Ydinjätteen loppusijoituspaikan materiaalitekniset ratkaisut Suomessa

Abstract

Ydinjätteen loppusijoitus on yksi suurimmista ydinenergian käyttöön liittyvistä haasteita. Suomessa ydinjätteen loppusijoittamiseksi on luotu suunnitelma, ja konkreettisia toimia suunnitelman toteuttamiseksi on jo tehty. Tässä työssä keskitytään ydinjätteen loppusijoitukseen Suomessa ja loppusijoitukseen liittyviin materiaalivalintoihin. Ydinjätteen loppusijoittamiseen liittyy useita erilaisia haasteita. Materiaalivalintoja tarkastellaan niiden loppusijoituksen kannalta merkittävien ominaisuuksien näkökulmasta ja tunnistamalla haastavia olosuhteita, joille kyseinen materiaali voi altistua loppusijoitusratkaisussa. Työ on toteutettu kirjallisuuskatsauksena ja keskeisimpänä tutkimuskysymyksenä on, miksi kyseiset materiaalit ovat valittu Suomen loppusijoitusratkaisuun. Aineistona työssä on käytetty aiheeseen liittyviä kirjoja ja tieteellisiä julkaisuja sekä työraportteja.

Aihetta on pohjustettu käymällä läpi ydinenergian tuotantoprosessia. Työssä on listattu radioaktiivisen jätteen eri jäteluokat ja ydinreaktorin käytetty polttoaine kuuluu korkean tason radioaktiiviseen jätteeseen. Korkean tason radioaktiivisen jätteen loppusijoitus vaatii pitkän ajan eristämistä muusta biosfääristä. Työssä tarkastellaan ydinjätteen ominaisuuksia ja esitellään Suomen loppusijoitusmallissa käytettävän kapselointilaitoksen toimintaperiaate. Työssä käsitellään tärkeimmät aiheeseen kytköksissä olevat lainsäädännölliset tekijät, koska lainsäädäntö rajaa tarkasti ydinenergian tuotantoa ja ydinjätteen käsittelyä.

Keskeisimpänä tarkastelukohteena työssä on Suomen loppusijoitusratkaisun materiaalivalinnat. Suomen loppusijoitusratkaisu rakentuu useista eri vapautumisesteistä, ja mallia kutsutaan myös moniesteratkaisuksi. Moniesteratkaisua on tarkasteltu materiaaliteknisestä näkökulmasta. Työssä käydään läpi loppusijoituspaikkana toimivan peruskallion, loppusijoituskapselin ja bentoniittisaven ominaisuuksia. Peruskallion tulee olla ominaisuuksiltaan stabiilia ja eristää loppusijoitettava jäte. Puskurikerroksena toimiva bentoniittisavi tiivistää loppusijoituskapselin sille louhittuun onkaloon ja luo suotuisat olosuhteet kapselille rajoittamalla esimerkiksi massavirtauksia. Loppusijoituskapselin kuparinen ulko-osa on valittu hyvien korroosio-ominaisuuksien takia ja pallografiittivalurautainen sisäosa suojaa polttoainesauvanippuja mekaaniselta kuormitukselta. Lisäksi työssä listataan myös vaihtoehtoisia materiaaleja loppusijoitusratkaisuihin.

Tämä kandidaatintyö tarkoituksena on antaa lukijalle kattava kuva materiaaleista, joita käytetään Suomessa ydinjätteen loppusijoituksessa. Työssä keskitytään pääsääntöisesti ominaisuuksiin, joiden perusteella kyseiset materiaalit ovat valittu soveltuviksi ydinjätteen loppusijoitukseen. Voidaan todeta, että jokaisella materiaalivalinnalla on loppusijoitusratkaisussa oma funktionsa. Materiaalivalinnoilla on pyritty luomaan kokonaisuus, jossa yhdistyy usean eri komponentin suotuisat ominaisuudet loppusijoituksen kannalta. Tämän myötä saavutetaan tilanne, jossa on varauduttu hyvin erityyppisiin riskiskenaarioihin. Lisäksi moniesteratkaisun myötä yksittäisellä komponentilla ei ole yksinään liian suurta merkitystä kokonaisturvallisuuden kannalta, jolloin yhden komponentin vikaantuminen ei suoraan aiheuta koko loppusijoitusratkaisun turvallisuuden vaarantumista.