VTT:n ydinenergian ja ydinjätehuollon tutkimus

VTT on investoinut tänä vuonna yli 5 miljoonaa euroa erilaisiin tutkimushankkeisiin ydinenergian ja ydinjätehuollon turvallisuuden parantamiseksi Suomessa.

VTT on riippumaton ja puolueeton tutkimus- ja teknologiaorganisaatio (RTO) ja tekninen tieteellinen ja tukiorganisaatio (TSO), joka palvelee kotimaista sääntelyviranomaista ja sähköyhtiöitä sekä ulkomaisia ​​asiakkaita huomioiden ristiriitojen välttäminen. kiinnostaa. Organisaatio on ollut vuosien ajan vahvasti mukana monipuolisissa analysointi-, kartoitus- ja vahvistustehtävissä, mukaan lukien Olkiluoto 3 EPR -projekti.

VTT on ollut mukana toimittamassa Posivan käyttöönotettavia teknisiä ratkaisuja Engineer Barrier Designista (bentoniittisavi, kuparikapselit ja betoni) loppusijoitusturvallisuuteen ja muihin kysymyksiin maailman ensimmäisessä käytetyn polttoaineen syvägeologisessa pysyvässä loppusijoitustilassa. Tutkimus on VTT:n ensisijainen tapa saavuttaa inhimillisen kapasiteetin kehittämistä sekä ylläpitää ja kehittää työkalujaan ja tilojaan.

Kansalliset ydintutkimusohjelmat

Uusi ydinturvallisuuden ja -jätehuollon tutkimusohjelma (SAFER2028) käynnistyy vuonna 2023. SAFER2028:n keskeisenä tavoitteena on varmistaa ydinturvallisuusosaamisen säilyminen ja kehittäminen Suomessa. TURVALLISUUS2028 rahoitetaan pääosin perimällä ydinenergialain mukaiset maksut (VYR-rahoitus) ydinenergia- ja jätehuoltoalalla toimivilta keskeisiltä toimiluvan saaneilta organisaatioilta. Suomen kansallisilla tutkimusohjelmilla on ollut keskeinen rooli VTT:n ydintutkimuksessa yli 30 vuoden ajan. VTT valittiin tarjouskilpailun perusteella TURVALLISUUS2028:n hallintoyksiköksi1. Uuden ohjelman 2023-2028 tutkimusehdotusten arviointi on käynnissä.

Nykyisessä SAFIR2022-ohjelmassakaksi ydinvoimalaitosturvallisuuden alalla VTT on suurin tutkimusorganisaatio. VTT on mukana 30 tutkimushankkeessa 35:stä. Yritys koordinoi 17 projektia yksin ja 13 projektia yhden tai useamman kumppanin kanssa. VTT sai vuonna 2022 tutkimuksen 5,7 miljoonan euron vuotuisesta VYR-rahoituksesta 50 % ja osallistui näihin tutkimushankkeisiin 1,1 miljoonalla eurolla omalla rahoituksellaan.

Kuva 1: VTT:n ydinturvallisuuskeskuksen kuumakammiot

VTT:n tutkimushankkeet kattavat SAFIR2022:n neljä tutkimusaluetta: kokonaisturvallisuus ja systeeminen lähestymistapa turvallisuuteen, reaktoriturvallisuus, rakenneturvallisuus ja materiaalit sekä tutkimusinfrastruktuurin kehittäminen. Kokonaisturvallisuus ja systeeminen lähestymistapa turvallisuuteen sisältää laajan joukon kattavia ydinturvallisuuden tutkimusaiheita sekä ydinvoimalaitokseen vaikuttavia aiheita. Reaktoriturvallisuustutkimus keskittyy kokeellisten ja laskennallisten analyysimenetelmien kehittämiseen, joilla varmistetaan, että ydinlaitos ja sen järjestelmät voivat toteuttaa niille asetetut turvallisuusvaatimukset. Rakenneturvallisuus- ja materiaalitutkimuksen tavoitteena on lisätä ydinvoimalaitosten pitkäjänteistä ja luotettavaa käyttöä tukevaa tietämystä erityisesti asioissa, jotka liittyvät esteiden eheyteen ja turvallisuustoimintojen luotettavuuteen vaikuttaviin materiaalikysymyksiin. Kotimainen infrastruktuuri ja kokeellinen tutkimus ovat elintärkeitä kansallisen osaamisen ylläpitämiselle ja kehittämiselle sekä kansainvälisen kokeellisen kyvyn hyödyntämiselle kansallisiin tarpeisiin.

VTT:lle olennainen osa on ollut uuden VTT:n ydinturvallisuuskeskuksen (CNS) rahoituksen tukeminen. Suunnitelmat aloitettiin vuonna 2009, ja vuonna 2017 valmistui uusi rakennus toimistosiiven ja tutkimustilojen rakentamiseksi. Tutkimustilat otettiin täysin käyttöön vuonna 2020. Kuvassa 1 näkyvät laboratorion siiven kuumakammiot. Laboratoriosiivessä on kellarikerros ja kaksi kerrosta laboratoriotilaa, yhteensä 2360mkaksi. Infrastruktuuri sisältää:

  • Kuumat solut radioaktiivisten rakennemateriaalien käsittelyyn ja varastointiin;
  • Näytteiden valmistus jyrsimällä, sähköleikkauksella ja elektronisuihkupurkaushitsauksella;
  • Suojatut laitteet kuumien materiaalien mekaaniseen testaukseen;
  • Metallografia näytteitä varten;
  • Mitoitus-, merkintä-, kovuus- ja kuvantamistyökalut;
  • Bentoniittisaven käsittely- ja testaustilat;
  • Aerosolien tuottaminen ja analyysit vakavien ydinonnettomuuksien simulaatioita varten;
  • Kemialliset analyysit jaksollisessa taulukossa osien per biljoona resoluutioita;
  • Analyyttinen elektronimikroskopia mikrorakenteeseen ja mikrokemiaan aina nanomittakaavaan asti; ja
  • Materiaalien gamma-, beeta- ja alfa-radioaktiivisuuden mittaukset.

Vuonna 2022 VTT:llä on KYT2022:ssa käynnissä 13 hanketta3 (Ydinjätehuollon tutkimusohjelma 2019-2022), jonka volyymi on 1,2 miljoonaa euroa (josta VYR-rahoitus on 900 000 euroa). VTT:n osuus VYR-rahoituksesta KYT2022:ssa on 43 %. Tutkimus koostuu sekä syvägeologiseen loppusijoitukseen (DGR) liittyvistä tutkimuksista että predispositiotutkimuksista. Kaksi suurinta koordinoitua projektia käsittelevät mikrobiologiaa ja vuorovaikutusta komponenttien rajapinnoilla DGR:ssä sekä kiven ja bentoniitin vuorovaikutusta loppusijoitustilan lähikentässä. Molemmissa hankkeissa käytetään runsaasti VYR:n osittain rahoittamaa ydinturvallisuuskeskuksen tutkimusinfrastruktuuria.

Kuva 2: Tunnelin päätytulppa käytetyn polttoaineen loppusijoitustilassa. Lähde: Posivan julkinen viitetietokanta

VTT:llä on myös meneillään tutkimushankkeita käytetyn polttoaineen ja käytöstäpoistojätteen karakterisoinnista sekä matala- ja keskiaktiivisten jätteiden huoltoon liittyvistä hankkeista, kuten pintasijoitustiloista Suomessa ja paineastiateräksen käyttäytymisestä loppusijoitusolosuhteissa. Kuparikapseli ja sen mekaaninen ja kemiallinen stabiilisuus ovat myös keskeinen aihe VTT:n KYT-tutkimuksessa. Uutena aiheena kahden viimeisen KYT2022-vuoden aikana VTT on käynnistänyt SAFIR2022-ohjelman kanssa tutkimusprojektin pienten modulaaristen reaktorien (SMR) sijoitus- ja jäteasioista Suomessa, joka vastaa tämän hetken suurta yhteiskunnallista kiinnostusta.

Euratom-tutkimusprojektit VTT:llä

VTT osallistuu aktiivisesti Euratom Research and Training -ohjelmiin, jotka ovat yhtiön suurin ulkopuolinen tutkimusrahoittaja. VTT:llä on vuosittain käynnissä noin 30 Euratom-pilarin tutkimushanketta, joista VTT koordinoi yleensä noin kolmannesta. Tärkeimmät tutkimusalueet ovat perinteisesti olleet GENII/III-ydinvoimalaitosten pitkäaikainen käyttö, ydinjätteen loppusijoitustutkimukset, fuusio ja reaktoriturvallisuus. Viime aikoina on nostettu esille vakavia onnettomuuksia, ydinvoimaloiden käytöstäpoistoa ja pieniä moduulireaktoreita.

VTT:llä on myös aktiivinen rooli tulevien eurooppalaisten yhteisrahoitteisten kumppanuuksien suunnittelussa ydinjätteen käsittelyn, ydinmateriaalien ja SMR:n aloilla. Varsinkin ydinjätehuollossa suomalainen lähestymistapa maanalaisiin loppusijoituspaikkoihin (jotka tulevat pian käyttöön ensimmäisenä maailmassa) on ollut merkittävä tienviitta eurooppalaisessa kehyksessä ja tuonut runsaasti näkyvyyttä suomalaiselle ydinvoimayhteisölle. Suomessa sitoutuminen on jo korkealla tasolla, ja Euratom-tutkimusta seuraavat tiiviisti suomalaiset voimalaitokset ja sääntelyviranomainen. Kuva 2 Posivan julkisesta viitetietokannasta4 on esimerkki asioista, joissa VTT on tiiviisti mukana VTT:n koordinoiman eurooppalaisen radioaktiivisen jätteen huoltoyhteisohjelman (EURAD) ja Predisposal Radioactive Waste Management -hankkeen (Predisposal Radioactive Waste Management) kautta.

EU:n rahoittaman hankesalkun rahallinen arvo on noin 20 miljoonaa euroa, mutta vaihtelee ohjelmien välillä. Tällä hetkellä tulevien kumppanuuksien ennakoidaan kasvattavan portfoliota huomattavasti.

Suomessa Euratom-yhteistyö tuo paljon lisäarvoa suomalaisille sidosryhmille. Eurooppalaisissa puitteissa tehtävä tutkimus mahdollistaa vaativamman tutkimuksen hyödyntäen VTT:n monipuolista ja laadukasta infrastruktuuria (esim. kuumalaboratoriomme ja muut VTT:n ydinturvallisuuskeskuksen laboratoriot). Lisäksi tutkimusvaihto eurooppalaisen yhteistyön puitteissa on ollut aktiivista ja tulee lisääntymään tulevaisuudessa.

Osallistuminen fuusiotutkimukseen

VTT osallistuu eurooppalaisen fuusiotiekartan toteuttamiseen, jonka tavoitteena on osoittaa fuusioenergian tieteellinen ja tekninen toteutettavuus ITER-reaktorissa ja sähkön nettotuotanto DEMO-reaktorissa. Siihen liittyvä T&K-toiminta sisältyy suurelta osin EUROfusion Consortiumin tutkimusohjelmaan5, jossa VTT on suomalainen edunsaaja. Viimeisten 15 vuoden aikana on myös tehty suoria sopimuksia ITERin tai Euroopan kansallisen ITER-viraston Fusion for Energy kanssa.

Kuva 3: LDR-50 kaukolämpöreaktorin tankkaustoiminnan 3D-visualisointi

EUROfusion-tehtävät on VTT:n mukana äskettäin ryhmitelty suureen yhteisinnovaatioprojektiin nimeltä ECO-Fusion. ECO-Fusion on Business Finlandin rahoittama, ja sen kumppaneina on VTT:n lisäksi Helsingin yliopisto ja neljä suomalaista yritystä (Comatec, EOS Finland, Luvata ja Platom). Tällainen viitekehys mahdollistaa VTT:n laadukkaan tutkimuksen ja kumppaneiden liiketoimintamahdollisuuksien edistämisen samanaikaisesti osallistumalla erilaisiin suuriin tiedehankkeisiin. Kokonaistavoitteena on helpottaa suomalaisyritysten pääsyä kansainvälisiin fuusiokilpailuihin ja tutkimushankkeisiin sekä rakentaa Suomeen maailmanluokan fuusioekosysteemi valitun tutkimustoiminnan kautta.

Asetettujen tavoitteiden saavuttaminen tarkoittaa, että ECO-Fusionin toimintojen kirjo on laaja, mukaan lukien:

  • Työkalut ja ratkaisut komponenttien ja rakenteiden etähuoltoon fuusiovoimaloissa;
  • Uusien materiaalien kehittäminen fuusioreaktoreita ja säteilytettyjen fuusiomateriaalien kuumakenno-analyysejä varten;
  • Kokeet olemassa olevilla eurooppalaisilla fuusiolaitteilla ja saatujen tulosten myöhemmät analyysit;
  • Uusien diagnostisten ratkaisujen kehittäminen fuusioreaktoreille;
  • Täyden mittakaavan voimalaitosmallinnus Aprosilla;
  • Fuusiovoimaloiden turvallisuus, mukaan lukien riskianalyysit, jätteiden tuotanto ja käytöstäpoisto; ja
  • Tukitutkimuksia fuusioekosysteemistä kiinnostuneiden yritysten hyväksi.

Erityisesti fysiikan ymmärrys kuuman fuusioplasman taustalla olevista prosesseista on lisääntynyt parin viime vuoden aikana, mikä on huipentunut onnistuneeseen kokeelliseen kampanjaan todellisella fuusiopolttoaineseoksella (D ja T) JET-laitteessa (Oxford, Iso-Britannia). ). ) loppuvuodesta 2021. Lisäksi VTT:n ja Fortumin kehittämä ja omistama suomalainen Apros-koodi on osoittanut tehokkuutensa DEMO-laitoksen ehdotettujen konfiguraatioiden transienttianalyyseissä ja auttanut todellisten vaihtoehtojen valinnassa.

ATV:n innovatiivinen SMR

VTT kehittää matalan lämpötilan kaukolämpö- ja suolanpoistoreaktoria LDR-50 SMR matalan lämpötilan lämpösovelluksiin. Suomessa ja kaikkialla Euroopassa se on tarkoitettu kaukolämpöön. Samaa tekniikkaa voitaisiin soveltaa muihin matalan lämpötilan sovelluksiin, kuten suolanpoistoon, vedyn tuotantoon ja CO:n suoraan talteenottoon.kaksi. LDR-50-projekti on siirtymässä konseptisuunnittelusta suunnitteluvaiheeseen. Teknologian odotetaan saapuvan kaupallisille markkinoille 2030-luvun alussa. Kuvio 3 esittää mallia.

LDR-50 perustuu modulaariseen tekniikkaan. Yksi reaktoriyksikkö tuottaa 50 MW lämpöä noin 120°C:ssa ilman turbiinikiertoa. Lämmityslaitos voi koostua yhdestä tai useammasta reaktoriyksiköstä. Konseptissa yhdistyvät konservatiivinen kevytvesireaktoriteknologia (LWR) innovatiivisiin passiivisiin turvaominaisuuksiin, mikä hyödyntää alhaista käyttölämpötilaa ja painetta. Modulaarisuuden, yksinkertaistetun suunnittelun ja vähemmän vaativien käyttöolosuhteiden odotetaan vähentävän rakentamisaikaa ja -kustannuksia. Laitoksen tulee täyttää Suomen lupavaatimukset ja olla yhteensopiva Suomen loppusijoituskonseptin kanssa.

viittauksia

  1. Ydinturvallisuuden ja -jätehuollon tutkimusohjelma – SAFER2028, Puitesuunnitelma 2023–2028, Elinkeino- ja työministeriön julkaisuja, Energia, 2022:43. https://safer2028.fi
  2. SAFIR2022 vuosisuunnitelma 2022, tutkimusraportti VTT-R-00216-22. http://safir2022.vtt.fi
  3. http://kyt2022.vtt.fi
  4. https://www.posiva.fi/en/index/media/material.html
  5. https://finnfusion.fi

Huomaa, että tämä artikkeli ilmestyy myös kahdestoista painoksessamme neljännesvuosittainen julkaisu.

tilaa uutiskirjeemme

VTT:n ydinenergian ja ydinjätehuollon tutkimus
Source#VTTn #ydinenergian #ydinjätehuollon #tutkimus

Leave a Comment