Jaakko Leppänen – 9.2.2019
Tämän blogin aikaisemmissa kirjoituksissa on käsitelty ydinreaktoreiden turvallisuutta ja vakavia reaktorionnettomuuksia. Ydinenergia-alalla turvallisuus ei kuitenkaan rajoitu ainoastaan reaktoreiden käyttöön, sillä jokainen ydinvoimalaitos tuottaa toimiessaan ympäristölle vaarallista radioaktiivista jätettä. Uraanin korkean energiatiheyden vuoksi jätteen määrä ei ole erityisen suuri. Esimerkiksi kaikki TVO:n ydinvoimalaitosten yli 40 vuoden aikana tuottama korkea-aktiivinen käytetty polttoaine on varastoitu reaktorirakennusten sisälle sijoitettuihin vesialtaisiin sekä yhteiseen keskusvarastoon Olkiluodon saarella. Jätteen määrän sijaan pitkäaikaisturvallisuuden suurin haaste onkin se, että polttoaineeseen syntyy reaktorin käytön aikana niin pitkäikäisiä radionuklideja, että ydinjäte on eristettävä ympäristöstä tuhansiksi vuosiksi.
Ydinjätteen loppusijoitusratkaisusta (ja toisinaan myös siitä, onko ratkaisua edes olemassa) kiistellään paljon sosiaalisessa mediassa ja internetin keskustelupalstoilla. Julkiseen keskusteluun ydinjätekysymys nousee erityisesti ydinvoiman lisärakentamisen yhteydessä. Yritän tässä blogikirjoituksessa avata hieman aiheen taustoja, kuten loppusijoituksen teknistä toteutusta ja hankkeen aikataulua. Yksi esille nouseva kysymys on se, käydäänkö keskustelua turvallisuudesta oikein perustein?
Kuva 1: Olkiluodon ydinvoimalaitosyksiköt 3, 1 ja 2 kuvattuna kesällä 2015. Kaikki reaktoreiden yli 40 vuoden aikana tuottama radioaktiivinen jäte on varastoitu voimalaitosalueelle. Lähde: TVO.
Loppusijoitushankkeen historiaa
Ydinjätteen loppusijoituksella on Suomessa jo varsin pitkä historia. Jätehuollon vaihtoehtojen selvittäminen alkoi Loviisan ja Olkiluodon ydinvoimalaitosten rakentamisvaiheessa 1970-luvulla. Ensisijaisena vaihtoehtona pidettiin aluksi käytetyn polttoaineen toimittamista ulkomaille. Ydinenergiatuotanto oli maailmalla voimakkaassa kasvussa, ja ajan henkeen kuului, että reaktoreiden tuottaman plutoniumin kierrättämistä pidettiin jopa välttämättömänä edellytyksenä teknologian laajamittaiselle käytölle.i Suomen kaltaisilla pienillä ydinenergiamailla ei ollut valmiuksia kehittää omaa jälleenkäsittelyteknologiaa, joten ydinjätehuolto oli luonteva ulkoistaa suuremmille toimijoille. Loviisan ydinvoimalaitoksen tilaukseen kuuluikin sopimus käytetyn polttoaineen palauttamisesta Neuvostoliittoon.
Jälleenkäsittelyn rinnalle nousi kuitenkin pian myös kotimainen vaihtoehto, eli käytetyn polttoaineen suora loppusijoitus suomalaiseen kallioperään. Ensimmäiset loppusijoitusta koskevat geologiset selvitykset aloitettiin jo 1970-luvun lopulla. Virallinen poliittinen päätös vaihtoehtoisesta kotimaisesta ydinjätehuoltostrategiasta tehtiin vuonna 1983. Vaikka käytetyn polttoaineen toimittamista ulkomaille pidettiin edelleen ensisijaisena vaihtoehtona, päätös edellytti myös varautumista siihen, että Loviisan ja Olkiluodon laitosten tuottama ydinjäte jouduttaisiin loppusijoittamaan Suomeen. Hankkeelle määritettiin myös aikataulu, jonka mukaan loppusijoituspaikka olisi valittava vuoteen 2000 mennessä, ja loppusijoitustoiminta voisi tarvittaessa alkaa vuonna 2020.
Valtioneuvoston päätöksellä kiinnitetty aikataulu vauhditti geologiseen loppusijoitukseen keskittyvää ydinjätetutkimusta. Hankkeen rahoituksen turvaamiseksi perustettiin vuonna 1988 valtion ydinjätehuoltorahasto (VYR), jonka varoja alettiin kerryttämään vuosimaksuina ydinenergia-alan toimijoilta.ii Myös maailma muuttui. Huoli maailman uraanivarojen riittävyydestä väistyi, ydinvoima alkoi kohdata enemmän poliittista vastustusta, ja plutoniumin kierrättämiseen perustuva ydinenergiatalous alkoi näyttää yhä pätodennäköisemmältä lähitulevaisuuden kehityssuunnalta. Kotimainen loppusijoitusvaihtoehto nousi ensisijaiseksi ydinjätehuoltostrategiaksi, ja vuonna 1994 voimaan astunut uusi ydinenergialaki kielsi lopulta kokonaan käytetyn polttoaineen toimittamisen ulkomaille. Päätös siitä, että kaikki Suomessa syntynyt ydinjäte oli vastaisuudessa myös loppusijoitettava Suomeen, lopetti myös Loviisan käytetyn polttoaineen palautukset. Viimeinen polttoaine-erä toimitettiin Venäjälle vuonna 1996.
Suomessa ei ole lainkaan valtiollista ydinenergiaohjelmaa. Valtionhallinnon sijaan aloite uusien laitosten rakentamisesta tulee yksityiseltä sektorilta, eikä hankkeita myöskään rahoiteta julkisista varoista. Sama koskee myös loppusijoitustoimintaa. Suuret ydinenergiahankkeet kulkevat kuitenkin valmisteluvaiheessa poliittisen päätöksentekoprosessin läpi. Valtioneuvosto tekee ensin päätöksen siitä, onko ehdotettu hanke yhteiskunnan kokonaisedun mukainen. Myönteisessä tapauksessa periaatepäätös alistetaan vielä eduskunnan hyväksynnälle. Vaikka kansanedustajien on periaatteessa määrä punnita hanketta yhteiskunnan kokonaisedun näkökulmasta, kyse on käytännössä poliittisesta päätöksestä.
Suunnitelmien edetessä ydinjätteen loppusijoituspaikaksi valittiin Olkiluodon ydinvoimalaitosalue, ja luvitusprosessi käynnistettiin toukokuussa 1999. Hakijana oli Fortumin ja Teollisuuden Voiman neljä vuotta aikaisemmin perustama Posiva-yhtiö, jonka tehtävä on huolehtia Loviisan ja Olkiluodon laitosten ydinjätehuollosta. Valtioneuvosto antoi hankkeelle myönteisen periaatepäätöksen joulukuussa 2000, ja eduskunta hyväksyi päätöksen seuraavan vuoden toukokuussa ennätyksellisellä äänienemmistöllä 159-3. TVO:n kolmannen voimalaitosyksikön luvitusprosessin yhteydessä loppusijoituspäätös laajennettiin koskemaan myös uuden reaktorin käytettyä polttoainetta.iii
Radioaktiivinen jäte
Mitä ydinjätteellä sitten varsinaisesti tarkoitetaan? Ydinreaktorin polttoaine on kiinteässä olomuodossa olevaa keraamista uraanioksidia, joka on suljettu metallisten suojakuoriputkien sisään. Reaktorin käydessä polttoaineeseen syntyy radioaktiivisia fissiotuotteita sekä uraania raskaampia alkuaineita, kuten neptuniumia, plutoniumia ja amerikiumia. Käytetyn polttoaineen aktiivisuustaso nousee hyvin korkeaksi. Jäähdytysajasta riippuen gramma käytettyä uraanipolttoainetta sisältää aktiivisuutta sadoista gigabecquereleistä muutamaan terabecquereliin (kts. radioaktiivisuuden yksiköt ja suuruusluokat aikaisemmasta blogikirjoituksesta). Korkea-aktiivisella ydinjätteellä viitataankin juuri käytettyyn reaktoripolttoaineeseen.
Reaktorin käytön aikana polttoainesauvojen sisällä olevia radioaktiivisia aineita päätyy pieniä määriä jäähdytteeseen suojakuoriputkien vuotokohtien kautta. Myös jäähdytteen mukana kulkevat korroosiotuotteet sekä muut epäpuhtaudet aktivoituvat reaktorin sydämessä neutronisäteilytyksen vaikutuksesta. Suljetussa jäähdytyskierrossa kulkevaa vettä puhdistetaan jatkuvasti reaktorin käydessä. Veden mukana kulkeutuvat radioaktiiviset aineet kerääntyvät suodattimiin, joista tulee käytön jälkeen keskiaktiivista jätettä. Laitoksen vuosihuollon aikana primääripiirin radioaktiivisia aineita päätyy myös kontaminaationa työkaluihin, puhdistusvälineisiin, suojavaatteisiin, jne. Kaikki valvonta-alueella syntyvä roska kerätään talteen matala-aktiivisena jätteenä.
Säteilyturvakeskuksen luokituksen mukaan matala-aktiivisen jätteen ominaisaktiivisuus on alle 1 kBq/g, ja keskiaktiivisen jätteen aktiivisuus korkeintaan 10 MBq/g . Lukemat jäävät kauas reaktorissa säteilytetystä polttoaineesta. Matala- ja keskiaktiivinen jäte loppusijoitetaan laitospaikoille noin sadan metrin syvyyteen louhittuihin voimalaitosjätteen luoliin. Samoihin VLJ-luoliin tullaan aikanaan loppusijoittamaan myös reaktoreiden paineastiat ja muut aktivoituneet primääripiirin komponentit laitosten käytöstä poiston ja purkamisen jälkeen.
Käytetyn polttoaineen loppusijoitus edellyttää järeämpiä keinoja. Reaktorista poistamisen jälkeen lyhytikäisten radionuklidien hajoaminen tuottaa paljon jälkilämpöä, minkä vuoksi käytetyn polttoaineen annetaan ensin jäähtyä vesialtaissa 30-50 vuoden ajan. Kun polttoaine siirretään välivarastosta loppusijoituslaitokselle, jätteen kokonaisaktiivisuutta hallitsevat sellaiset fissiotuotteet, joiden puoliintumisajat mitataan kymmenissä tai sadoissa vuosissa. Tähän ryhmään kuuluu esimerkiksi 30 vuoden puoliintumisajalla hajoava Cs137, joka on myös vakavissa ydinvoimalaonnettomuuksissa merkittävin ympäristön pitkäaikaista saastumista aiheuttava isotooppi. Loppusijoituksen alkaessa noin neljännes aktiivisuudesta on peräisin cesiumista.
Fissiotuotteiden hajoamisen jälkeen merkittävimpään rooliin nousevat sivuaktinidit, erityisesti amerikiumin isotooppi Am241 (puoliintumisaika 432 vuotta). Tuhannesta vuodesta eteenpäin aktiivisuutta hallitsevat plutoniumin pitkäikäiset isotoopit Pu240 ja Pu239 (puoliintumisajat 6500 ja 24,000 vuotta), joita syntyy paljon uraanin neutronikaappausreaktioissa. Kaikkien aktinidien hajoamisketjut yhtyvät lopulta johonkin luonnon neljästä hajoamissarjasta, joihin kuuluvien radioaktiivisten alkuaineiden, kuten radiumin, radonin ja poloniumin isotooppien vaikutus alkaa näkyä satojen tuhansien ja miljoonien vuosien aikaskaalassa. Käytetyn kevytvesireaktoripolttoaineen radioaktiivisuus on jaettu komponentteihin kuvassa 2.
Kuva 2: Tyypillisen kevytvesireaktoripolttoaineen aktiivisuus reaktorista poistamisen jälkeen. Kuvan asteikko on logaritminen. Kokonaisaktiivisuus on jaettu plutoniumin isotooppeihin, sivuaktinideihin (neptunium, amerikium, curium), sekä fissio- ja hajoamistuotteisiin. Hajoamistuotteilla viitataan luonnon hajoamissarjoihin kuuluviin radionuklideihin (esim. radium, radon ja polonium), joita syntyy aktinidien hajotessa. Kuvaan on piirretty katkoviivalla vertailutaso, joka vastaa polttoaineen valmistukseen käytetyn uraanimalmin aktiivisuutta.
Loppusijoituksen tekninen toteutus
Radioaktiivisuutensa puolesta käytetty polttoaine on vaarallista elävälle luonnolle vielä tuhansia vuosia reaktorista poistamisen jälkeen. Geologinen loppusijoitus perustuukin radioaktiivisten aineiden pitkäaikaiseen eristämiseen ympäristöstä. Posivan käyttämässä loppusijoituskonseptissa polttoaineniput suljetaan raudalla vahvistettujen kuparikapselien sisään. Kapselit asetetaan graniittiin porattuihin pystysuoriin reikiin luolastossa, joka on louhittu peruskallioon 400-450 metrin syvyyteen. Ympäröivä tila täytetään bentoniittisavella, joka paisuu imiessään itseensä vettä. Paisunut savi muodostaa tiiviin tulpan loppusijoituskapselin ympärille. Kun luolasto on täynnä, myös ajotunnelit suljetaan bentoniitilla ja muilla täyteaineilla.
Kuva 3: Käytetyn ydinpolttoaineen loppusijoituskapselin malli. Ulompi kuparikapseli muodostaa tiiviin korroosionkestävän suojan, ja sisempi valurautaydin vahvistaa kapselin kestämään mekaanista rasitusta. Lähde: Posiva Oy.
Kuva 4: Loppusijoituskapselit asetetaan peruskallioon porattuihin pystysuoriin reikiin. Ympäröivä tila tiivistetään bentoniittisavella. Lähde: Posiva Oy.
Kuva 5: Havainnekuva maanalaisesta loppusijoitusluolastosta Olkiluodon ydinvoimalaitosalueella. Loppusijoitustunnelit on louhittu 400-450 metrin syvyyteen. Lähde: Posiva Oy.
Geologisen loppusijoituksen turvallisuus nojaa vahvasti nk. moniesteperiaatteeseen, jolla tarkoitetaan sitä, että radionuklidien vapautumista ja leviämistä hidastetaan useammalla sisäkkäisellä esteellä. Yli 99% polttoaineen aktiivisuusinventaarista on uraanioksidista valmistettujen keraamisten polttoainetablettien sisällä. Radionuklidien vapautuminen edellyttää että luolastossa virtaava vesi pääsee ensin kosketuksiin polttoaineen kanssa, mikä on mahdollista vasta kun polttoainenippuja suojaava kuparikapseli puhkeaa. Kapselin korroosiota ja radioaktiivisten aineiden vapautumista hidastaa merkittävästi se, että täyteaineena käytettävä bentoniitti pysäyttää tehokkaasti veden virtauksen kapselin ympärillä. Turvallisuussuunnittelun lähtökohta on, että kapseloitu polttoaine pysyy eristettynä ympäristöstä vähintään 10,000 vuoden ajan, ja todennäköisesti huomattavasti pidempään.iv
Kun kuparikapselin tiiveys aikanaan pettää, radionuklidien vapautuminen peruskallioon on hidas, jopa vuosituhansia kestävä prosessi. Moniesteperiaatteen mukaan viimeisenä vapautumisesteenä toimii aktiivisuuden laimeneminen, kun polttoaineesta liuenneet radionuklidit kulkeutuvat hitaasti loppusijoitustilasta bentoniitin ja peruskallion halkeamien läpi vesistöihin, ja sitä kautta ravintoketjuun ja elävään luontoon.
Aktiivisuus on loppusijoitusanalyysien lähdetermi
Loppusijoituksen turvallisuussuunnittelussa tarkasteltavat aikajänteet ovat pitkiä, ulottuen aina seuraavan jääkauden jälkeiseen aikaan. Pitkien aikajänteiden ja niihin liittyvien epävarmuuksien vuoksi aihe herättääkin paljon huolta ja keskustelua. Suomi on myös loppusijoitusratkaisunsa toteutuksessa muita edellä, mikä tarkoittaa samalla sitä, ettei vastaavasta teknologiasta ole aikaisempaa kokemusta. Loppusijoituskeskusteluissa keskiöön nousee erityisesti kysymys siitä, kuinka pitkään ydinjäte on vaarallista luonnolle ja ihmiselle, ja voidaanko täydellinen eristys taata tällaisella aikaskaalalla?
Vaikka käytetyn ydinpolttoaineen korkea aktiivisuustaso on peräisin lyhytikäisistä radionuklideista, sen massa muodostuu pääosin uraanin isotoopista U238, jonka puoliintumisaika on 4.5 miljardia vuotta. Isotoopin elinikä on niin pitkä, että aktiivisuutta on jäljellä vielä siinä vaiheessa kun auringon sammuminen vie mukanaan edellytykset ylläpitää elämää maapallolla. Käytännössä ydinjäte ei siis lakkaa säteilemästä koskaan ihmislajin elinaikana. Vertailu absoluuttiseen nollatasoon ei kuitenkaan ole mielekäs, sillä uraani on osa maankuoren alkuainekoostumusta, ja kaikki eliöt altistuvat jatkuvasti luonnolliselle taustasäteilylle.
Nollatason sijaan vertailutasoksi valitaankin usein luonnossa esiintyvä uraani, eli jätteen voidaan tavallaan katsoa palanneen luonnontilaan siinä vaiheessa kun sen säteilyvaarallisuus vertautuu uraanimalmiin josta polttoaine on aikanaan valmistettu. Uraanimalmin radioaktiivisuus on pääasiassa peräisin isotoopin U238 hajoamistuotteista. Kun nämä hajoamistuotteet lasketaan mukaan, vertailutasoksi saadaan noin 1.5 MBq/g.v Tämä taso on piirretty katkoviivalla kuvaan 2. Esimerkkitapauksessa käytetyn polttoaineen aktiivisuus saavuttaa uraanimalmin ”luonnollisen” tason vasta satojen tuhansien vuosien aikaskaalassa.
Vaikka rinnastus uraanimalmiin antaa ydinjätteen vaarallisuudelle vertailutason joka perustuu luonnossa esiintyvään radioaktiivisuuteen, sen tulkintaan liittyy useita ongelmia. Loppusijoitetun polttoaineen kokonaisaktiivisuuteen voidaan laskea mukaan joko ainoastaan reaktorin käytön aikana syntyneet ”keinotekoiset” radioaktiiviset aineet, tai myös alkuperäisen olomuotonsa säilyttänyt uraani hajoamistuotteineen. Näiden hajoamistuotteiden joukossa on paljon sellaisia isotooppeja joita syntyy polttoaineeseen riippumatta siitä, onko uraani missään vaiheessa edes käynyt reaktorissa.
Luonnollisen aktiivisuustason asettaminen vastaamaan polttoaineen valmistuksessa käytettyä uraanimalmia on myös täysin mielivaltainen valinta. Peruskallio, johon loppusijoitustila on louhittu, sisältää itsessään paljon radioaktiivisia alkuaineita. Vertailu voitaisiin yhtä perustellusti tehdä graniitin ominaisaktiivisuuden, tai loppusijoitustilan yläpuolelle jäävän kiviaineksen kokonaisaktiivisuuden mukaan. Koska vertailutason valinta riippuu täysin tulkinnasta, myös aika, jonka kuluessa loppusijoitettu polttoaine palaa luonnontilaan, on lopulta varsin tulkinnanvarainen käsite. Eri yhteyksissä esitetyt arviot vaihtelevat tuhansista miljooniin vuosiin.
Pitkäaikaisturvallisuuden arviointi
Onko loppusijoituksen turvallisuus sitten täysin tulkinnanvarainen, tai jopa puhtaasti filosofinen kysymys? Vastaus on ei, sillä luonnollisen vertailutason määrittäminen on turvallisuuden kannalta sivuseikka. Käytetyn polttoaineen aktiivisuus on käytännössä pelkkä lähdetermi, joka ei vielä itsessään kerro mitään loppusijoitetun ydinjätteen aiheuttamasta säteilyhaitasta.
Lähdetermien vertailun sijaan varsinaisissa loppusijoituksen turvallisuusanalyyseissä arvioidaan säteilyannosta, jonka kallioperään haudattu polttoaine aiheuttaa loppusijoitustilan vaikutusalueella asuvalle väestölle. Syvälle kallioperään haudattu ydinjäte ei aiheuta suoraa säteilyvaaraa maan pinnalla, vaan loppusijoituksen riskit liittyvät siihen, että radioaktiivisia aineita kulkeutuu vesistöihin, ja sieltä juomaveden ja ravintoketjun kautta ihmiseen. Analyyseissä joudutaan huomioimaan radionuklidi-inventaarin lisäksi veden virtaus loppusijoitustilassa, bentoniitissa ja kallioperän halkeamissa, kuparikapselin ja polttoainesauvojen suojakuoriputkien korroosio, sekä radioaktiivisten alkuaineiden vapautuminen polttoaineesta veteen ja niiden kulkeutuminen loppusijoitustilasta pintavesistöihin.
Turvallisuuteen liittyvien epävarmuuksien minimoimiseksi analyysit perustuvat konservatiivisiin oletuksiin, jotka suurella todennäköisyydellä yliarvioivat todellista riskiä. Tällaisilla oletuksilla voidaan huomioida tuntemattomia tekijöitä, jotka liittyvät esimerkiksi radionuklidien liukoisuuteen ja veden virtausnopeuteen bentoniitissa. Odottamattomia tilanteita voidaan huomioida erilaisilla skenaariotarkasteluilla. Kuparikapseliin on tarkistuksista huolimatta voinut jäädä valmistusvirheitä, joiden vuoksi vesi pääsee kosketuksiin polttoaineen kanssa paljon suunniteltua aikaisemmin. Yksi suurimmista riskeistä liittyy siihen, että loppusijoitustilaan tunkeudutaan joko vahingossa tai tahallisesti ensimmäisten vuosisatojen aikana, kun jätteen aktiivisuustaso on vielä korkea. Tämän riskin minimoiminen on yksi syy siihen, miksi loppusijoitustila louhitaan syvälle peruskallioon.
Loppusijoituksen aikaskaala on niin pitkä, ettei kaikkia kulkeutumisilmiöitä ole mahdollista selvittää laboratoriokokeilla. Tutkimuksessa pyritäänkin hyödyntämään mahdollisimman paljon erilaisia luonnonanalogioita. Synteettisten materiaalien sijaan loppusijoitustilan täyteaineeksi valikoitui bentoniittisavi, jonka luonnollisia esiintymiä tutkimalla saadaan tietoa materiaalin käyttäytymisestä tuhansien vuosien aikaskaalassa. Pronssikaudelta peräisin olevat kupariesineet ja muut arkeologiset löydöt kertovat paljon kuparikapselien korroosio-ominaisuuksista erilaisissa ympäristöolosuhteissa. Pohjaveden virtausta maa- ja kallioperässä voidaan tutkia geologisin menetelmin, ja uraanin hajoamistuotteiden liikkeistä saadaan tietoa tarkastelemalla malmiesiintymiä.
Eksoottisimpiin analogioihin kuuluvat luonnossa toimineet ydinreaktorit. Afrikan Gabonissa sijaitsevan Oklon alueelle perustettiin uraanikaivos 1950-luvulla. Vuonna 1972 tehdyissä rutiinitutkimuksissa havaittiin, että tietyistä malmiesiintymistä peräisin olevat uraaninäytteet sisälsivät tavallista vähemmän fissiiliä isotooppia U235. Koska luonnonuraanin isotooppisuhteet ovat määräytyneet jo ennen aurinkokunnan syntymistä, ainoa selitys poikkeamalle oli, että U235-isotooppia oli aikojen kuluessa muuttunut toisiksi aineiksi ydinreaktioissa. Oklon alueelta löydettiin sittemmin yhteensä 16 malmiesiintymää, joissa ketjureaktio oli käynnistynyt prekambrisella kaudella noin kaksi miljardia vuotta sitten. Reaktorit olivat toimineet jaksoittaisesti jopa satojen tuhansien vuosien ajan, ja tuottaneet toimiessaan plutoniumia, sivuaktinideja ja fissiotuotteita. Radioaktiiviset isotoopit kulkeutuivat ympäröivään maa-ainekseen jättäen jälkeensä tunnistettavia hajoamistuotteita.vi
Loppusijoituksen turvallisuusvaatimukset
Loppusijoituksen riskeihin liittyvissä keskusteluissa nostetaan toistuvasti esiin erityisesti plutoniumin ja muiden erittäin pitkäikäisten aktinidien vaarallisuus. Varsinaisissa turvallisuusanalyyseissä plutonium ei kuitenkaan muodosta erityistä ongelmaa, sillä sen yhdisteet liukenevat erittäin huonosti veteen. Sama pätee myös muihin aktinidisarjan alkuaineisiin.
Fissiotuotteiden joukosta sen sijaan löytyy aineita, jotka kulkeutuvat helposti veden mukana. Polttoainenippuja suojaavan kuparikapselin pääasiallinen tarkoitus onkin pitää vesi erossa polttoaineesta siihen saakka, että nopeasti liukenevat korkea-aktiiviset fissiotuotteet ehtivät hajota. Satojen tuhansien vuosien aikaskaalassa merkittäviä helposti kulkeutuvia radionuklideja ovat myös tietyt uraanin hajoamistuotteet, jotka ympäristöön vapautuessaan lisäävät radonin ja muiden luonnon radioaktiivisten aineiden aiheuttamaa säteilyriskiä.
Minkälaisilla kriteereillä loppusijoituksen turvallisuutta sitten arvioidaan? Turvallisuusanalyysien perusteella on pystyttävä osoittamaan, että loppusijoitustilan läheisyydessä asuvalle väestölle ei riskit ja epävarmuudet huomioiden aiheudu millään aikavälillä merkittävää säteilyhaittaa. Säteilyturvakeskuksen YVL-ohjeissa eniten altistuville ihmisille aiheutuvan vuosiannoksen ylärajaksi on asetettu 0.1 millisievertiä. Eniten altistuvalla väestöllä tarkoitetaan tässä yhteydessä omavaraista perhe- tai pienkyläyhteisöä, joka saa käyttövetensä paikallisesta kaivosta tai pintavesistöstä. Turvallisuusvaatimuksiin on lisäksi kirjattu enimmäisarvoja yksittäisten radionuklidien päästöille.
Edelliselle raja-arvolle saadaan hyvä vertailukohta suomalaisten keskimääräisestä vuotuisesta säteilyannoksesta, joka on 3.2 mSv. Puolet tästä annoksesta aiheutuu huoneilman radonista. Luontaista vaihtelua on kuitenkin paljon, ja STUK:in tilastojen mukaan Suomessa asuu keskisuuren kaupungin verran ihmistä, joiden radonista aiheutuva vuosiannos ylittää 10 mSv tason. Pessimististen alkuoletusten vuoksi turvallisuusanalyysien varmuusmarginaalit ovat jo lähtökohtaisesti varsin leveät, mutta vaikka säteilyhaitta olisi arvioitu alakanttiin tekijällä 100, vaikutus jäisi silti tasolle, jolle monet suomalaiset altistuvat jokapäiväisessä elämässään.
Pitkän aikaskaalan vuoksi kaikkia loppusijoitukseen liittyviä epävarmuuksia on mahdoton välttää. Tuntemattomat tekijät osataan kuitenkin ennustaa ja huomioida paljon luotettavammin kuin esimerkiksi yhteiskunnan ja teknologian kehitys. Ratkaisun lopullisuutta perustellaankin usein sillä, että ne sukupolvet, jotka ovat saaneet hyödyn ydinenergian käytöstä, ovat velvollisia huolehtimaan myös sen tuottamista jätteistä. Vaikka teknologia todennäköisesti kehittyykin eteenpäin, on myös mahdollista että tulevilla sukupolvilla on nykyistä huonommat edellytykset huolehtia ydinjätteestä turvallisesti. Pahimmassa tapauksessa ihmiskunta taantuu tulevien vuosituhansien aikana esiteollista aikakautta vastaavalle tasolle, vailla minkäänlaisia käsitystä jätteen vaarallisuudesta.
Hankkeen eteneminen ja loppusijoituksen vaihtoehdot
Kun kotimaisesta loppusijoitusratkaisusta tehtiin virallinen päätös vuonna 1983, hankkeelle asetettiin aikataulu, jonka mukaan sijoituspaikka valittaisiin vuoteen 2000 mennessä, jolloin loppusijoitustoiminta voisi alkaa vuonna 2020. Hanke on tähän mennessä edennyt lähes alkuperäisen aikataulun mukaan. Loppusijoitussyvyyteen ulottuvan tutkimustilan, eli ONKALO:n louhinta alkoi Olkiluodossa vuonna 2004, ja hankkeen tarpeisiin rakennetut ajotunnelit on sittemmin otettu osaksi varsinaista loppusijoitusluolastoa.
Polttoainenippujen käsittelyyn ja kapselointiin tarkoitetulle maanpäälliselle loppusijoituslaitokselle myönnettiin rakentamislupa vuonna 2015. Loviisan ja Olkiluodon ydinvoimalaitosten käytetyn polttoaineen loppusijoituksen on määrä alkaa laitoksen valmistuttua 2020-luvulla, ja jatkua siihen saakka että nykyiset laitokset sekä käyttöönottovaiheessa oleva Olkiluoto-3 tulevat käyttöikänsä päähän. Käytännössä tämä tarkoittaa toiminnan jatkumista seuraavan vuosisadan puolelle. Jätteen kokonaismäärän arvioidaan nousevan noin 5500 uraanitonniin. Vierekkäin asetettuna polttoaineniput mahtuisivat hyvin puolen jalkapallokentän kokoiselle alueelle. Jos Posivan tiloihin ei enää tämän jälkeen loppusijoiteta uusien ydinvoimalaitosten jätteitä, maanpäällinen loppusijoituslaitos puretaan. Syvälle kallioperään haudattu ydinjäte ei enää tämän jälkeen edellytä vartiointia tai aktiivista tarkkailua.
Suoraan loppusijoitukseen perustuvalle polttoainekierrolle on olemassa myös vaihtoehtoja. Erityisesti ydinteknologian neljännen sukupolven sateenvarjotermin alla kulkevat reaktorikonseptit nojaavat vahvasti suljettuun polttoainekiertoon, jossa uraanipolttoaineeseen syntynyttä plutoniumia kierrätetään takaisin nopean neutronispektrin reaktoreiden polttoaineeksi. Nämä hyötöreaktoreinakin toimivat reaktorityypit kykenevät hävittämään tehokkaasti myös sellaisia aktinideja, joiden fissioituminen vaatii neutroneilta ylimääräistä liike-energiaa (esim. Pu240). Hyötöreaktorit voivat toimia myös toriumpolttoaineella, jolloin ydinjätteeseen syntyy jo lähtökohtaisesti vähemmän uraania raskaampia alkuaineita.
Kuten edellä todettiin, ydinjätteen loppusijoituksesta käytävässä keskustelussa tyydytään usein vertailemaan jätteen vaarallisuutta luonnossa esiintyvään radioaktiivisuuteen, ja kinastelemaan siitä, mihin turvallisena pidettävä vertailutaso pitäisi asettaa. Tällainen keskustelu johtaa helposti virheellisiin johtopäätöksiin, sillä pitkäaikaisturvallisuuden kannalta jätteen aktiivisuutaso on pelkkä lähdetermi, joka ei vielä sellaisenaan kuvaa loppusijoituksesta ympäristölle ja ihmisille aiheutuvaa säteilyhaittaa.
Myös edistyneistä polttoainekierroista käytävät keskustelut kiertävät usein aiheen vierestä. Aktinidien jatkuva kierrättäminen poistaa jätteeksi päätyvästä massavirrasta lähinnä sellaisia isotooppeja, jotka eivät muutenkaan kulkeutuisi helposti loppusijoitustilasta pintavesistöihin. Vaikka suljettu uraani- tai toriumpolttoainekierto on perusteltavissa esimerkiksi luonnonvarojen tehokkaammalla hyödyntämisellä, geologista loppusijoitusta teknologia ei päinvastaisista väitteistä huolimatta tee tarpeettomaksi. Posivan vuoden 2001 periaatepäätökseen on kuitenkin kirjattu vaatimus polttoaineen palautettavuudesta maan pinnalle, mikäli kehittyvä teknologia tekee esimerkiksi polttoaineen kierrättämisen tarkoituksenmukaiseksi.
i) Reaktorin käytön aikana noin prosentti uraanin U238-isotoopista muuttuu neutronikaappausreaktioissa plutoniumiksi. Käytetystä polttoaineesta erotetusta plutoniumista voidaan valmistaa nk. sekaoksidipolttoainetta eli MOX:ia (engl. ”Mixed-OXide”). Polttoaineen jälleenkäsittely on kemiallinen prosessi, johon ei kuulu isotooppien erotusta. MOX-polttoaine on ollut kaupallisessa käytössä 1980-luvulta lähtien, erityisesti Ranskassa, mutta myös Belgiassa, Saksassa, Sveitsissä, Japanissa ja Yhdysvalloissa. Uraanin alhaisen maailmanmarkkinahinnan vuoksi MOX-polttoaine ei kuitenkaan ole syrjäyttänyt perinteistä uraanipolttoainetta. Nykyisin vain noin 5% maailman reaktorikannasta käyttää polttoaineenaan MOX:ia.
ii) Voimayhtiöiden (Fortum, TVO ja Fennovoima) vuosimaksut määräytyvät käytössä olevien reaktoreiden tehon tai periaatepäätöksessä nimetyn kapasiteetin mukaan. Myös vuoteen 2015 saakka käytössä olleesta VTT:n FiR 1 -tutkimusreaktorista maksettiin aikanaan jätehuoltomaksua. Ydinjätteen loppusijoituksen lisäksi VYR-varoista rahoitetaan kansallista tutkimustoimintaa. Meneillään olevat VYR-rahoitteiset SAFIR2022- ja KYT2022- ohjelmat keskittyvät ydinvoimalaitosten turvallisuustutkimukseen ja käytetyn polttoaineen loppusijoitukseen.
iii) Posivan ydinjätehuoltovelvollisuus ei koske myöhemmin perustetun Fennovoiman käytettyä polttoainetta. Hanhikiven ydinvoimalaitokselle vuonna 2010 myönnetyn periaatepäätöksen ehdoksi asetettiin, että yhtiö laatii oman suunnitelmansa käytetyn polttoaineen loppusijoituksesta. Julkisessa keskustelussa on toisinaan nostettu esille huoli siitä, että Fennovoiman ydinjäte palautettaisiin venäläiselle laitostoimittajalle. Suomen ydinenergialaki kuitenkin kieltää hyvin yksiselitteisesti käytetyn polttoaineen toimittamisen ulkomaille.
iv) Posivan loppusijoitusratkaisusta löytyy hyvä yhteenveto raportista: Safety Case for the Disposal of Spent Nuclear Fuel at Olkiluoto – Synthesis 2012.
v) Hajoamistuotteet mukaan lukien luonnonuraanin ominaisaktiivisuus on n. 180 kBq/g. 4%:ksi väkevöidyn kevytvesireaktoripolttoaineen valmistukseen käytetään 8.3-kertainen määrä luonnonuraania, kun sivutuotteena syntyvän köyhdytetyn uraanin U235-pitoisuus on 0.25%. Väkevöityä uraanigrammaa vastaavaksi aktiivisuudeksi saadaan tällöin n. 1.5 MBq.
vi) Uraanin U235- ja U238-isotooppien puoliintumisajat ovat 700 miljoonaa ja 4.5 miljardia vuotta. Nykyisin fissiilin U235:n osuus on vain noin 0.7%, mutta Oklon reaktorien toiminnan aikaan luonnonuraani on vastannut väkevöinniltään tyypillistä kevytvesireaktoripolttoainetta. Ketjureaktio on käynnistynyt rikkaassa uraaniesiintymässä, kun malmin läpi sopivasti virtaava vesi on toiminut neutronimoderaattorina. Lämpötilan noustessa vesi on kiehunut pois, ja reaktori on sammuttanut itse itsensä. Ketjureaktio on käynnistynyt uudelleen maaperän jäähdyttyä niin paljon, että lisää vettä on päässyt virtaamaan uraaniesiintymän läpi.
Fissioreaktori 