Olkiluoto 3:n polttoaine

1. Olkiluoto 3:n polttoaine Tuomas Koskela

2. Sisältö • EPR • Johdanto: EPR-laitos • Sydämen suunnittelu • Polttoainenippujen sisältö • Olkiluoto 3: Ensimmäinen EPR • Polttoaine Olkiluoto 3:ssa • Hankinta ja kuljetus • Varastointi ja käyttö • Turvallisuus • Lainsäätäntö • Käytetty polttoaine

3. EPR • EPR on eurooppalaisen ydinlaitosteknologian keihäänkärki • ”Kehittynyt” mielummin kuin ”vallankumouksellinen” • Tärkeimpiä kehitysideoita • Eliminoida kaikki mahdolliset radioaktiiviseen vuotoon johtavat skenaariot • Tarkka toimenpiteiden rajaus onnettomuuden sattuessa • Parannettu suoja ulkoisia tapahtumia vastaan • Taloudellisesti kilpailukykyinen • EPR:iä rakenteilla Suomen lisäksi ainakin Ranskassa

4. Miten laitos makaa • Reaktorirakennus • Polttoainerakennus • Apujärjestelmä-rakennus • Jäterakennus • Turbiinihalli • Turvarakennukset 6 5 1 6 2 6 3 4

5. Sydämen suunnittelu • Sydämen suunnittelun tavoitteena on minimoida paikalliset tehohuiput • Yleisesti ajatellaan, että radiaalinen ja aksiaalinen tehodistribuutio voidaan ratkaista riippumattomasti. • Tehodistribuution vaikuttavia tekijöitä • Nippujen latauskaavio • Myrkkysauvojen sijainti • Tehotaso ja moderaattorin tiheys • Sydämen palama • Reaktorimyrkkyjen jakauma • Doppler-leviäminen

6. Sydämen suunnittelu (2) • EPR:n sydämessä on noin 4500MW:n lämpöteho • Moderaattorina (kevyt)vesi, jonka lämpötila on 300°C ja paine 155 bar • Sisältää vaihtelevan konsentraation booria neutroniabsorboijana • Operoi UO2:lla, mutta on myös mahdollista käyttää MOX-polttoainetta • Suunnittelun tavoitteena on ollut • Korkea terminen teho ja matalat polttoainesyklikustannukset • Joustavuus polttoainesyklin pituudessa ja laitoksen tehontuotossa • Sydän sisältää 241 nippua, jotka ovat tyyppiä 17x17, sisältäen 265 sauvaa • Rikastus luokkaa 5% Tyypillinen alkulatauskaavio

7. Sydämen suunnittelu (3) • Suunnittelun perusteet • Maksimipalama ~70 GWd/tU • latauskaavioissa joustavuutta, OUT/IN ja IN/OUT-lataus mahdollista • Syklin pituus 1.5 – 2 vuotta • Voidaan ajaa systemaattisesti 70 EFPD:tä yli • MOX:in käyttö mahdollista 50% sydämestä • Neutronitalous • Matala pinta-ala/tilavuus suhde polttoaineessa aiheuttaa matalamman tehotiheyden • Vähentää Xenonmyrkytystä ja Doppler-efektiä • Polttoaineen hallinta • Tehotiheys polttoaineessa alle 450 Wcm-1 • Polttoaineen maksimiteho epänormaaleissa olosuhteissa ei saa aiheuttaa sydämen sulamista • Polttoaineen tehojakauma ei saa aiheuttaa poistumista kuplakiehunnasta

8. Polttoaineniput ja -sauvat • Niput ovat 17x17 gridejä, joissa • 265 polttoainesauvaa • 24 ohjausputkea • 90° pyöräytyssymmetria • Sauvat M5tm putkia, joissa • UO2:sta keraamisinä pelletteinä. • 8 – 20 per nippu sisältää palavana myrkkynä Gadoliniumia. • Köyhdytettyä uraania johon on sekoitettu PuO2:ta fissiiliksimateriaaliksi • Suojakuoren Paksuus 0.57mm • M5 on FANP:n kehittämä Zirkoniumseos • Polttoainesauvojen aktiivinen pituus 4.2m

9. Olkiluoto 3 • Olkiluodon kolmosyksikkö, OL3, on maailman ensimmäinen EPR • Sydämen lämpöteho 4300MW, sähköteho 1600MW • korkea hyötysuhde • Suunnittelussa on pyritty taloudellisuuteen ja turvallisuuteen • Käynnistyy 2011 (ehkä) • Olkiluoto 3 käyttää polttoaineenaan pelkkää UO2:ta

10. Polttoaineen hankinta ja kuljetus • Laitoksen vaatimat 241 polttoainenippua ja 4 varanippua valmistetaan FANP:n tehtaalla Saksassa • Uraanitabletit valmistetaan Saksassa, paitsi gandoliniumia sisältävät, jotka valmistetaan Belgiassa • Tulevaisuudessa polttoaineen hankinta voidaan kilpailuttaa • FANP • Westinghouse • Polttoaineen valmistaja järjestää sen kuljetuksen • Maalla ja/tai merellä • Tavoite on, että polttoaine toimitetaan suoraan voimalaitoksen satamaan • Kuljetuksia ohjaavat IAEA:n suositukset • Polttoaineen hintajakauma karkeasti: Uraani 25%, konversio 5%, rikastus 40%, valmistus 30%

11. Rikastetun uraanin hankinta • Konversio ja rikastus • Tällä hetkellä sopimussuhde ranskalaisen Comurhexin ja kanadalaisen Camecon kanssa • Myös muut mm. Venäjän ja USA:n laitokset ovat mahdollisia • Rikastus tällä hetkellä Urencon laitoksilta (Englanti, Hollanti, Saksa), sekä Venäjältä • Venäjällä jopa ylikapasiteettia • Ranskaan ja USA:han rakenteilla uusia sentrifugilaitoksia • Raakauraani • Kertakauppoja varten uraanivarasto, yleensä nojaudutaan toimitussopimuksiin • TVO:lla pitkäaikaiset sopimukset mm. Kanadaan ja Australiaan • Merkittävä osuus (30-40%) kierrätyksestä • Rikastuslaitosten köyhdytetty uraani • Aseuraani

12. Raakauraanin tuottajat

13. Polttoaineen varastointi ja käyttö • Voimalaitoksella pidetään varmuusvarastossa polttoainetta, joka vastaa 7 kuukauden tarvetta • Suurempi varasto on mahdollinen • Myös vaihtelevan suuruinen raakauraanivarasto EU:n alueella • Varastointikapasiteettia on enemmänkin • Kuivavarastossa tilaa 110 nipulle • Polttoainealtaassa tilaa 864 nipulle • Polttoaineen palama enintään 45GWd/tU • Polttoaineen kulutus noin 60 nippua vuodessa, mikä vastaa noin 32 tU:ta, ja noin neljännestä kokonaislatauksesta • Alkulatauksen rikastusaste 1.9 – 3.3%, vaihtolatausten 235U – pitoisuudet ovat välillä 3 – 5%

14. Valtioneuvoston päätös 395/1991 • 3§ Yleistavoite • Yleisenä tavoitteena on ydinvoimalaitoksen turvallisuuden varmistaminen siten, että ydinvoimalaitoksen käytöstä ei aiheudu työntekijöiden tai ympäristön väestön terveyttä vaarantavia säteilyhaittoja eikä muuta vahinkoa ympäristölle tai omaisuudelle. • 15§ Polttoaineen eheyden varmistaminen • Polttoaineen jäähdytyksen olennaisen heikkenemisen tai muusta syystä aiheutuvan polttoainevaurion todennäköisyyden on oltava pieni normaaleissa käyttötilanteissa ja odotettavissa olevissa käyttöhäiriöissä. Oletetuissa onnettomuuksissa polttoainevaurioiden määrän on pysyttävä pienenä eikä polttoaineen jäähdytettävyys saa vaarantua. Kriittisyysonnettomuuden mahdollisuuden on oltava erittäin pieni.

15. STUK valvoo • Polttoaineen suunnittelu ja valmistus • Ennakkotarkastus, valmistuksen valvonta, vastaanottotarkastus • Tuoreen ja käytetyn polttoaineen kuljetukset • Harkinnan mukaan • Polttoaineen käsittely ja varastointi • Polttoaineen alku- ja vaihtolataukset • latausta koskevaa hakemuksta • Reaktorin käyttäytymisestä seuraavan käyttöjakson aikana. • Polttoaineen käyttö • polttoaineen ja reaktorin käyttöä osana ydinvoimalaitosten käytön tarkastusohjelmaa. • Safeguards-valvonta • Kansainvälinen ydinmateriaalien turvallisuusvalvonta • NPT

16. Käytetyssä polttoaineessa on alkuperäisestä rikastuksesta riippuen uraania 94 – 96%, fissiotuotteita 3 – 5% ja aktinideja noin 1% Varastoidaan vesialtaassa, ensin voimalaitoksella, myöhemmin yhteiseen KPA-varastoon Jäähdytysaika vesialtaassa tyypillisesti 3 – 8 vuotta Välivarastossa noin 20 vuotta Laitoksen 60 vuoden elinajalta arvioidaan kertyvän 3600 nippua, eli noin 2000 tonnia uraania Ydinvoimalain mukaan Suomessa käytetyn polttoaineen on jäätävä Suomeen Käytetyn polttoaineen aktiivisuus ja lämpöteho jäähtymisajan funktiona, kun polttoaineen palama on 45 GWd/tU ja tuoreen polttoaineen uraanin U-235-pitoisuus 3,8 % : Käytetty polttoaine

17. Ydinenergialaki 990/1987 • 6 a § Suomessa syntyneiden ydinjätteiden ydinjätehuolto • Ydinjätteet, jotka ovat syntyneet Suomessa tapahtuneen ydinenergian käytön yhteydessä tai seurauksena, on käsiteltävä, varastoitava ja sijoitettava pysyväksi tarkoitetulla tavalla Suomeen. • 28 § - 34 § (referoidusti) • Jätteiden tuottaja on oletusarvoisesti jätehuoltovelvollinen • KTM voi • Vaatia jätehuoltosuunnitelman • Velvoittaa usean jätteentuottajan hoitamaan jätehuollon yhteisesti • Laitoksen vaihtaessa omistajaa siirtää myös jätehuoltovelvollisuuden • Todeta että jätehuolto on laiminlyöty, jolloin ydinjäte siirtyy valtiolle • Loppusijoitus voidaan tehdä STUK:in sen hyväksyttyä • Loppusijoitettu ydinjäte siirtyy valtiolle

18. Ydinjätehuolto • Eduskunta hyväksyi 24.5.2002 valtioneuvoston periaatepäätöksen, jonka mukaan Olkiluotoon rakennetaan ydinjätteen loppusijoituslaitos siten, että sinne voidaan sijoittaa myös uuden voimalaitoksen ydinjäte • Enintään 2500 tonnia • Loppusijoitus tehdään ilman jälleenkäsittelyä,lainsäädännön takia • Käytetty polttoaine pakataan (eli kapseloidaan) tiiviisiin metallisäiliöihin ja säiliöt sijoitetaan 400-700m syvyyteen kallioperään • Nykyisten laitosten ydinjätehuollon kustannukset ovat noin 1.18 G€ koko käyttöajalta. • Osuus ydinsähkön hinnassa noin 0.25 c/kWh • OL3:n kustannukset arvioidaan pienemmiksi

19. Yhteenveto • EPR on kehittynyt versio kolmannen sukupolven painevesireaktorista, jossa varsinkin turvallisuuskysymyksiin on kiinnitetty erityisesti huomiota • EPR voi käyttää polttoaineenaan UO2:ta, tai MOX:ia • Olkiluoto 3 käyttää polttoaineen hankintaan vanhoja hyväksi havaittuja menetelmiä • Olkiluoto 3:ssa voidaan varastoida polttoainetta useiden vuosien tarpeisiin • Olkiluoto 3:ssa (kuten muissakin suomen ydinvoimaloissa) syntynyt ydinjäte loppusijoitetaan Suomeen

20. Loppu