Kaikki kallioperään haudattava käytetty ydinpolttoaine mitataan menetelmällä ja laitteella, joita kehitettiin Helsingin yliopistossa 4. kesäkuuta tarkastettavassa väitöstutkimuksessa.
Ydinpolttoaineesta muodostuu käyttönsä jälkeen voimakkaasti säteilevää, vaarallista jätettä. Se sisältää paljon uraania ja plutoniumia, jotka ovat ydinaseen rakennusmateriaaleja. Kaiken materiaalin pitää olla tallella, kun polttoainesauvat sijoitetaan lopullisesti. Siksi ne on ennen säilömistään mitattava tarkasti ja luotettavasti.
– Näin voimme olla varmoja siitä, mitä kallioperään loppusijoitetaan ja että ydinmateriaalit pysyvät rauhanomaisessa käytössä, toteaa vieraileva tutkija Riina Virta Helsingin yliopistosta.
Kaikki tärkeä tieto on kerättävä ennen loppusijoitusta. Mittaustulokset on myös pidettävä tallessa niin, että ne ovat ihmisten saatavilla ja ymmärrettävissä tuhansia, jopa satojatuhansia vuosia.
Virta on tutkinut väitöskirjaansa varten ydinjätteen mittausmenetelmiä Helsingin yliopistolla yhteistyössä Fysiikan tutkimuslaitoksen (HIP) kanssa. Virta työskentelee myös tarkastajana Säteilyturvakeskuksen ydinmateriaalitoimistossa.
Gammakamera näkee nipun sisälle
Riina Virta kehitti väitöstutkimuksessaan PGET-laitetta eli passiiviseksi gammaemissiotomografiaksi kutsuttua kuvantamismenetelmää, jossa mitataan käytetyn ydinpolttoaineen lähettämää gammasäteilyä.
Ydinpolttoaine koostuu muutaman metrin mittaisista uraania sisältävistä sauvoista, jotka on koottu yhteen nippuun polttoaine-elementiksi. PGET-laitteen avulla nipusta voidaan muodostaa tarkka poikkileikkauskuva.
Poikkileikkauskuvasta pystyy tarkistamaan, että nipun sisällä kaikki sauvat ovat tallessa. Haasteena menetelmässä on se, että polttoaine vaimentaa säteilyä erittäin voimakkaasti.
– Käytännössä nipun keskiosista peräisin oleva säteily vain vaivoin yltää ilmaisimelle eli ”kameraan” asti. Tätä ongelmaa tutkimuksessani haluttiin selättää.
Kuvan laatua parannettiin muun muassa kehittämällä tiedonkeruuta ja käyttämällä kerättyä dataa viisaammin. Menetelmää kehitettiin myös niin, että sen lisäksi, että laitetta voi käyttää vedessä, se toimii myös ilmassa. Näin se sopii suomalaisiin loppusijoituksesta huolehtiviin laitoksiin.
Tutkimuksessa kehitettiin myös ohjelmistotyökaluja, jotka helpottavat menetelmän operatiivista käyttöä.
Menetelmän suorituskyky osoitettiin laajan kirjaston avulla, joka koostuu suomalaisilla ydinvoimalaitoksilla tehdyistä polttoainenippujen kenttämittauksista.
– Mittausmenetelmä on siis tarkkaan tutkittu ja toimivaksi havaittu, ja odottaa nyt vain loppusijoitustoiminnan alkamista Olkiluodossa, Virta kertoo.
DI Riina Virta väittelee 4.6.2024 Helsingin yliopiston matemaattis-luonnontieteellisessä tiedekunnassa aiheesta Gamma tomography of spent nuclear fuel for geological repository safeguards.
