystyötä. Tämä kehitystyö ei kuitenkaan kaikilla tarvittavien paloanalyysien osa-alueilla vielä yleisten sovellutusten edellyttämällä tasolla, esimerkkeinä kaapelipalomalli, paloilmaisinmalli sekä lämmönsiirto- ja säteilymallit. Simulointimallien, erityisesti kaapelipalomallien ja 19

SÄTEILYTURVAKESKUS STUK-A131 paloilmaisinmallien, kehittämiseksi osaksi virtauslaskentakoodia käytetään "PA- LOTU"-projektista saatavia tuloksia. Simuloimalla kartiokalorimetrikoe saadaan referenssilaskenta hyvin instrumentoidulle palokokeelle. Fluent-ohjelman käyttöönotto antaa mahdollisuuden parempiin esikäsittely-, laskenta- ja jälkikäsittelyrutiineihin. Phoenicsille kehitettyjen palomallien siirto Fluentille ja niiden testaus on kuitenkin tehtävä. Fluent-ohjelman käyttöönotto mahdollistaa myös paremmat laskentamallit, erityisesti lämmönsiirron ja säteilyn laskentaan. Vastuuhenkilö: Jouko Marttila PALOTU-projekti Tavoitteena on hankkia tietoa ydinvoimalaitosten paloturvallisuudesta. Palon numeerisiin simulointiohjelmiin tarvitaan teknisesti todennettuja malleja, joilla liekin leviämisnopeus voidaan ennustaa myös jähmeille aineille. Edelleen on tarpeen hankkia tietoa laitteiden toiminnasta tulipalotilanteissa, uusimpien palontorjuntajärjestelmien soveltuvuudesta ydinvoimaloihin ja sähkölaitealkuisten palojen mahdollisista syttymismekanismeista ydinvoimalaitoksilla. Sisältö: STUK on tehnyt paloturvallisuutta (PALOTU) koskevan tutkimussopimuksen 9.3.1995. Sopimus on kaksivuotinen. Vuonna 1996 tutkimus jakaantuu seuraaviin osatehtäviin: Palosimuloinnin kehittäminen: palotehon määrittäminen simulointikoodit laitteiden toimintakyky tulipaloissa Palontorjuntajärjestelmät halonien korvaus Sähkölaitealkuiset syttymissyyt elektroniikkakomponentit Vastuuhenkilö: Jouko Marttila 20

STUK-A131 SÄTEILYTURVAKESKUS 1.1.5 Betoniteknilliset tutkimukset Betonirakenteiden kunnonvalvonta Tavoitteena on saada tietoa ydinvoimalaitosten betonirakenteiden kunnosta ja todettujen vaurioiden korjaukseen käytettävistä menetelmistä ja materiaaleista. Tähän tarvitaan tarkastus- ja tutkimusmenetelmiä. Tärkeimmät kohteet ovat reaktorin suojarakennus, jäähdytysvesitunnelit ja turpiiniperustukset.tutkimuksella luodaan myös valmiuksia mahdollisen uuden ydinvoimalayksikön rakentamisen varalle. Sisältö: Tutkimus on jatkoa edellisten vuosien tutkimuksille. STUK osallistuu tällä tutkimuksella osarahoittajana tutkimusprojektiin "Betoniteknilliset siltatutkimukset 1996". Muut rahoittajat tutkimusprojektissa ovat Tielaitos, VR ja HKR. Vuoden 1996 tutkimuksen sisältö on seuraava: - Etsitään ja verifioidaan ainetta rikkovia / ainettarikkomattomia menetelmiä reaktorin suojarakennuksen jänteiden jännityksen määrittelemiseksi. - Kehitetään betonirakenteiden raudoitteiden korroosion tutkimus- ja korjausmenetelmiä. - Kartoitetaan ja tutkitaan betonirakenteiden korjauksessa käytettäviä materiaaleja sekä betonipintojen tiiveyttä parantavia ja karbonatisoitumista hidastavia pinnoitemateriaaleja. - Kartoitetaan ja tutkitaan saatavilla olevia, betonirakenteeseen asennettavia kosteudenmittausantureita. - Osallistutaan EU-tutkimukseen "Korkealujuusbetoni", jolloin saadaan käyttöön em. EU-tutkimuksen tulokset. Vastuuhenkilö: Heikki Saarikoski Optisten kuitujen käyttö betonirakenteissa Tavoitteena on optisten kuitujen soveltaminen betonirakenteiden kunnon valvontaan. Tutkimuksen avulla luodaan valmiuksia mahdollisen uuden ydinvoimalaitosyksikön rakentamisen varalle, mutta myös saadaan selville, onko mahdollista asentaa optisia kuituja nykyisten ydinvoimalaitosten betonirakenteiden, lähinnä suojarakennuksen ja turbiiniperustusten pintaan. 21

SÄTEILYTURVAKESKUS STUK-A131 Sisältö: Tielaitos on jo muutaman vuoden ajan rahoittanut FVOLAB.ssa tehtävää tutkimusta, jolla on selvitetty laboratorio-olosuhteissa optisten kuitujen käyttöä betonirakenteiden seurannassa. Seurattavia parametreja ovat: lämpötilat, muodonmuutokset, halkeamat, siirtymät, taipumat, kosteus, ph ja korroosio. Tutkimukset laajenevat vuonna 1996 kenttäkokeiksi, joilla selvitetään optisten kuitujen asennustekniikka paikalla valettaviin betonirakenteisiin ja kuitujen toimivuus em. olosuhteissa pidemmällä aikavälillä. Myöskin selvitetään kuitujen asennusmahdollisuutta valmiiden betonirakenteiden pintaan. Tutkimus on yhteishanke Tielaitoksen kanssa. Vastuuhenkilö: Heikki Saarikoski 1.2 Käyttöturvallisuus 1.2.1 Luotettavuustekniikka ja inhimilliset tekijät STUKrn PSA-ohjelma Loviisan laitokselle Tavoitteena on valmius tehdä STUKrn SPSA-ohjelmalla Olkiluodon ydinvoimalaitoksenlisäksi Loviisa laitosta koskevia todennäköisyyspohjaisia analyysejä. Tähän tarvitaan Loviisan tason 1 PSA-mallin muuntaminen sellaiseen muotoon, että sitä voidaan käyttää SPSA-ohjelman yhteydessä. Sisältö: Työn tuloksena on SPSA-ohjelmaan sovitettu Living PSA-malli, joka on käytettävissä STUK:n tietokoneilla. Olennainen osa työstä koostuu nykyisen Loviisa PSA-mallin komponenttien toipumis-ja korjausmallien muuntamisesta vikapuihin eksplisiittiseen muotoon automaattisesti laskettaviksi. Loviisa PSA-mallissa ne toteutetaan käsityönä tietokoneen löytämille rajatuille vikayhdistelmille. Vastuuhenkilö: Reino Virolainen Asiantuntija-arvioissa käytettävät menetelmät Tavoitteena on kehittää asiantuntija-arvioiden johdonmukaisuutta. Tutkimuksessa kehitetään Expert Judgment (EJ) menetelmä, joka soveltuu suomalaisen projektiryhmän käyttöön EU-projektissa "Benchmark Excercise on Expert Judgment 22

STUK-A131 SÄTEILYTURVAKESKUS Techniques in PSA Level 2". Projektiryhmä (4 henkilöä) osallistuu ko. EJistuntoihin, antaen arvionsa tason 2 PSA:han liittyvän probleeman ratkaisemiseksi. Sisältö: Tutkimuksen tuloksena on normatiivinen EJ-menetelmä, jota käyttäen saadaan neljän erityisasiantuntijan antamat arviot johdonmukaisesti yhdistetyksi vakavaan onnettomuuteen liittyvän ilmiön todennäköisyyden arvioimiseksi. Vastuuhenkilö: Reino Virolainen Kunnossapidon vaikutus yhteis vikojen syntyyn Tavoitteena on tuottaa tietoa sellaisista ydinvoimalaitoksen kunnossapitovirheisiin liittyvistä yhteisvikamekanismeista, joilla on merkittävä mahdollisuus ohittaa erilaiset tarkastusmenettelyt. Sisältö: Tutkimus on jatkoa vuonna 1995 tehdylle Olkiluodon ydinvoimalaitosta koskeneelle tutkimukselle. Vuonna 1996 analysoidaan Loviisan laitoksen kunnossapidon tietokanta (LOTI) vastaavalla tavalla kuin aikaisemmassa tutkimuksessa. Yhteisvikamekanismien lisäksi tunnistetaan mahdollisuuksien mukaan kokeita ja tarkastuksia, jotka eivät ole tehokkaita. Todettujen yhteisvikojen pohjalta pyritään määrittelemään sellaisia tunnuslukuja, joilla voitaisiin mitata kunnossapidon laatua ja sen kehitystä. Vastuuhenkilö: Lasse Reiman Seisokkiriskianalyysiin liittyvien ihmisen toimintojen arviointimenetelmien kehittäminen Tavoitteena on saada luotettavaa tietoa ihmisen toimintojen osuudesta ydinvoimalaitosten seisokkiriskeihin. Näiden toimintojen todennäköisyysperusteiseenarviointiin on tarpeen kehittää menettelytapoja. Sisältö: Selvitetään seisokkitilanteessa ihmisen toimintaan vaikuttavia tekijöitä ja eroja tehokäytön aikaiseen tilanteeseen venattuna ja kehitetään teoreettisesti hyvin perusteltuja menettelytapoja turvallisuuskriittisten ihmisen toimenpiteiden yksityiskohtaista arviointia varten. 23

SÄTEILYTURVAKESKUS STUK-A131 Selvitetään, mitä luotettavuustietojen lähteitä voidaan käyttää yksityiskohtaisessa arvioinnissa ja mitä luotettavuusparametrejä arviointiin soveltuvat todennäköisyysmallit edellyttävät. Tehdään strukturoituja haastatteluja mallien parametrien realistisuuden määrittämiseksi. Laaditaan sovellusesimerkkejä. Tutkimus on osa Suomen osuutta IAEArn ao. tutkimusohjelmassa. Vastuuhenkilö: Lasse Reiman 1.2.2 Toimintatavat ja tunnusluvut Muutostöiden hallinta Tavoitteena on tuottaa vertailevaa tietoa muutostöiden hallinnasta ydinvoimalaitoksella muutostöitä koskevien menettelytapojen arvioimiseksi ja kehittämiseksi. Sisältö: Projektissa vertaillaan Suomen ja Ruotsin viranomaisten muutostöitä ja töiden hallintaa koskevia vaatimuksia. Vertailun perustana ovat viranomaisten ohjeet tai päätökset. Toisessa osassa vertaillaan voimalaitoksilla noudatettavia menettelytapoja muutostöiden suunnittelussa ja hallinnassa. Vertailun perustana ovat laitosten muutostöiden suunnittelua ja hallintaa koskevat ohjeet. Vertailu perustuu laadittavaan kyselykaavakkeeseen saataviin vastauksiin. Vertailujen perusteella esitetään hyviä käytäntöjä, joita muut organisaatiot voivat käyttää oman toimintansa kehittämisessä. Tutkimus liittyy käynnissä olevaan NKS-tutkimukseen. Vastuuhenkilö: Lasse Reiman Tunnuslukujärjestelmän kehittäminen ja testaus Tavoitteena on aikaansaada kvantitatiivista tietoa ydinvoimalaitosten turvallisuuden ja viranomaistoiminnan laatutason kehittymissuunnista.tätä varten on tarpeen erityinen tunnuslukuj ärjestelmä. Sisältö: STUKrssa kehitettyä tunnuslukujärjestelmää on vuonna 1995 arvioitu ja osittain testattu. Vuonna 1996 on järjestelmää tarkoitus kehittää edelleen organisaatioiden 24

STUK-A131 SÄTEILYTURVAKESKUS subjektiiviseen arviointiin perustuvien tunnuslukujen määrittelyn ja arviointimenetelmän osalta. Samoin on tarkoitus kehittää tunnuslukujen laskennassa ja tietojen muussa käsittelyssä tarvittava järjestelmä. Tunnusluvut määritetään vuosille 1993...1995 ja arvioidaan tunnuslukuihin ja järjestelmään tarvittavat tarkennukset. Tutkimus on osa Suomen osuutta IAEA:n ao. tutkimusohjelmassa. Vastuuhenkilö: Vesa Ruuska 1.2.3 Reaktorianalyysit HEXTRAN-PLIM ohjelman täydentäminen PLIM-ohjelmaan perustuvalla primääripiirin mallilla Tavoitteena on kehittää kolmidimensioista dynamiikkaohjelmaa HEXTRAN-PLIM VVER-laitosten monipuoliseen analysointiin soveltuvaksi. Sisältö: HEXTRAN-PLIM-ohjelman nykyisessä versiossa primääripiirin malli on otettu SMABRE-ohjelmasta. SMABRE-ohjelmaan sisältyy eräitä rajoituksia, joista merkittävin on voimakas numeerinen diffuusio ja jotka rajoittavat sen käyttöä analysoitaessa eräitä laitoksen häiriöitä. Tällaisia ovat esimerkiksi viime aikoina erittäin merkittäväksi nousseet booripitoisuuden äkilliseen laimentumiseen liittyvät tapahtumat. SMABRE:ssa esiintyvä numeerinen diffuusio sekoittaa booripitoisuudeltaan erilaiset vedet hyvin nopeasti. Tämän puutteen korjaamiseksi tässä tutkimuksessa korvataan SMABRE-ohjelman primaaripiirimalli uudella PLIM-ohjelmaan perustuvalla mallilla, jossa mm. numeerinen diffuusio on eliminoitu käytännöllisesti katsoen kokonaan. Tämä projekti on aloitettu vuoden 1994 aikana ja sitä on jatkettu vuoden 1995 aikana. Vuoden 1996 aikana ohjelma on tarkoitus saada valmiiksi. Vastuuhenkilö: Keijo Valtonen TRAB-PLIM tietokoneohjelman täydentäminen kolmidimensioisella sydänkuvauksella Tavoitteena on kehittää TRAB-PLIM-tietokoneohjelmaa kiehutusvesireaktorin monipuoliseen analysointiin soveltuvaksi. 25

SÄTEILYTURVAKESKUS STUK-A131 Sisältö: Käytössä olevassa TRAB-PLIM-ohjelmassa reaktorisydämen kuvaus on ollut yksidimensioinen, joka on estänyt eräiden luonteeltaan kolmidimensioisten transienttien perusteellisen analysoimisen. Tässä tutkimuksessa on tarkoitus poistaa tämä puute täydentämällä TRAB-PLIM tietokoneohjelman reaktorisydämen kuvaus kolmidimensioiseksi. Tehtävä toteutetaan muuttamalla WER reaktorille alunperin suunniteltu HEXBU-3D ohjelman geometria neliöhilaiseksi, joka sitten liitetään TRAB-PLIM tietokoneohjelmaan. Tämä tutkimus on aloitettu vuonna 1994 ja sitä on jatkettu vuoden 1995 aikana. Vuoden 1996 aikana TRAB 3D -ohjelma on tarkoitus saada valmiiksi. Vastuuhenkilö: Keijo Valtonen TRAB-PLIM tietokoneohjelman verifiointi Tavoitteena on verifioida tietokoneohjelma TRAB-PLIM. Sisältö: Oleellisena osana reaktorianalyyseihin soveltuvien ohjelmien käyttöönotossa on niiden verifioiminen olemassa olevia laitoksella tehtyjä mittauksia vastaan tai vertaamalla tuloksia muilla vastaavilla ohjelmilla laskettuihin vastaaviin arvoihin. TRAB-PLIM tietokoneohjelman verifioinnissa käytetään Olkiluodon laitoksen tehonkorotukseen liittyvää analyysiä pääkiertopumppujen pysähtymisestä sekä TVO I -ydinvoimalaitosyksiköllä aikanaan tapahtunutta painetransienttia. Aikaisemmin käytössä ollut TRAB ohjelman versio on verifioitu myös näitä kahta transienttityyppiä vastaan. Lisäksi lasketaan stabiilisuutta koskeva OECD/NEA:n benchmark-tehtävä jälkilaskuna. Vastuuhenkilö: Keijo Valtonen Moniryhmäydinvakiokirjaston luominen Tavoitteena on saada käyttöön JEF2.2-perusydinvakiokirjasto ja NJOY:n uusi versio sekä lisätä asiantuntemusta niiden käytöstä ja niihin liittyvästä teoriasta. Sisältö: Uusien kehittyneiden neutronifysiikkaan liittyvien laskentamenetelmien, kuten CASMO, MCNP, SCALE ja REPVICS, tehokas käyttö edellyttää uuden vakiokirjasten luomista JEF2.2-perusydinvakiokirjastosta NJOY ohjelman avulla. Edellä esitettyjen kehittyneiden laskentamenetelmien luotettava käyttö edellyttää lisäksi 26

STUK-A131 SÄTEILYTURVAKESKUS perehtyneisyyttä niissä sovellettavien tietokantojen tasoon ja pätevyysalueeseen. Tässä tutkimuksessa aloitetaan uuden ydinvakiokirjaston luominen sekä perehdytään ydinvakioiden luomisessa käytettävien ohjelmien takana olevaan teoriaan. Samalla osallistutaan NEA Data Bankin yhteistyöryhmän työskentelyyn sekä 175- ryhmäisen VITAMIN-vaikutusalakirjaston luomiseen. Tutkimus on aloitettu vuonna 1995. Vastuuhenkilö: Keijo Valtonen Polttoaineen palaman vaikutus turvallisuuteen Tavoitteena on saada tietoa palaman vaikutuksesta polttoaineen käyttäytymiseen transienttitilanteissa, erityisesti reaktiivisuusonnettomuuksissa. Sisältö: Tutkimuksessa osallistutaan Ranskassa Cadarachessa tehtävään SCANAIRohjelman validoimiseen CABRI-koereaktorissa tehtyjä mittauksia vastaan. Tämä edellyttää yhden henkilön puolen vuoden oleskelua Cadarachessa. Lisäksi tehdään lujuusteknisiä laskelmia polttoainesauvoille. Osallistumisen tuloksena saadaan tietoa polttoaineen käyttäytymisestä reaktiivisuusonnettomuuksissa sekä saadaan käyttöoikeus SCANAIR-ohjelmaan. Tutkimus sisältää myös NRC:ltä saatavan polttoaineen transienttitilanteita analysoivan FRAP T6 -ohjelman käyttöönoton. Vastuuhenkilö: Keijo Valtonen Olkiluodon laitoksen transienttianalyysit Tavoitteena on tuottaa riippumatonta tietoa Olkiluodon laitoksen modernisointiin liittyvien GE12-polttoainetta koskevien analyysien arvioimiseksi. Sisältö: Olkiluodon laitosyksiköiden modernisoinnin yhteydessä otetaan jo hyväksyttyjen polttoainetyyppiensvea-100 ja ATRIUM-polttoaineiden lisäksi käyttöön GE12- polttoaine. Tämän seurauksena nykyisin käytössä olevaan TRAB-ohjelmaan ohjelmoidaan GE12-polttoaineen erityispiirteet sekä tälle polttoaineelle kehitetty dryout-korrelaatio. Tämän lisäksi eräät keskeiset transienttianalyysit lasketaan Teollisuuden Voima Oy:n esittämien analyysien arvioimiseksi ja polttoainetyypin turvallisuusmarginaalien määrittämiseksi. Analysoitavia transientteja ovat ainakin paineensäätäjän vikautuminen, tehonsäätäjän vikautuminen sekä mahdollisesti myös pääkiertopumpun pysähtyminen. Analyysit tullaan tekemään 105 % ja 115 27

SÄTEILYTURVAKESKUS STUK-A131 % tehoilla (edellinen vastaa suunniteltua koekäyttötehoa ja jälkimmäinen suunniteltua uutta tehotasoa). Vastuuhenkilö: Keijo Valtonen Loviisan laitoksen transientti- ja onnettomuusanalyysit Tutkimuksen tavoitteena on tuottaa riippumatonta tietoa Loviisan laitoksen tehonkorotuksiin liittyvien transientti- ja onnettomuusanalyysien arvioimiseksi. Sisältö: Loviisan laitosyksiköiden nimellistehoa on tarkoitus korottaa. Tämän seurauksena voimayhtiö uusii onnettomuus- ja transienttianalyysit. Näiden analyysien arvioimiseksi STUK tekee eräistä keskeisimmistä transienteista ja onnettomuuksista vertailuanalyysit. Analysoinnin kohteiksi otettavat transientit ja onnettomuudet päätetään erikseeen. Todennäköisesti ainakin seuraavat transientit analysoidaan: - pääkiertopumppujen pysähtyminen - pääkiertopumpun juuttuminen - säätösauvan ja säätösauvaryhmän ulosveto - syöttövedei? menetys. Onnettomuuksista analysoidaan ainakin seuraavat: - LOCA (isot ja pienet) - Täydellinen syöttövedenmenetys - höyryputken katko - säätösauvan uloslento (jos palama kasvaa merkittävästi) - ATWS. Vastuuhenkilö: Keijo Valtonen Vaakasuoran höyrystimen lämmönsiirtoky ky vajaalla sekundääripuolen vesipinnalla Tavoitteena on saada tietoa Loviisan laitoksella käytössä olevan höyrystintyypin jälkilämmön poistokyvystä luonnonkierrolla sekundääripuolen vajautuessa. Kokeilla varmistetaan STUK:n teoreettisin tarkasteluin havaitsema lämmönsiirtokyvyn nopea huononeminen. Tällä on huomattava merkitys tilanteen kehittymiselle menetettäessä syöttövesi täydellisesti (mm. useiden vakavien onnettomuuksien skenaarioiden alkuvaiheessa). 28

STUK-A131 SÄTEILYTURVAKESKUS Sisältö: Tutkimus tehdään kokeellisesti neljän kokeen systeemikoesarjana PACTELkoelaitteistolla, joka rakennettu simuloimaan Loviisan reaktorilaitosta. Kokeiden reunaehdot määritetään STUK:n analyysien perusteella. Vastuuhenkilö: Juhani Hyvärinen Lauhdutusaltaan hydrodynamiikka Tavoitteena on tuottaa tietoa, jota tarvitaan Olkiluodon laitoksen tehonkorotussuunnitelmien arvioinnissa. Tällöin on tarpeen tarkastella uudelleen mm. hydrodynaamisia kuormia, joita lauhdutusaltaassa syntyy varoventtiilitoimintojen (mm. lisättävät venttiilit) tai onnettomuudenaikaisen allaspuhalluksen yhteydessä. Hydrodynaamisten kuormien tunteminen on tarpeen lauhdutusaltaan sisältämien rakenteiden (puhallusputkistot, imusiivilät, vuorauspelti) lujuusteknisen hyväksyttävyyden arvioimiseksi. Sisältö: Tutkimuksessa jatketaan vuonna 1995 aloitettua selvitystyötä kartoittamalla käytettävissä olevat laskentavälineet. Tarvittaessa kehitetään menetelmiä. Menetelmäkehityksen tueksi osallistutaan Ruotsissa mahdollisesti uudelleen käynnistyvään koeohjelmaan Marvikenin laitoksella. Vastuuhenkilö: Juhani Hyvärinen Primääripiirin vesi-iskut WER-440 laitosyksiköllä ROVNO.ssa tapahtuneiden kollektorivaurioiden yhdeksi syyksi on epäilty höyrystimissä esiintyneitä vesi-iskuja. Höyrystimen kollektorissa tapahtuvan vesi-iskujen mahdollisuus on todettu myös STUK:ssa tehtyjen laskelmien perusteella. Tutkimuksen tavoitteena on tuottaa tietoa Loviisan laitoksen höyrystimien primääripuolella tapahtuvista vesi-iskuista ja niiden vaikutuksesta turvallisuuteen. Loviisassa aloitettu syöttövesijakajien siirtäminen tuubinipun päälle lisää tällaisten vesi-iskujen syntymahdollisuutta merkittävästi. Sisältö: Tutkimus tehdään kokeellisesti PACTEL-laitteistolla, joka on rakennettu simuloimaan Loviisan reaktorilaitosta. Laitteisto täyttää nykyisellään tämän tutkimuksen edellytykset. Kollektoreissa tapahtuvien vesi-iskujen erikoisluonteen huomioivan 29

SÄTEILYTURVAKESKUS STUK-A131 instrumentoinnin lisääminen on kuitenkin tarpeen. Kokeissa kartoitetaan vesiiskujen syntymekanismia ja vaikutuksia. Vastuuhenkilöt: Juhani Hyvärinen, Hannu Ollikkala CAMP-projekti Tavoitteena on ylläpitää asiantuntemus ja analyysimenetelmät ajan tasalla termohydraulisen systeemianalyysin alueella. Sisältö: Vuonna 1992 tehdyn viisivuotisen sopimuksen mukaisesti vaihdetaan tietoja termohydraulisen analyysityön alalta USNRC:n kanssa. Suomen edustajana käytännön asioissa toimii VTT, joka tekee sopimuksen mukaan RELAP5:n validointityötä 2 raporttia vuodessa. Sopimuksen avulla saadaan käyttöön jatkuvasti uusin julkistettu versio RE- LAP5/Mod3-termohydrauliikkaohjelmasta. Vastuuhenkilö: Juhani Hyvärinen 1.2.4 Vakavat onnettomuudet Jodin haihtuminen suojarakennuksessa vakavan onnettomuuden aikana Tutkimuksen tavoitteena on tuottaa tietoa jodin, erityisesti heikosti suodattimiin pidättyvien jodiyhdisteiden, pitoisuudesta suojarakennuksen kaasutilassa erilaisissa onnettomuustilanteissa. Tutkimustuloksia käytetään arvioitaessa toimenpiteitä vakaviin onnettomuuksiin varautumiseksi. Sisältö: Epäsuotuisissa olosuhteissa osa polttoaineesta vapautuneesta jodista voi esiintyä suojarakennuksessa yhdisteinä, jotka ovat suhteellisen helposti haihtuvia. Päästövaikutusten arvioinnin kannalta on ensiarvoisen tärkeää pystyä arvioimaan jodin pitoisuus kaasutilassa luotettavasti ennakolta. Osa helposti haihtuvista jodiyhdisteistä pidättyy heikosti suodattimiin, joten myös eri yhdisteiden pitoisuudet on tunnettava. Eri jodimuotojen määrät ja pitoisuudet vedessä ja kaasussa arvioidaan laskennallisin menetelmin käyttäen apuna pienen mittakaavan kokeissa saatuja tuloksia. 30