Teksti Marja Ollakka, kuva Tapani Karjanlahti, Posiva
Laskeuduimme 450 metriä maan alle Onkaloon, käytetyn ydinpolttoaineen loppusijoitusluolastoon. Se on tehty kestämään seuraavien jääkausienkin myllerrykset. Suomessa onkin maailman parasta loppusijoituksen osaamista – tutustu tästä, miksi!
Vahvistan henkilöllisyyteni, katson turvallisuusfilmin ja puen päälleni suojaliivin, saappaat ja kypärän, johon henkilötietoni on tallennettu valmiiksi. Otan taskulampun ja varahappilaitteen siltä varalta, että matkalla sattuisi syntymään tulipalo. Olen valmis. Astun autoon, joka vie median edustajat tunneliin maan alle.
Eurajoen Olkiluodossa sijaitseva ONKALO® on Suomessa tuotetun korkea-aktiivisen käytetyn ydinpolttoaineen loppusijoitusluola. Rekisteröity tavaramerkki turvaa täällä kehitetyn tietotaidon nimen.
Onkalon kaivuutyöt aloitettiin vuonna 2004. Valtavat, noin kahdeksan kilometrin pituiset työskentely- ja kuljetustunnelit ovat jo valmiita, samoin ensimmäiset viisi loppusijoitustunnelia.
Laaja loppusijoituskoe, yhteistoimintakoe, aiotaan aloittaa vuonna 2024 – tosin ilman säteilevää ydinjätettä. Kun kokeen tulokset ja valtioneuvoston lupa on saatu, Onkalo on valmis aloittamaan lopullisen sijoituksen 2020-luvun puolivälin paikkeilla.
Tunneleita täytetään sata vuotta
Olkiluodon Onkaloon louhitaan kaikkiaan satakunta loppusijoitustunnelia. Yhteen tunneliin mahtuu noin 35 kapselia, joissa on yhteensä 70 tonnia käytettyä ydinpolttoainetta. Kun yksi tunneli on täynnä, se suljetaan ja alueella voidaan aloittaa seuraavan tunnelin poraus ja täyttö.
Kun matkustaa alas Onkaloon, näkymät muistuttavat tavallista pysäköintiluolaa, tosin huomattavasti mittavampaa. Tunneli on valaistu hyvin. Tilaa ja valoa tarvitaan, koska rakennustyöt ovat käynnissä monella suunnalla seuraavat sata vuotta. Vartin automatkan jälkeen saavumme päätepisteeseemme 450 metrin syvyyteen.
Onkalon sisällä on melko kuivaa. Paikka muodostuu isoista ajo- ja keskustunneleista sekä niistä lähtevistä käytävistä, joiden varrelle loppusijoitustunnelit porataan. Yhden loppusijoitustunnelin pituus on korkeintaan 350 metriä, korkeus noin 4,5 ja leveys noin 3,5 metriä.
Kun tunnelit sadan vuoden kuluttua ovat täynnä, viranomaisilta pyydetään lupa sulkea Onkalo ikuisesti.
”Kun tunnelit sadan vuoden kuluttua ovat täynnä, viranomaisilta pyydetään lupa sulkea Onkalo ikuisesti.”
Suomi on maailman ensimmäinen loppusijoittaja
Suomessa toimii neljä ydinvoimalayksikköä, kaksi Loviisassa ja kolme Eurajoen Olkiluodossa. Olkiluoto kolmosen (OL3) käynnistymisen jälkeen 30 prosenttia Suomen sähköstä tulee nyt tältä yhdeltä pieneltä länsirannikon saarelta.
Ydinjätettä on monenlaista. Onkalo on tarkoitettu ainoastaan korkea-aktiivisen käytetyn ydinpolttoaineen loppusijoitukseen. Suomi on ensimmäinen maa maailmassa, joka aloittaa korkea-aktiivisen käytetyn ydinpolttoaineen loppusijoituksen käytännössä. Muualla asiaa vasta suunnitellaan jätteen odottaessa vesialtaissa.
”Suomi on pitkällä, koska täällä on vakaa ja luottamukseen perustuva yhteiskunta, jossa pystytään tekemään pitkäjänteisiä suunnitelmia”, sanoo Posivan projektipäällikkö, kemisti Barbara Pastina.
Barbara Pastinalla on vankka kansainvälinen kokemus alalta. Hän on ollut mukana laatimassa Onkalon turvallisuusperusteluita vuodesta 2006 alkaen. Pastina tuntee eri maiden olosuhteita käytännössäkin: hän on kotoisin Italiasta, mutta hänen äitinsä on suomalainen, ja hän on työskennellyt eri maissa.
Onkaloon Loviisan ja Olkiluodon jätteet
Suomessa ydinvoiman kehitystyö aloitettiin 1960-luvulla. Tutkimusta asiasta oli toki tehty ennenkin. Loviisan ensimmäisen reaktorin rakentaminen alkoi vuonna 1971, ja laitos käynnistettiin 1977.
Ydinjätehuollosta vastaavat ydinvoimayhtiöt eli Fortum Loviisassa ja Teollisuuden Voima (TVO) Olkiluodossa. Ne perustivat yhdessä vuonna 1995 Posiva Oy:n vastaamaan loppusijoituksesta ja siihen liittyvistä tutkimuksista. Säteilyturvakeskus valvoo toimien turvallisuutta.
Sekä Loviisan että Olkiluodon korkea-aktiiviset jätteet, yhteensä 6 500 uraanitonnia, on tarkoitus sijoittaa Onkaloon noin sadan vuoden aikana.
”Jääkausien vaikutuksia on arvioitu miljoonan vuoden päähän.”
Turvallisuusperustelu kesti seitsemän vuotta
Ydinvoiman ja jätteen kanssa mikään ei etene nopeasti – mikä on Barbara Pastinan mielestä merkki hyvästä turvallisuuskulttuurista. Keskeisintä on ratkaisun pitkäaikaisturvallisuus, jota arvioidaan ja osoitetaan turvallisuusperustelulla (Safety Case).
Uusimman turvallisuusperustelun tekeminen vei seitsemän vuotta. Hankkeen projektipäällikkö Pastina johti työtä ja projektiryhmään kuului geologeja, matemaatikkoja, fyysikkoja ja kemian asiantuntijoita eri puolilta maailmaa. Tuloksena syntyi pino asiakirjoja, jotka käsittelevät lukuisia aiheita mikrobien toiminnasta ilmastonmuutokseen.
Kansainvälisen määritelmän mukaan turvallisuusperustelu tarkoittaa teknistieteellistä aineistoa, analyysejä, havaintoja, kokeita, testejä ja muita todisteita, joilla perustellaan loppusijoituksen pitkäaikaisturvallisuudesta tehtyjen arvioiden luotettavuus.
”Työmme perustuu pääasiassa malleihin, mutta ei pelkästään niihin. Koska työ tähtää pitkälle tulevaisuuteen, annamme perustelut siitä, minkä vuoksi loppusijoitustilan kehityskulun arvioidaan etenevän jonkin tietyn skenaarion mukaan. Se vaatii paljon analyysejä ja argumentteja eri tahoilta”, Pastina sanoo.
”Mitä esimerkiksi tapahtuu Olkiluodon saarella, kun maanpinta nousee vähitellen? Siitä tulee osa mannerta. Senkin vaikutus pohjaveteen on arvioitu. Tai miten Suomen alueen seuraava jääkausi vaikuttaa maaperään? Laskelmien perusteella loppusijoituskapseli selviää myös jäämassan painosta. Arvoimme myöhempienkin jääkausien vaikutuksia miljoonan vuoden päähän.”
Moniesteperiaate estää säteilyn vapautumista eri tavoin
Käytetyn ydinpolttoaineen sijoittaminen Onkaloon perustuu moniesteperiaatteeseen, jossa useat toisiaan varmentavat säteilyn vapautumisesteet varmistavat pitkäaikaisen turvallisuuden. Säilytys on suunniteltu kestämään turvallisena satojatuhansia vuosia tai jopa miljoona vuotta.
Onkalon sijoitusmenetelmäksi on valittu KBS-3. Menetelmässä käytetyt polttoainesauvat sijoitetaan nippuina valurautaiseen kapseliin, joka laitetaan kuparista tehdyn ulkokapselin sisään. Kapselit asetetaan Onkalon loppusijoitusreikiin, jotka täytetään bentoniittisavella. Savi paisuu kalliosta tulevan veden vaikutuksesta ja tiivistää lopulta kapselin paikalleen tunneliin.
Vesikemia on tärkeä osa prosessia
Loppusijoituksen viisi tärkeintä elementtiä ovat alueen vesivarat, kallioperä, muualta maailmasta tuotava kuparipintainen kapseli, uraanioksidi sekä tiivistemateriaali eli bentoniittisavi. Kaikkia on tutkittu sekä erikseen että yhdessä. Tutkijat pureutuvat erityisesti siihen, miten materiaalit vaikuttavat toisiinsa.
Barbara Pastinan mukaan sijoituspaikan syvyys valitaan sen mukaan, missä on kapselin kannalta suotuisimmat kemialliset, hydrauliset ja mekaaniset olosuhteet.
”Valintaan vaikuttavat kallioperän mekaaniset ja kemialliset ominaisuudet sekä pohjaveden kemia ja virtaus. Mitä syvemmälle mennään, sitä suolaisempaa vesi on. Kapselit pitää sijoittaa syvyyteen, jossa veden suolaisuus ei aiheuta esimerkiksi pistekorroosiota kupariin.”
”Tärkeää on myös huolehtia siitä, että loppusijoittaminen aiheuttaa mahdollisimman vähän haittaa vesikierrolle. Tavoitteena on rajoittaa eri kerroksissa olevia vesityyppejä sekoittumasta keskenään”, Pastina sanoo.
Pohjana mittava geologinen tietokanta
Suomen kallioperä kuuluu maailman vanhimpiin. Olkiluodossa se on noin 1 800 miljoonaa vuotta vanhaa. Kiteisen kallioperän pääkivilaji on migmatiitti, joka on kiillegneissistä ja graniitista koostuva seoskivilaji. Maa- ja kallioperää on tutkittu perusteellisesti ennen rakentamista.
Posivan geologin Jyrki Liimataisen päätehtäviä ovat kairausten suunnittelu ja Posivan oman geologisen tutkimustietokannan ylläpito. Kantaan on kertynyt yli 250 miljoonaa riviä tietoa.
Ennen kaivuutöitä on selvitetty kallioperän laatu maan pinnalta ja tunneleista tekemällä pilottireikiä. Louhinnan aikana tulosta on tarkennettu poraamalla tunnustelureikiä, joiden perusteella on saatu selville, mille alueille tarvitaan tiivistystä liiallisen vedentulon estämiseksi. Tunnelit pyritään pitämään kosteina, muttei liian märkinä, jotta bentoniittisavi voi tiivistää kapselin omaan loppusijoitusreikäänsä.
”Bentoniitti on tuttu aines monille, koska sitä käytetään kissanhiekassa. Se imee kosteutta ja paisuu – ominaisuus, jota hyödynnämme myös Onkalossa”, Jyrki Liimatainen kertoo.
Routa ei yllä loppusijoitusreikiin
Suomessa on tehty paljon syvempiäkin kaivoksia kuin Onkalo, mutta 450 metriä on sopiva syvyys ydinjätteelle paitsi kalliopohjavesikemian myös roudan kannalta.
”Olemme selvittäneet, että tulevalla jääkaudella ikirouta ei yllä Onkalon loppusijoitusreikiin, vaan jää noin 150–200 metrin syvyyteen.”
Ikiroutaa pitää välttää, jottei tiivisteenä oleva bentoniittisavi jäädy. Jos savi jäätyy, ominaisuudet muuttuvat eikä se ole enää niin hyvin tiivistävää. Savessa oleva vesi aiheuttaisi jäätyessään isoa painetta ja voisi puristaa kapselia liikaa.
Jyrki Liimatainen on innostunut työstään, joka on uraauurtavaa koko maailmassa. Posivaan ja sen tekemään työhön kohdistuukin valtavasti kiinnostusta. Eri maiden tutkijat haluavat tietää, miten Onkalo on toteutettu, minkälaisia menetelmiä siellä on käytetty ja mitä kaikkea on otettu huomioon ennen työn aloittamista.
”Kaikilta mantereilta löytyy vastaavaan loppusijoittamiseen soveltuvia alueita, kunhan ei toimita seismisesti aktiivisilla vyöhykkeillä, joissa on maanjäristyksiä tai tulivuoritoimintaa. Esimerkiksi Islannissa olisi aika hankalaa rakentaa tällaista. Toisaalta islantilaiset pystyvät hyödyntämään radioaktiivisen hajoamisen tuotteita geotermisen lämmön muodossa. Kaikki geoterminen lämpö on periaatteessa säteilylämpöä, joka syntyy maapallon ytimessä tapahtuvan radioaktiivisen hajoamisen kautta.”
Koska maailmalla on valtava tiedonjano loppusijoitukseen liittyvistä kysymyksistä, Posiva on perustanut Posiva Solutions -tytäryhtiön, joka tarjoaa räätälöityjä asiantuntijapalveluita käytetyn ydinpolttoaineen loppusijoituksen tutkimuksesta, suunnittelusta ja rakentamisesta.
”Kissanhiekasta tuttu betoniitti tiivistää kapselit tiukasti paikoilleen.”
Yliopiston radiokemian yksikkö mukana
Helsingin yliopiston radiokemian yksikkö on tehnyt pitkään yhteistyötä Posivan tutkijoiden kanssa.
Yliopistonlehtori Marja Siitari-Kauppi on vuodesta 2000 alkaen johtanut ryhmää, joka tutkii radionuklidien kulkeutumista huokoisessa kallioperässä.
Siitari-Kaupin mukaan tutkimukset ja perustustyöt ovat nyt melko valmiita ja loppusijoitus voidaan aloittaa turvallisesti.
”Olen seurannut turvallisuusperustelun laskelmia eri skenaarioissa. Kaikki vahvistavat, että vaikka yksi osa säteilyesteistä pettäisi, yksittäiset tapahtumat aiheuttaisivat ympäristölle säteilyannoksen, joka olisi hyvin paljon alla sen säteilytason, mitä me suomalaiset saamme luonnollisesta kallioperästämme”, Siitari-Kauppi kertoo.
Hän on ollut yksikkönsä kanssa viimeiset kymmenen vuotta tiiviisti mukana Onkalossa tehdyissä in-situ-kokeissa, joissa tutkittiin radioaktiivisten aineiden kulkeutumista kivessä ja pidättymistä mineraaleihin.
”Kemistien tehtävänä on radioaktiivisten aineiden kemiallisen käyttäytymisen tutkiminen, tässä tapauksessa kiteisen kiven mineraaleissa. Turvallisuusanalyysilaskelmia varten olemme määrittäneet laboratoriokokeilla parametreja, kuten kiven huokoisuus, radioaktiivisen aineen diffusiviteetti ja jakautumiskerroin.”
Onkalossa radiokemistien tutkimus skaalataan luontoon
Radiokemian yksikkö on myös selvittänyt bentoniittisaven kykyä pidättää radionuklideja ja erilaisten savien rakennetta liittyen radionuklidien kulkeutumisominaisuuksiin.
”Pohjavesikemia liittyy olennaisesti radioaktiivisten aineiden käyttäytymiseen. Tämän asiantuntemuksen kemistit ja geologit tuovat voimallisesti tähän tutkimukseen. Kaikki näkökulmat on huomioitava, kun mietitään, onko käytetyn polttoaineen loppusijoitus turvallista vai ei.”
Siitari-Kauppi painottaa, että Onkalossa tehty työ on ollut hyvin monitieteistä. Monitieteinen tiimi on syventänyt osallistujien omaa tutkimustyötä ja auttanut kaikkia pitämään fokuksen kokonaisuudessa.
”Kapea-alainen osaaminen ei riitä. Jatkuvasti pitää oppia uutta ja tehdä yhteistyötä eri alojen kanssa. Kemistin osaamisellakaan ei ihan pärjää, mutta vuosien varrella voi opetella lisää. Sanon aina opiskelijoillemme, että jos tutkimme atomi- ja molekyylitason prosessia, on hyvä käydä Onkalossa. Siellä näkee, mitä tutkimuksemme tarkoittaa, kun se skaalataan luontoon.”
”Historia ei ole vielä loppu. Emme me nykytutkijat voi sanoa viimeistä sanaa tässäkään asiassa.”
Toiveissa fuusioenergia
Siitari-Kauppi uskoo tutkimuksen ja insinööriosaamisen tulevaisuuteen ja jatkuvaan kehittymiseen.
”Historia ei ole vielä loppu. Emme me nykytutkijat voi sanoa viimeistä sanaa tässäkään asiassa.”
”Uskon, että uusia energiatekniikoita on tulossa. Tietysti toivomme, että saamme fuusioenergiaa jossain vaiheessa. Sitä on koko työurani ajan kehitetty ja kehitetään edelleen, esimerkiksi VTT ja Helsingin yliopiston fysiikan laitos tutkivat sitä.”
Kaukainen tulevaisuus kiehtoo tutkijaa
Kun nousen Onkalon vierailun jälkeen takaisin maanpinnalle, arvostan entistäkin enemmän tutkimuksen tarkkuutta ja pitkäjänteisyyttä – sekä tulevia, vielä tuntemattomia keksintöjä. Maallikolle vaikeinta on hahmottaa aikaa kohti seuraavaa jääkautta.
Onkalon turvallisuusperusteluita kehittänyt Barbara Pastina sanoo, että juuri kaukana häämöttävä tulevaisuus kiehtoo.
”Aiheet ja työt eivät lopu huomenna – täytyy katsoa koko ajan pidemmälle. Onkalon toiminnan ympärillä on tehtävä töitä ainakin sata vuotta. Työn jatkajia tarvitaan.”
Lue lisää:
”Tšernobylin onnettomuus herätti kiinnostukseni radiokemiaan”
