Tässä blogikirjoituksessa selitetään, miksi dekontaminaatioteknologiaa pidetään kriittisimpänä vaiheena ikääntyvien ydinvoimaloiden käytöstäpoistoprosessissa. Siinä tarkastellaan säteilynpoiston periaatteita ja siihen liittyviä teknisiä haasteita sekä hahmotellaan turvallisen käytöstäpoiston olennaiset edellytykset.
Etelä-Koreassa sijaitsevan Korin ydinvoimalan ykkösyksikkö lopetti toimintansa pysyvästi 19. kesäkuuta 2017. Gorin ykkösyksikkö oli toiminut 40 vuotta, ja siinä oli useita häiriöitä, mukaan lukien täydellinen sähkökatkos helmikuussa 2012. Nämä tapaukset toimivat keskeisenä todisteena ikääntyvien ydinvoimaloiden sulkemisen ja käytöstä poistamisen puolesta. Toiminnan pysäyttämisen jälkeen Gorin ykkösyksikkö siirtyy nyt käytöstäpoistoprosessiin, joka kestää vähintään 30 vuotta, ennen kuin laitosalue on ennallistettu. Ydinvoimaloiden käytöstäpoistolla tarkoitetaan prosessia, jossa käsitellään turvallisesti ja taloudellisesti erityyppisiä ydinlaitoksia, jotka ovat saavuttaneet käyttöikänsä lopun. Koska työ on suoritettava säteilyaltistukseen johtavissa olosuhteissa, ydinvoimaloiden käytöstäpoisto vaatii teknologiaa, joka yhdistää useita tieteenaloja, kuten kemian, säteilytekniikan ja konetekniikan. Tämän blogikirjoituksen tarkoituksena on selittää ydinvoimaloiden käytöstäpoiston strategioita ja prosesseja sekä käytöstäpoistoteknologian tulevaisuutta.
Ydinvoimalaitosten käytöstäpoistostrategiat määritetään alueellisten teknisten ja poliittisten muuttujien perusteella. Ne luokitellaan karkeasti välittömään purkamiseen ja lykättyyn purkamiseen, jotka perustuvat käytöstäpoiston aloittamista edeltävään odotusaikaan. Välittömässä purkamisessa odotetaan, kunnes rakennusten ja alueen säteilytasot laskevat tietyn kynnysarvon alapuolelle, ennen purkamisen jatkamista. Tämä strategia mahdollistaa purkamisen suhteellisen lyhyessä ajassa, noin 15 vuodessa, ja helpottaa ympäristön ennallistamista sen jälkeen. Sitä kuitenkin kritisoidaan korkeasta säteilyaltistusriskistä, koska työn on jatkuttava niin kauan kuin radioaktiivisuutta on jäljellä, ja suurten radioaktiivisen jätteen määrien syntymisestä. Lykätyssä purkamisessa sitä vastoin odotetaan, kunnes radioaktiiviset materiaalit hajoavat luonnollisesti, ennen purkamisen jatkamista. Laitoksen hallinta radioaktiivisen materiaalin hajoamista odotellessa kestää noin 60 vuotta, kun taas laitoksen tiivistäminen betonirakenteilla kestää yli 100 vuotta. Vaikka pitkäaikainen puhdistusprosessi vähentää säteilyaltistusriskejä ja jätteen syntymistä, sillä on rajoituksensa: korkeat jatkuvat hallintakustannukset ja vaikeudet käytöstäpoiston jälkeisessä ympäristön ennallistamisessa ja alueen uudelleenkäytössä.
Ydinvoimalaitoksen käytöstäpoistoon kuuluu kuusi vaihetta: alasajo, käytöstäpoiston valmistelu, dekontaminaatio, purkaminen, jätteen loppusijoitus ja ympäristön ennallistaminen. Ydinprosessit ovat dekontaminaatio ja purkaminen, joissa säteily poistetaan laitoksen sisältä. Dekontaminaatio on tekniikka, joka poistaa valikoivasti vain säteilyn saastuttamat osat; radioaktiivisen jätteen määrää voidaan vähentää käytetystä dekontaminaatiotekniikasta riippuen. Keskeisiä dekontaminaatiokohteita ovat ikääntyneet jäähdytysvesiputket ja käytetyn ydinpolttoaineen pinnalle muodostunut ohut, kova, useita mikrometrejä (μm) paksuinen oksidikalvo. Tämä oksidikalvo sisältää erilaisia epäpuhtauksia, mukaan lukien ydinpolttoaineesta vuotanutta radioaktiivista kobolttia. Tämän materiaalin poistamiseksi, jota on vaikea poistaa suoraan ihmisillä tai koneilla, on kehitetty useita dekontaminaatiotekniikoita. Edustavia menetelmiä ovat pelkistäviä ja hapettavia aineita sisältävien liuosten vuorotellen injektoiminen säiliöiden ja putkistojen puhdistamiseksi tai korkeapaineisen veden suihkuttaminen laitoksen sisälle pintojen poistamiseksi. Tutkimusta tehdään myös dekontaminoinnin tehokkuuden parantamiseksi käyttämällä vaahtomuotoisia dekontaminaatioliuoksia, joiden pinta-ala on suurempi kuin nesteiden.
Käytöstäpoisto on prosessi, jossa koko laitos leikataan ja puretaan dekontaminoinnin jälkeen. Haastavin käsiteltävä esine tässä prosessissa on käytetty ydinpolttoaine. Reaktoreita on vaikea dekontaminoida kokonaan, ja itse ydinpolttoaine säteilee voimakasta säteilyä, mikä luo ympäristön, jossa ihmistyöntekijät eivät voi suorittaa purkamistehtäviä suoraan. Siksi robottikäsivarret korvaavat ihmistyöntekijät purkamisessa. Työntekijät avaavat reaktorin kannen, asettavat nosturiin kytketyn robottikäsivarren ja sulkevat sen. Robottikäsivarsi leikkaa tarkasti vain saastuneita osia, asettaa ne säiliöihin ja työn päätyttyä kuljettaa ne radioaktiivisen jätteen käsittelylaitokseen. Ydinvoimalaitosten käytöstäpoistossa käytettävien robottien on toimittava vakaasti ankarissa olosuhteissa, kuten säteilyaltistuksessa, ja koska ne käsittelevät radioaktiivisia aineita, etätarkkuusominaisuudet ovat välttämättömiä. Koreassa Korean atomienergian tutkimuslaitos (KAERI) kehittää leikkausrobottia Gorin ydinvoimalaitoksen yksikön 1 käytöstäpoistoa varten, ja myös Ulsanin kansallinen tiede- ja teknologiainstituutti (UNIST) on ilmoittanut suunnitelmista kehittää ydinvoimalaitosten käytöstäpoistorobotteja. Merkillepantavaa on, että KAERIn kehittämä robotti on suunniteltu suorittamaan reaktorin tarkastuksia laitoksen käytön aikana ja että käytöstäpoistovaiheessa se on varustettu leikkaavilla ja hitsattavilla käsivarsilla.
Käytöstäpoiston jälkeisen radioaktiivisen jätteen loppusijoitus on toinen kriittinen haaste. Radioaktiivinen jäte luokitellaan matala- tai korkea-aktiiviseksi sen radioaktiivisuuspitoisuuden perusteella. Matala-aktiivinen jäte voidaan puristaa, kiinteyttää sementtiin ja haudata useita metrejä maan alle. Ongelmana on kuitenkin korkea-aktiivinen radioaktiivinen jäte. Suurin osa korkea-aktiivinen jäte koostuu lasitetusta kiinteästä jätteestä, joka syntyy käytetyn polttoaineen jälleenkäsittelyn aikana. Sen täydelliseen loppusijoitukseen tarvittavaa teknologiaa ei ole vielä kehitetty. Realistisin menetelmä on jätteen hautaaminen syviin geologisiin muodostumiin vähintään 300 metrin syvyyteen maan alle ja betoniseinien asentaminen säteilyvuotojen estämiseksi. Tätäkään ei kuitenkaan vielä pidetä täydellisenä ratkaisuna, koska loppusijoituspaikkojen valintaperusteet ovat riittämättömät.
Radioaktiivinen jäte ei rajoitu kiinteisiin aineisiin. Kuten Fukushiman ydinonnettomuudessa nähtiin, voi syntyä myös suuria määriä radioaktiivisia aineita sisältävää saastunutta vettä. Fukushimassa on käytössä puhdistuslaitoksia, jotka erottavat radioaktiiviset aineet johtamalla saastuneen veden erittäin imukykyisen zeoliitin läpi. Tämä menetelmä ei kuitenkaan poista radioaktiivisia aineita, vaan se kerää ne laitoksen suodattimiin tai vesistöihin, jolloin syntyy lopulta uutta radioaktiivista jätettä. Vuonna 2017 Korean atomienergian tutkimuslaitos kehitti teknologian radioaktiivisesti saastuneen veden puhdistamiseksi mikro-organismien avulla. Tässä teknologiassa saastuneeseen veteen lisätään säteilyä kestäviä mikro-organismeja. Biologisten sulfidaatioreaktioiden avulla radioaktiivinen cesium muunnetaan kiteiseksi ja saostetaan. Sitä pidetään ympäristöystävällisenä teknologiana, koska se poistaa tehokkaasti cesiumia, jota on yleensä vaikea saostaa, tuottamatta lisää jätettä.
Ydinturvallisuus- ja tiedotuskeskuksen mukaan 12 korealaisen ydinreaktorin, mukaan lukien Gorin yksikön 1, käyttöiän on määrä päättyä vuoteen 2030 mennessä. Ikääntyvien reaktoreiden määrän kasvaessa ydinvoimaloiden käytöstäpoistoteknologian kysyntä ja tarve kasvavat merkittävästi. Ei vain Korea, vaan myös ydinvoimasta vahvasti riippuvaiset maat, kuten Ranska, Iso-Britannia ja Yhdysvallat, kohtaavat ikääntyvien reaktoreiden aiheuttamaa kasvavaa taakkaa. Toisin kuin Koreassa, jossa institutionaalinen perusta ei ole vielä täysin vakiintunut, nämä maat ovat jo kehittäneet ydinvoimaloiden käytöstäpoistoa koskevia toimintalinjoja ja teknologioita. Edustavia malleja ovat hallituksen johtama lähestymistapa (Ranska, Iso-Britannia), jossa hallitus johtaa käytöstäpoistohankkeita, ja yksityisen sektorin johtama lähestymistapa (Yhdysvallat, Saksa), jossa yksityiset yritykset johtavat käytöstäpoistoa ja hallitus hoitaa sääntelyn, hallinnon ja valvonnan.
Ydinvoimaloiden käytöstäpoistoteknologian kehittäminen ei ole kaikkea muuta kuin yksinkertaista, sillä se vaatii monimutkaista teknologioiden integrointia eri aloilla ja vaiheittaista etenemistä vuosikymmenten ajan. Korean ikääntyvien ydinvoimaloiden turvallinen käytöstäpoisto ja edelleen ydinvoimaloiden käytöstäpoiston maailmanlaajuisen haasteen ratkaiseminen edellyttävät jatkuvaa kehittämistä ja investointeja tähän teknologiaan.
