ATS

Vuonna 1966 perustetun Suomen Atomiteknillisen Seuran (ATS) tarkoituksena on edistää ydintekniikan alan tuntemusta ja kehitystä Suomessa, toimia yhdyssiteenä jäsentensä kesken kokemusten vaihtamiseksi ja ammattitaidon syventämiseksi sekä vaihtaa tietoja ja kokemuk- sia kansainvälisellä tasolla. ATS on Tieteellisten seurain valtuuskunnan jäsenseura.

ATS Ydintekniikka on ATS:n julkaisema, neljästi vuodessa ilmestyvä aikakautinen julkaisu. ATS:n tavoitteena on, että ATS Ydintekniikka on johtava teknistieteellinen ammattijulkaisu Suomessa.

ATS ei vastaa julkaistuissa artikkeleissa ja kirjoituksissa olevista tiedoista ja näkökannoista. Toimitus pidättää itsellään oikeuden lyhentää, tiivistää ja muokata julkaistavaksi tarkoitettuja artikkeleja ja kirjoituksia.

2 ATS Ydintekniikka 4 | 2020 Vol. 49

Vaikeastikin ymmärrettävää tietoa täytyy tuoda julki

ÄTEILYYN TAI YDINENERGIAAN liitty-

vien riskien ja hyötyjen kommunikoin- nissa pelikenttä on hämmästyttävän kapea: toisella sivurajalla vaanii vähättely ja toisella sivurajalla pelottelu. Pelikenttää ei voi edes kutsua kultaiseksi keskitieksi vaan ehkä lähinnä trapetsiksi. Tämän ovat varmasti huomanneet kaikki, jotka näistä asioista ovat yrittäneet kommunikoida lähimpiä kollegoita

kauemmas.

ATS on xxxxxxxxxx Xxxxx Xxxxx -palkinnon vuonna 2016 ydintekniikan alan merkittäväs- tä tiedonjulkistustyöstä. Palkinnon säännöt löytyvät ATS:n verkkosivuilta. Tämä palkinto täydentää hyvin Xxxxx Xxxxxxx -palkintoa, joka on myönnetty ATS Ydintekniikan parhaasta ar- tikkelista vuosittain jo 20 vuoden ajan. Vanha palkinto palkitsee tiedonjakajia seuran sisäi- sestä sivistystyöstä ja uudempi palkinto ulos-

päin suuntautuvasta tiedotuksesta. Molemmat kuuluvat ATS:n toimenkuvaan.

ATS julkisti syysseminaarissa vuoden 2020 Xxxxx Xxxxx -palkinnon saajan. Palkinto myönnettiin tietokirjailija Xxxxx Xxxxxxxxxx, joka on kunnostautunut julkisessa energiakeskus- telussa jo kymmenkunta vuotta. Hän on pi- tänyt ”Kaiken huippu”-blogia (kaikenhuippu. com) vuodesta 2010 ja kirjoittanut mm. kirjat ”Uhkapeli ilmastolla” (2015, englanninkielinen käännös ”Climate Gamble”) ja ”Xxxxx xxxxxxx

– ydinvoima ja ilmastonmuutos” (2016) yhdessä Xxxxx X. Xxxxxxxx kanssa. Xxxxxxxx on myös ollut perustamassa Suomen Ekomodernistit

-yhdistystä ja toimii nykyään Think Atom -aja- tushautomon aivoina. Onnittelut Xxxxxxxx – pal- kinto tuli oikeaan osoitteeseen!

Tiedonjulkistamisen tarve ydintekniikan alalla ei ole lainkaan uutta eikä urakka ole mis-

sään tapauksessa tullut valmiiksi. Vanhemmat ATS:n jäsenet kuten minä varmaan muistavat edesmenneen Loviisan säteilysuojelupäällikön Xxxxx Xxxxxxxxxxx tiedotuksen, jota hän teki helposti luettavien mutta asiapitoisten pakinoi- den muodossa. Pakinakokoelmat ”Villakoiran ydin” (1986) ja ”Ydin ja omenankuori” (1996) sisältävät tekstejä, jotka ovat suorastaan ma- sentavan ajankohtaisia yhä edelleen 20–40 vuotta myöhemmin. Jos näitä kirjoja tai Xxxxx Xxxxxxxx teoksia löytyy divarista tai nettikau- pasta, niin ehdottomasti suosittelen niiden hankkimista ja lukemista. Niistä saa mallia trapetsilla tasapainotteluun.

Jarmo Ala-Heikkilä

Vastaava päätoimittaja

SISÄLTÖ

Vakiopalstat

Päätoimittajalta:

Vaikeastikin ymmärrettävää tietoa

täytyy tuoda julki 3

Pääkirjoitus:

Menetetyt vuosikymmenet 4

Editorial: Lost decades 5

Pakina: Ydinsähköä – ei enää kiitos 34

Tapahtumat

Pientä ja isoa jätehuoltoa 6

Metallien lisäävä valmistus tuo hyötyjä myös ydinenergiateollisuuteen 8

Virtuaalimatka RRFM 2020

-konferenssiin 11

Ajankohtaista

Robotiikan hyödyntäminen

ydinvoimalassa 14

Ydinvoima-ala tarvitsee Systems Engineeringiä 16

Suomi ydinsulun ja rauhanomaisen ydinenergian käytön edelläkävijänä 19

Tiede ja tekniikka

Gammaemissiotomografia paljastaa ydinpolttoaineen sisällön 22

Xxxxxx Xxxxxxxx, Xxxxx Xxxxx

Kraken – kotimaisen

reaktorimallinnuksen tulevaisuus? 26

Ville Valtavirta

Väitös:

Ydinvoimalaitosten rakennemateriaalien korroosiotestaus ja mallintaminen ylikriittisessä vedessä 31

Xxxx Xxxxxxxx

ATS Ydintekniikka 4| 2020 Vol. 49 3

PÄÄKIRJOITUS

AJANKOHTAISTA

Menetetyt vuosikymmenet

TS:N VUOSIKOKOUS HYVÄKSYI

ATS-Seniorien perustamisen maalis- kuussa 2010, ja Seniorien toiminta käynnistyi vilkkaana heti samana keväänä. Yhdeksänkymmentäjäseniseksi kasvaneen toimintaryhmän kymmenvuotisjuhlat olisi pi- tänyt viettää tänä vuonna asiaan kuuluvan ta- pahtuman merkeissä. Koronapandemia hyy- dytti kuitenkin toimintamme, joten juhliminen

saa odottaa parempia aikoja.

Niitä odotellessa voi tarkastella kulunut- ta aikaa yleisemmästä perspektiivistä ja pi- temmällä aikavälillä. Seniorina minun on to- dettava, että ydinvoiman kannalta kulunut vuosikymmen samoin kuin sitä edeltävätkin vuosikymmenet merkitsevät menetettyjä mah- dollisuuksia. Näin rankkaa väitettä on syytä perustella.

1990-luvulle asti ydinvoimaa rakennettiin ympäri maailman, mutta sitten tilanne muut- tui radikaalisti. Aloitetaan Suomesta. Eduskunta päätti syyskuussa 1993 hylätä Perusvoiman hakemuksen uuden ydinvoimalaitosyksikön rakentamiseksi Suomeen. Ennustin silloin ATS Ydintekniikkaan kirjoittamassani kommentissa: ”Tosiasioita ei kuunneltu. Maamme sähköstä tuotetaan ydinvoimalla lähes 30 %, ja ydinvoi- ma on merkittävin yksittäinen sähkön hankin- talähde. Uuteen ydinvoimalaitoshankkeeseen palataan taas muutaman vuoden kuluttua.”

Vuonna 1993 meille oli tarjolla turvalli- sia ja toiminnassa koeteltuja ydinvoimala- konsepteja. Jos poliitikot eivät olisi tyrmän- neet Perusvoiman hanketta vastoin yleistä etua, Fin5-ydinvoimalaitos olisi ollut toimin- nassa jo vuosikymmeniä. Ydinvoiman viran- omaisvaatimukset olivat tiukat, ja käyttöko- kemukset osoittavat niiden olleen riittäviä. Hyväksymiskriteerit on sittemmin kansainvä- lisesti mitoitettu sellaisiksi, että uusien laitos- ten suunnittelu ja rakentaminen on länsimais- sa tullut käytännössä lähes mahdottomaksi. Kaikesta huolimatta uusi laitoshanke käyn- nistettiin maassamme alle kymmenessä vuo- dessa. Valitettavasti uuden laitoksen käyttöön otossa on menetetty taas vuosikymmen.

Kansainvälisesti ilmastonmuutos on tun- nistettu ja tunnustettu ihmiskunnan ykkös- vaaraksi ja päästöttömän sähkön tuotanto elintärkeäksi. Mutta mitä tehdään maailmal- la: suljetaan hyvin toimivia ja turvallisia ydin- voimaloita ja estetään uusien rakentaminen erilaisin syin. Toiminnassa olevien reaktorien lukumäärä saavutti reilun 400 yksikön mää- rän 1980-luvun lopussa eikä ole sen jälkeen noussut.

Ydinvoiman osuus maailman sähköntuo- tannosta oli enimmillään vajaa 20 % 1990-lu- vulla, minkä jälkeen se on ollut jatkuvassa las- kussa eikä enää ole kuin 10 %. Hiilivoimalla sen sijaan menee hyvin: sen osuus sähkön- tuotannosta on pysynyt lähes 40 %:n tasolla. Kaikki tämä tapahtuu samaan aikaan, kun sähkön tarve kasvaa köyhien maiden elinta- son noustessa ja sähköistyksen lisääntyessä rikkaissa maissa.

Paljon puhutaan pienistä reaktoreista ja sii- tä, kuinka ne ratkaisevat lukkiintuneen tilan- teen. Tältä osin joudun toteamaan, että kovin paljon uutta ei ole auringon alla. Lähes kaik- kia esitettyjä konsepteja on harkittu jo vuosi- kymmeniä sitten. Ei niitä silloin toteutettu. Nyt tarve on totisempi, ja varmaan pienreaktoreita nousee joihinkin maihin. Sähkön suureen ja lisääntyvään tarpeeseen ne auttavat vain ko- vin vähän.

Lopuksi kuuluu mainita ydinjäte. Ydinjät- teen loppusijoituksesta on väännetty kättä vuosikymmeniä ilman konkreettisia tuloksia muutamaa maata lukuun ottamatta. Asiaa kauan seuranneena on pakko tulla siihen nä- kemykseen, että päätöksiä ei yksinkertaisesti haluta tehdä. Ei haluta ottaa huomioon, että maailma ei ole täydellinen eikä täydellistä var- muutta koskaan tulla saamaan. Jos mikä niin kulunut vuosi tapahtumineen osoittaa tämän yksiselitteisesti.

TkL Xxxx Xxxxxxxx

ATS-Seniorien kokoonkutsuja xxxx.xxxxxxxx@xxxxxxxx.xx

4 ATS Ydintekniikka 4 | 2020 Vol. 49

Lost decades

HE ANNUAL MEETING of the Finnish Nuclear Society ATS approved the es- tablishment of ATS Seniors in March

2010, and the Seniors started their activities lively right away that same spring. The tenth anniversary of our activity group, which has grown to ninety members, should have been celebrated this year by means of a relevant event. However, the corona pandemic froze our activities, so we have to wait for better times to celebrate.

While waiting for them, one can look at the elapsed time from a more general perspective and in the longer term. As a senior, I have to say that the past decade, as well as the dec- ades that preceded it, represents a missed opportunity for nuclear power. Such a drastic argument has to be substantiated.

Until the 1990s, nuclear power was built around the world, but then the situation changed radically. Let's start in Finland. In September 1993, Parliament decided to re- ject Perusvoima's application for the con- struction of a new nuclear power plant unit in Finland. I predicted then in a comment I wrote to ATS Ydintekniikka: “The facts were not listened to. Almost 30% of our country's electricity is generated by nuclear power, and nuclear power is the single largest source of electricity procurement. We will return to a new nuclear power plant project again in a few years.”

In 1993, we were offered nuclear power plant concepts that were safe and had good operating experiences. Had politicians not knocked out the Perusvoima project contra- ry to public interest, the Fin5 nuclear power plant would have been in operation for dec- ades. The regulatory requirements for nucle- ar power were strict, and operational experi- ences demonstrate that they were adequate. The approval criteria have since been inter- nationally prescribed in such a way that the design and construction of new plants has become virtually impossible in the western world. Despite all this, a new plant project was launched in our country in less than ten years.

Unfortunately, another decade has been lost in implementing the new plant.

Internationally, climate change has been identified and recognized as the number one threat to humankind and the production of zero-emission electricity vital. But what is be- ing done in the world: well-functioning and safe nuclear power plants are being closed and the construction of new ones is being prevented for various reasons. The number of reactors in operation reached just over 400 units in the late 1980s and has not ris- en since then.

Nuclear power accounted almost 20% of world electricity production in the 1990s, after which it has been steadily declining to no more than 10%. Coal power, on the other hand, is doing well: its share of electricity production has remained at almost 40%. All of this is happening at a time when the need for electricity is increas- ing as living standards rise in poor countries and electrification increases in rich countries.

There is a lot of talk about small reactors and how they solve the deadlock situation. In this regard, I have to say that there is not much new under the sun. Almost all of the concepts presented have been considered for decades. They were not implemented at that time. Now the need is more serious, and prob- ably small reactors will rise in some countries. As to the great and increasing need for elec- tricity, their contribution is minimal.

Finally, nuclear waste must be mentioned. The final disposal of nuclear waste has been disputed for decades without any concrete re- sults with the exception of a few countries. I have followed this for a long time and am forced to come to the conclusion that de- cisions are simply not wanted to be made. There is no will to take into account that the world is not perfect and complete certainty will never be attained. If any so past year with its events demonstrates this unequivocally.

Xxx.Xx. (Tech.) Xxxx Xxxxxxxx Convenor of ATS Seniors xxxx.xxxxxxxx@xxxxxxxx.xx

ATS Ydintekniikka 4| 2020 Vol. 49 5

Kuva: VTT

AJANKOHTAISTA

Pientä ja isoa jätehuoltoa

Pandemian hetkeksi rauhoituttua Suomessa ATS ehti järjestää yhden jäsentilaisuuden, jossa tarjottiin mahdollisuutta osallistua myös pai- kan päällä. Tällä kertaa aiheina olivat työ- ja elinkeinoministeriön YETI- työryhmä ja Otaniemen koereaktorin käytöstäpoisto.

DI Xxxxx Xxxxxxx ATS:n johtokunnan sihteeri Säteilyturvallisuusinsinööri

Fennovoima Oy xxxxx.xxxxxxx@xxxxxxxxxx.xx

Teksti: Xxxxx Xxxxxxx

UOSI 2020 ei ole mahdollistanut kovin aktiivista yhdistystoimintaa Cov-sars- 2-viruksen levitessä ympäri maailmaa.

Vuosikokouksen jälkeen ensimmäinen jäsen- tilaisuus päästiin järjestämään 22.9.2020 TVO:n tiloissa ja virtuaalisesti Zoom-alustalla. Paikan päällä tilaisuuteen osallistui 10 ja vir- tuaalisesti 17 henkeä.

YETItyöryhmä

Työ- ja elinkeinoministeriön erityisasiantun- tija Xxxxx Xxxxxxx piti esityksen kansalli-

sesta ydinjätehuollon yhteistyöryhmästä, eli YETI-ryhmästä. Työryhmä sai alkunsa, kun TEM:iin tuli kyselyitä liittyen pienten toimijoi- den ongelmiin radioaktiivisen jätteen kanssa. Ydinvoimalaitoksilla jätehuolto on hyvin hoi- dossa, mutta sairaaloilla ja muilla toimijoilla, jotka tuottavat pieniä määriä radioaktiivista jä- tettä, on haasteita saada hoidettua jätehuoltoa loppuun asti.

YETI-työryhmään pyydettiin osanottajat nel- jästä ministeriöstä, STUKista, voimayhtiöistä, VTT:ltä, Posivalta ja yliopistoista. Puolentoista vuoden projektissa keskusteltiin tiiviisti ja koi-

6 ATS Ydintekniikka 4 | 2020 Vol. 49

tettiin hahmottaa miten eri lakien piirissä ja niiden välillä siirtymistä voitaisiin helpottaa jä- tehuollon sujuvoittamiseksi.

Erityisen haasteelliseksi havaittiin säteily- lain alaisten pienempien toimijoiden radioak- tiivisten jätteiden loppusijoittaminen, sillä pie- nillä toimijoilla ei ole mahdollisuutta ylläpitää omaa loppusijoitusratkaisua. Kaikki toimijat tunnistivat haasteelliseksi valvonnasta vapau- tetun jätteen, sillä perinteiset jätehuoltoyhtiöt eivät halua ottaa sitä vastaan, koska pelkäävät jätteen muodostuvan ongelmaksi radioaktiivi- suuden takia.

Työryhmän lopputuloksena saatiin 15 suo- situsta viranomaisten toiminnan muuttamisek- si ja 7 ehdotusta luvanhaltijoille tai kansallisen toiminnan tukemiseksi. Esimerkiksi ehdotet- tiin muutoksia nykyisten loppusijoitusta hoi- tavien toimijoiden lupaehtoihin, niin että ne voisivat hoitaa myös muiden toimijoiden pien- jätteiden käsittelyn ja loppusijoittamisen.

Valvonnasta vapautetun jätteen saamiseksi perinteisten jätehuoltoyhtiöiden tehtäväksi mi- nisteriöt ja STUK laativat yhdessä oppaan, ja ympäristöministeriö yhdessä STUKin kanssa pyrkii kouluttamaan jätehuoltotoimijoita asiasta. Suositukset ja ehdotukset eivät ole osallis- tujia sitovia päätöksiä, mutta näillä on osallis- tujien vahva tuki ja ne ovat yhteisen edun mu- kaisia. Määräajat näiden toteuttamiselle ovat pääasiassa vuosina 2020–2023 ja niiden to- teutumista seuraamaan perustettiin seuran- taryhmä, joka kokoontuu 1–3 kertaa vuodes- sa. YETI-ryhmän loppuraportti on luettavissa

TEM:in nettisivuilla.

Katsaus TRIGAn lopun alkuun

Tilaisuuden toinen esitys oli Xxxxxx Xxxxxxx pitä- mä tilannekatsaus Otaniemen tutkimusreakto- rin eli FiR 1:n (TRIGAn) käytöstäpoistoon. Xxxxxx on ollut jo viisi vuotta projektipäällikkönä eli käytännössä koko käytöstäpoistoprojektin ajan.

Tutkimusreaktori käynnistyi presidentti Xxxxxxxx käsissä 1.9.1962 ja viimeinen toimintapäivä oli 30.6.2015, eli vuosia ehti kertyä vajaa 53. Alasajon jäl-

keen on tehty yksityiskohtaisem- paa purkusuunnittelua, ja varsi- nainen käytöstäpoistolupahakemus jätettiin TEM:iin vuonna 2017. Lau-

suntokierroksen ja hakemuksen täyden- tämisen jälkeen STUK antoi lausunnon ja tur- vallisuusarvion keväällä 2019. Tämän hetken tavoite on, että purkaminen tapahtuisi vuonna 2022 ja 2023 voitaisiin siirtyä jo valvonnasta vapauttamiseen.

Varsinaista käytöstäpoistolupaa ei kuiten- kaan ole vielä myönnetty, mutta Airilan arvion mukaan luvan myöntämisen edellytykset on

melkein saavutettu tällä hetkellä. Isoin viime- aikainen saavutus on Fortumin kanssa tehty palvelusopimus, joka sisältää yksityiskohtai- semman purkusuunnittelun, itse purkutyön sekä purkujätteen ja polttoaineen välivaras- toinnin, mikäli polttoainetta ei saada palautet- tua Yhdysvaltoihin ennen kuin se pitää saada pois reaktorista.

Kun tutkimuslaitos purkaa tutkimusreakto- ria, purkusuunnitteluun on luonnollisesti kuu- lunut paljon tutkimusta. Esimerkkeinä Airila nosti esiin reaktorisydäntä ympäröivien raken- teiden aktivoitumisen mallintamisen. Tässä työssä on saanut kaivaa historiallisiakin do- kumentteja, koska TRIGAn konfiguraatiota on muutettu vuosien saatossa: alkuvuosina sydä- mestä johdettiin suihkuputkia pitkin neutro- neja tutkimuskohteisiin, mutta nämä putket ovat olleet tulpattuina jo pitkään. 1990-luvulla reaktorin kylkeen rakennettiin BNCT-hoitotila. Reaktoria ympäröivästä betonista kairattujen näytteiden mittausten perusteella aktivoitu- mismallinnus on ollut tarkkaa.

TRIGAn käytetty polttoaine kuuluu Yhdys- valtojen energiaministeriön palautusohjel- maan, mutta tämä pitää sisällään isoja epä- varmuuksia, vaikka ydinenergialakiin onkin kirjattu poikkeus, joka mahdollistaa tutki- musreaktorin polttoaineen maastaviennin. Käytöstäpoistolupaa varten VTT on tehnyt pe- riaatesopimuksen Xxxxxxx kanssa loppusijoi- tuksesta, mikäli palautus ei lopulta onnistu.

Esityksen lopuksi Xxxxxx lupasi kattavamman artikkelin ATS Ydintekniikkaan, kuitenkin vas- ta sitten kun käytöstäpoistolupa on myönnetty. Jäämme mielenkiinnolla seuraamaan tilannetta ja odottamaan luvattua artikkelia.

ATS Ydintekniikka 4| 2020 Vol. 49 7

AJANKOHTAISTA

Metallien lisäävä valmistus tuo hyötyjä myös ydinenergiateollisuuteen

Teknologisen kehityksen ja lisääntyneen tuottavuuden ansiosta materiaalia lisäävän valmistukseen (Additive Manufacturing, AM) eli 3D-tulostuksen kustannukset ovat laskeneet ja useat teollisuudenalat ovat tutkimassa ja ottamassa käyttöön lisäävää valmistusta tuotannossaan. Ydinenergia-alalla kiinnostuksen taustalla on kak- si selkeää kannustinta: kyky valmistaa hyvin monimutkaisia geometrioita ja toisaalta mahdollisuus valmistaa varaosia nopeasti ilman pitkiä toimitusaikoja. Ydinvoimalaitoksen käyttöikä on pitkä, ja vanhentuneiden vara- osien saatavuudesta ja pitkistä valmistusajoista on tulossa yhä suurempi haaste. Äärimmäisissä tapauksissa tämä aiheuttaa pitkittyneitä ja kalliita seisokkeja ydinvoimaloille. Siksi lisäävä valmistus tarjoaa houkuttelevan vaihtoehdon varaosien valmistukselle.

Teksti: Xxxx Xxxxxx, Teknologian tutkimuskeskus VTT Oy

LMEISTEN ETUJEN OHELLA on myös usei- ta avoimia kysymyksiä ja haasteita, jotka on ratkaistava, jotta lisäävän valmistuk-

sen kaikki mahdollisuudet voidaan hyödyn- tää. Aiheeseen liittyvän tiedon ja tietoisuuden lisäämiseksi Energiforsk järjesti 23.9.2020 ai- heesta webinaarin ”Metallien lisäävän valmis- tuksen ydinenergiasovellukset”.

Seminaarin kohderyhmänä olivat ydinener- giasektorin kunnossapidon, materiaalitutki- muksen ja laitoskehityksen parissa työsken- televät henkilöt sekä lisäävän valmistuksen

Xxxx Xxxxxx

Tiimipäällikkö, kehittyneet valmistusteknologiat

Teknologian tutkimuskeskus VTT Oy xxxx.xxxxxx@xxx.xx

asiantuntijat, jotka haluavat lisätä osaamis- taan ydinenergiateollisuuden sovelluksista ja tarpeista. Webinaari järjestettiin yhteistyössä Teknologian tutkimuskeskus VTT Oy:n kanssa.

Lisäävä valmistus tuotannossa

Keskeisiä teemoja webinaarissa olivat tuo- tannolliset sovellukset, laadun hallinta ja kelpuutus sekä muut toimenpiteet turvallisen käyttöönoton varmistamiseksi. Webinaarin en- simmäisen varsinaisen esityksen piti vanhem- pi asiantuntija Xxxxxxx Xxxxxxx Siemens Ener- gystä Ruotsista. Siemensillä on pitkä historia sekä energia-alalla että lisäävän valmistuksen hyödyntämisessä. Metallien lisäävä valmistus on aloitettu vuonna 2009, ja tällä hetkellä käy- tössä on yli 40 konetta. Tärkeimmät kannus- timet lisäävän valmistuksen hyödyntämiseen ovat olleet lyhyempi markkinoille tuloaika ja läpimenoaika, vähemmän resursseja kulutta- va tuotantoprosessi, kasvihuonekaasupäästö- jen vähentämisestä johtuvat ympäristöedut ja osien suunnittelun joustavuus.

AM-valmistettu kaasuturbiinipoltin on eräs tunnetuimpia esimerkkejä laserpohjaisella jau- hepetisulatuksella (Laser-based Powder Bed Fusion, L-PBF) valmistetusta komponentista, ja se on ollut kaupallisessa tuotannossa vuo- desta 2018. Merkittäviä etuja ovat erillisten

osien yhdistäminen 13 osasta ja 18 hitsistä yhteen integroituun osaan sekä merkittävästi lyhentynyt läpimenoaika.

Toinen ydinenergiateollisuuden esimerkki on 3D-tulostettu palovesipumpun juoksupyö- rä, joka on käytössä Krskon ydinvoimalassa Sloveniassa. Vanhentunut osa, jonka alkupe- räistä toimittajaa ei ollut olemassa, rakennet- tiin käänteisesti ja AM-hyväksytettiin. Tärkein kannustin tässä tapauksessa oli merkittävä läpimenoajan lyheneminen. Näiden kahden esimerkin lisäksi Xxxxxxx esitteli myös muita mielenkiintoisia esimerkkejä.

Siemensin visio on kehittää tuotantoa kohti itsenäistä AM:ia lisäämällä älykkyyttä ja ko- neoppimisen työkaluja. Pajazit korosti myös, että lisäävä valmistus on paljon muutakin kuin vain 3D-tulostusta: tulee hallita myös mate- riaalitieto, AM-suunnittelu, laadunvarmistus, jälkikäsittely sekä työterveys- ja turvallisuus- näkökohdat.

Ydinvoimayhtiön näkökulmaa antoi Xxxx Xxxxxxx Teollisuuden Voimasta. Kiinnostuksen kohteena olevat tekniikat ovat laserpohjainen jauhepetisulatus (L-PBF) ja suorakerrostus eli DED-tekniikat (Directed Energy Deposition). Jälkimmäinen on erityisen mielenkiintoinen teknologia vanhojen tai kuluneiden kom- ponenttien korjaamiseen. TVO:lla on käyn- nissä useita hankkeita, mukaan lukien pro

8 ATS Ydintekniikka 4 | 2020 Vol. 49

gradu -tutkielma ja olemassa olevien koodi- tapausten eli ”code casejen”, kuten EPRIn ja Westinghousen Code Case (nro 20-254), seuranta. TVO:n tavoitteena on myös valmis- taa venttiilirunko ruostumattomasta teräkses- tä ja asentaa se voimalaitoksen ei-kriittiseen kohteeseen.

Heidän kohtaamansa yleiset haasteet liitty- vät standardointiin, laatuodotuksiin sekä val- vontaan ja jälkikäsittelyyn. Ydinenergiaspe- sifiset haasteet liittyvät muun muassa säteilyn materiaalivaikutuksiin ja jännityskorroosiohal- keiluun. Ylipäätään ymmärrys vaaditusta laa- tutasosta suhteessa suorituskykyvaatimuksen täyttämiseen on keskeinen kysymys.

Laadun hallinta ja kelpuutus keskeisessä roolissa

Xxxxx Xxxxxxx, laboratorion päällikkö ENGIE Laborelecistä kertoi prosessista, jonka lop- putuloksena ENGIE-jauhelaboratorioilla on Lloyd’s Register -sertifikaatti. Pohjimmiltaan sertifikaattiin sisältyy ruostumattoman teräk- sen 316L-jauheiden sertifiointi, SLM500-lait- teen validointi sekä tuotetun ruostumattoman teräksen sertifiointi mekaanisen suorituskyvyn osalta.

Jauheraaka-aineiden hyväksymiskriteerien ja laatuindikaattorien muotoilemiseksi on tar- vittu paljon kehitystoimintaa. Tärkeintä on var- mistaa prosessin vakaus, laatu ja toistettavuus pitkällä aikavälillä suurissa tuotantosarjoissa. Huomioon otettavia tekijöitä ovat muun muas- sa jauhe-erä, jauheen varastointi ja kierrätys sekä komponenttien sijoittelu rakennusalus- talle eli nestaus. Näiden tekijöiden vaikutus selitettiin havainnollistavilla esimerkeillä.

Hyvin monimutkaisten geometrioiden ja yksilöllisten komponenttien valmistaminen tuo mukanaan erityisiä haasteita laadunvar- mistukselle. VTT:n erikoistutkija Xxxxxxxxx Xxxxxxxx kertoi, että tavanomaisia rikkomat- toman testauksen (Non-Destructive Testing, NDT) menetelmiä ei sellaisenaan voida so- veltaa hyvin monimutkaisiin geometrioihin, ja toisaalta rikkovan testauksen hyödyllisyys vähenee komponenttien pätevöinnissä ja yk- sittäisten osien laadun valvonnassa.

Käytönaikainen prosessimonitorointi on lupaava, mutta ei vielä yksin riittävän kypsä tekniikka laadunvalvontaan. Siksi tällä hetkellä paras lähestymistapa on näiden kolmen tek- niikan yhdistelmä, eli rikkovan ja rikkomatto- man testauksen sekä prosessin käytönaikai- sen monitoroinnin käyttö rinnakkain.

käyttöönottoa. Standardointiorganisaatiot ke- hittävät kuitenkin aktiivisesti uusia standarde- ja puutteiden korjaamiseksi. Sovelluskohtaisia standardeja kehitetään pääasiassa lääketie- teen ja ilmailu- ja avaruusteollisuuden aloille, eikä ydinenergiateollisuudelle ole vielä ole- massa erityisiä standardeja.

Turvallisuus edellä

Säteilyturvakeskuksen toimistopäällikkö Xxxxx Xxxxxxxxxx aloitti esityksensä selittämällä Suomen ydinenergia-alan ja turvallisuusvaa- timusten yleiset puitteet, jotka voidaan jakaa pakollisiin vaatimuksiin ja ohjeisiin. YVL-ohjeet käsittelevät melko yksityiskohtaisia teknisiä vaa- timuksia, hyväksyttäviä käytäntöjä ja ohjeita.

Lisäävän valmistuksen osalta viranomaisen tavoitteena on: 1) valvoa AM-teknologioiden luotettavuutta ja osien laatua, 2) seurata AM- koodien ja standardien kehitystä, 3) seurata AM:n tutkimusta ja kansainvälistä kehitystä ja 4) mahdollistaa edellisten puitteissa AM:n hyödyntäminen ydinvoimalaitoksissa. Hän esitteli myös vertailun perinteisten standardi- en ja AM-standardien välillä ja toi esiin joi- tain asioita, jotka tulisi ottaa huomioon AM- standardeissa, kuten suunnittelumarginaalit, laadunvarmistus ja testausmenetelmät.

Yhdysvaltalaisen näkökulman samaan teemaan toi Xxxxxxxx Xxxxxxx, materiaali-in- sinööri US Nuclear Regulatory Commissionista NRC:stä. Useat Yhdysvaltojen sidosryhmät

työskentelevät aktiivisesti kehittyneiden val- mistustekniikoiden käytön lisäämiseksi ydin- energiasovelluksissa, mukaan lukien laitos- toimittajat, Nuclear Energy Institute (NEI), Electric Power Research Institute (EPRI) ja Yhdysvaltain energiaministeriö.

Keskeisiä toimintoja ovat standardointi- aukkojen korjaaminen ja kooditapausten kehittäminen. Esimerkiksi ASMEn erityistyö- ryhmä kehittää ohjeistusta AM:lle otsikol- la ”Paineenkestävien metallikomponenttien kriteerit lisäävää valmistusta käyttäen”. 316L L-PBF -tietopaketti ja Code Case ovat myös kehitteillä.

NRC:n toiminnan tavoitteena on varmis- taa edistyneiden valmistustekniikoiden käyt- tö Yhdysvaltojen ydinvoimalaitosten toimin- nassa. Osana viestintä- ja osaamisenhallintaa järjestettiin julkinen työpaja 7.–10. joulukuuta 2020.

Edellä mainittujen esitysten lisäksi webi- naarissa käsiteltiin muun muassa suunnitte- lun roolia ja työkaluja lisäävän valmistuksen kentällä, uusia materiaaliratkaisuja sekä jälki- käsittelyjen merkitystä. Osa esityksistä myös nauhoitettiin, ja nämä nauhoitteet, esitys- ten kalvot sekä raportti webinaarista löytyvät Energiforskin kotisivuilta osoitteesta https:// xxxxxxxxxxx.xx/xxxxxxxxxxx/xxxxxxxxxx/xx- tal-additive-manufacturing-in-nuclear-appli- cations.

Katso kaavio seuraavalla sivulla. >

Xxxxxxxxx antoi myös yleiskuvan AM-stan- dardointitoiminnoista. AM-standardoinnissa on monia aukkoja, jotka rajoittavat tekniikoiden

Siemensin jauhepetisulatustekniikalla (L-PBF) valmistama kaasuturbiinipoltin koostuu vain yhdes- tä osasta eikä hitsausliitoksia tarvita. Siirryttäessä lisäävän valmistuksen käyttöön komponentin lä- pimenoaika lyheni merkittävästi (kuva: Siemens Energy).

ATS Ydintekniikka 4| 2020 Vol. 49 9

AM-standardoinnissa on monia aukkoja, jotka rajoittavat AM-teknologioiden käyttöönottoa, eikä ydinenergiateollisuudelle spesifisiä AM-standardeja vielä ole. Puutteet standardoinnissa tunnistettiin yhdeksi keskeiseksi kysymykseksi, joka hidas- taa AM:n käyttöä ydinenergia-alalla (kuva: VTT Oy).

Virtuaalimatka RRFM 2020

-konferenssiin

Keväästä syksyyn ja samalla 100 %:sesti verkkoon siirretty RRFM 2020

-konferenssi pidettiin lokakuussa. Seurattavana oli esityksiä, puheita, haastatteluja ja paneelikeskustelu. Aiheet kattoivat tutkimusreaktoreiden ja niiden polttoaineen elinkaaren suunnittelusta ja käytöstä aina käytös- täpoistoon. Kuulimme tutkimusreaktoreiden nykyisistä käyttötavoista ja uusista tutkimusreaktorihankkeistakin.

FiR 1 -reaktorin purku on ajoitettu vuosille

2022–2023.

Teksti: Xxxxx Xxxxxxxx Xxxxx: VTT

XxX Xxxxx Xxxxxxxx

Johtava tutkija Teknologian tutkimuskeskus VTT Oy

xxxxx.xxxxxxxx@xxx.xx

RFM-KONFERENSSI PIDETTIIN tänä

vuonna virtuaalisesti. Kaikkiaan osallis- tujia oli 260 henkilöä 32 maasta. Kiin-

nostus oli siis suhteellisen mittavaa ja lopun paneelikeskusteluakin jaksoi seurata liki 60 tun- nollista osallistujaa. Laajaa osanottoa osaltaan selittänee kiinnostavan aiheen lisäksi myös osal- listumisen helppous ilman pitkällisiä matkoja.

Positiivistakin on siis löydettävissä nykyi- sestä matkustusrajoitusten ja etätyön ajasta, mutta ilman muuta laitosvierailujenkin lisäksi jotain jäi puuttumaan. Konferenssihan oli alun perin tarkoitus pitää Helsingissä, joten nyt vir- tuaalivierailtamme jäi kokematta tutustuminen Otaniemen FiR 1 -reaktorille ja muihin atomi- tekniikan kannalta kiinnostaviin tiloihin.

Konferenssin ohjelma

Hyvityksenä nyt peruuntuneesta konkreettisesta konferenssista saimme tiedon, että ensi syksyn konferenssin paikkana on edelleen Helsinki. Merkatkaa kalentereihinne 26.–30.9.2021!

Konferenssin ohjelma kattoi lähes kaiken mahdollisen reaktoreiden elinkaaressa. Esi-

tyksiä oli uusista reaktorihankkeista, käytön ajan käytännöistä muun muassa turvajärjes- telyistä, pohdintaa käytön jatkamisesta ja käy- töstäpoistosta. Ohjelmaan kuului myös kaksi posterisessiota, joissa myös suuret laite- ja järjestelmävalmistajat esittivät järjestelmiään ja laitteitaan.

Polttoaineen elinkaari

Tutkimusreaktorin polttoaineen elinkaari oli aihe, joka varmasti kiinnosti suomalaista ylei- söä. VTT edistää tällä hetkellä käytetyn poltto- aineen huoltoa kahdella rintamalla. Edelleen ensisijainen tavoite on polttoaineen palaut- taminen alkuperämaahansa Yhdysvaltoihin, mitä ajatellen tekniset valmistelut on tehty mahdollisimman valmiiksi.

Tämän rinnalla on aloitettu Fortumin kans- sa välivarastoinnin valmistelu Loviisan voima- laitoksella, jotta reaktorin purkamisen aika-

ATS Ydintekniikka 4| 2020 Vol. 49 11

TAPAHTUMAT

AJANKOHTAISTA

VTT:n Xxxxx Xxxx mittaamassa annosnopeuksia tutkimusreaktorin polttoaine-elementin lyhennetystä instrumentaatioputkesta Idaho National Laboratoryn teknikoiden seuratessa operaatiota.

taulu on voitu lyödä lukkoon. Mahdollinen loppusijoitus Suomessa ei ole vielä polttavan ajankohtainen kysymys, sillä Yhdysvallat on jatkanut tutkimusreaktorien polttoaineen vas- taanotto-ohjelmaa vuoteen 2029 asti.

Tutkimusreaktoreiden käyttö

Tutkimusreaktoreiden hyödyntäminen tällä hetkellä on monille operattoreille päivänpolt- tava kysymys. Maailmalla tutkimusreaktorei- den käyttö lääketieteessä sekä tieteen ja tut- kimuksen apuna jatkuu. Esitettyjen vuoden takaisten lukemien mukaan käytössä on 224 tutkimusreaktoria, 13 reaktoria on tilapäisesti sammutettu ja 13 reaktoria on pitkäaikaises- sa sammutustilassa. FiR 1 kuuluu viimeiseen kategoriaan.

Maailmanlaajuisesti on suunnittelun eri vai- heissa kaikkiaan noin 40 uutta tutkimusreak- toria. IAEA:n esityksen mukaan on kuitenkin useiden reaktoreiden hyötykäyttö tällä hetkellä vähäistä, ja operaattoreiden on valittava jatko- käytön tai lopullisen sulkemisen välillä lähitu- levaisuudessa.

Reaktoreiden käytön jatkamiseen liittyviä esityksiä oli myös reaktoreiden käytöstä ja

eliniän hallinnasta. Suunnitelmia ja konsep- teja uusien reaktorien rakentamiseksi esiteltiin neljässä esityksessä.

Käytöstäpoisto

Käytöstäpoisto yhtenä pääaiheena kiinnosti varmasti suomalaista yleisöä ajankohtaisuu- tensa takia. Aiheesta oli kahdeksan esitystä, jotka käsittelivät käytöstäpoiston eri osa-aluei- ta, muun muassa purkamistekniikoita, riski- en hallintaa, jätehuoltoa sekä polttoaineen jälleenkäsittelyä.

Tässä sessiossa oli mukana esitys FiR 1:n käytöstäpoiston lupamenettelyistä. Esityksessä tuotiin esiin myös mittavaa taustatyötä, jota lu- vituksen eteen on tehty. Käytöstäpoistojätteen aktiivisuuden arvioiminen laskennallisin ja tätä tukevan näytteenoton ja mittausten menette- lyin on ollut välttämätöntä pohjatyötä käytös- täpoistoluvan saamiseksi.

Turvallisuus ja turvajärjestelyt

Käytöstäpoisto-osuuden kanssa rinnakkai- sia esityksiä oli tutkimusreaktoreiden turval- lisuudesta ja turvajärjestelyistä. Aiheet eivät

suoranaisesti koskettaneet turvajärjestelyjä, mutta esimerkiksi valmiustoimintaa sivuavaa laskentaa esiteltiin jonkin verran. Vanhaa le- viämislaskijaa sykähdyttivät erityisesti Wienin keskustaan lasketut leviämissikarit.

Innovatiiviset menetelmät

Konferenssin tieteellisin osuus käsitteli reak- torifysiikan ja termohydrauliikan innovatiivisia menetelmiä. Aiheesta oli neljä esitystä, jotka pitkälti koskivat analyysikoodien validointia ja benchmarkkausta.

Vierailu, joka siis ei toteutunut, Reaktorilaboratorioon

Fyysisen läsnäolon ohella jäivät RRFM 2020:ssa kokematta suunnitellut laitoskäynnit. Näihin olisi kuulunut myös vierailu Otakaari 3:een VTT:n FiR 1 -reaktorille. Asiasta kiin- nostuneille olisi esitelty myös samassa kiin- teistössä aikoinaan toimineita hot cell -tiloja.

Reaktorihallissa voi edelleen kurkistaa re- aktorisydämeen ja todeta Xxxxxxxxx-säteilyn sinisen hohteen hiipuneen. Reaktorin valvomo on edelleen toiminnassa ja siellä seurataan ve-

12 ATS Ydintekniikka 4 | 2020 Vol. 49

Radioaktiivisten materiaalien tutkimuslaborato- riossa haastavimpia kohteita ovat reaktorimate- riaalien työstämisessä käytetyt tilat, joissa suu- rien annosnopeuksien takia ennen purkamista vaadittu siivoustyö on tehtävä kauko-ohjatusti vanhoilla ”reumaattisilla manipulaattoreilla”.

Oikealla alhaalla: VTT:n maanalaisissa tiloissa sijaitsee aiemmin radioaktiivisten materiaalien tutkintaan käytetty, nyt jo säteilyvalvonnasta vapautettu tutkimushalli.

den laatua ja puhdistuspiirien toimintaa. Myös BNCT-asema on edelleen paikoillaan, joskin suuri osa irtaimistosta on jo purettu.

Materiaalitutkimustilojen käytöstä poistami- nen etenee toiminnalle myönnetyn säteilylain alaisen turvallisuusluvan mahdollistamana, ku- ten on laajemmin kerrottu ATS Ydintekniikan numerossa 2/2020. Suurin osa käyttökelpoisis- ta tutkimuslaitteista on siirretty uusiin moder- neihin tiloihin toisaalle Otaniemeen.

Purkutyö keskittyy nyt vuosikymmenien ai- kaisessa tutkimustoiminnassa kertyneiden ak- tiivisten näytteiden ja jätteiden pakkaamiseen. Työ etenee tällä hetkellä hyvin, ja parhaassa ta- pauksessa vuoden päästä esiteltävänä on enää tyhjiä, puhtauttaan kiiltäviä tiloja ja hyvässä jär- jestyksessä varastoituja jätetynnyreitä.

Ensi vuonna uusi yritys, RRFM 2021

Paras konferenssiuutinen VTT:n ja Suomen kannalta oli se, että ensi syksynä konferenssi aiotaan jälleen järjestää Helsingissä, tarkalleen 26.-30.9.2021. Otaniemen tilojen lisäksi on jo alustavasti suunniteltu vierailua Loviisaan, missä päästäisiin tutustumaan tiloihin, joihin FiR 1:n purkujätettä aiotaan loppusijoittaa.

ATS Ydintekniikka 4| 2020 Vol. 49 13

Robotiikan hyödyntä- minen ydinvoimalassa

Robotiikasta voidaan saada teollisuusympäristössä monenlaisia hyötyjä. Yksi tärkeimmistä hyödyistä koskee työtehtävien suorittamista ihmisille hankalissa ja vaarallisissa paikoissa. Yksi tällainen tehtävä on Loviisan ydinvoimalaitoksen höyrystimien neljän vuoden välein tehtävä tarkastus ja puhdistus, joka on ihmisvoimin toteutettuna vähintään epämiellyttävä operaatio ja aiheuttaa myös merkittäviä säteilyannoksia työtä suorittavil- le henkilöille.

Teksti: Xxxxx Xxxxxxxx, Xxxxxx Xxxxxxx Xxxxx: Xxxxxx Xxxxxxx

työntekijöille. Loviisan höyrystin on siis erin- omainen kohde robotisaation hyödyntämi- seen. Robotin avulla saadaan vähennettyä merkittävästi ihmisten tarvetta mennä höyrys- timen sisälle. Samalla työturvallisuus paranee ja säteilyannokset vähenevät.

Projektin taustaselvitykset

Jo ennen tätä projektia Loviisassa on selvitelty mahdollisia vaihtoehtoja höyrystimen puhdis- tuksen ja tarkastuksen suorittamiseksi robo- tilla tai muulla laitteella. Esille tulleet vaihtoeh- dot ovat kuitenkin olleet sellaisia, että ne ovat tukeutuneet höyrystimen tuubeihin, joihin ei haluta koskea, jotta ne eivät vaurioidu.

Aiemmista selvityksistä huolimatta robotin kehittely aloitettiin kartoittamalla vielä kerran olemassa olevia robotteja ja muita vastaavan- laisten höyrystimien puhdistukseen ja tarkas- tukseen käytettyjä ratkaisuja. Selvityksessä ei löytynyt uusia reunaehdot täyttäviä ratkaisuja, joten projektissa päätettiin yhdessä Loviisan voimalaitoksen kanssa aloittaa oman robotin kehittäminen.

Työ tehtiin yhteistyössä Jyväskylän ammat- tikorkeakoulun (JAMK) kanssa. Suunnittelu, kehitystyö ja tehdastestit tehtiin Jyväskylässä ja fortumlaiset toimivat projektin vetäjänä sekä

OVIISAN YDINVOIMALAITOKSELLA läm-

pö siirretään primääripiiristä sekun- dääripiiriin vaakahöyrystimien avulla. Höyrystimien suunnitellun mukainen toiminta on edellytys sille, että voimalaitos tuottaa ha- lutun määrän energiaa. Höyrystimet toimivat myös rajapintana primääripiirin radioaktiivisen veden ja sekundääripuolen säteilemättömän veden välillä. On siis tärkeää, että höyrystimien putket ja muut rakenteet pysyvät puhtaina ja ehjinä käytön aikana, jotta lämpö siirtyy halu- tusti, höyrystin toimii suunnitellusti ja säteilevä

vesi ei pääse vääriin paikkoihin.

DI Xxxxx Xxxxxxxx Development Manager Fortum xxxxx.xxxxxxxx@xxxxxx.xxx

Höyrystimet avataan neljän vuoden välein puhdistusta ja rakenteiden tarkastusta varten. Höyrystimien pohjalle kerääntyy ajan myötä magnetiittia syöttöveden mukana tulevan rau- dan vuoksi. Mahdollisimman suuri osuus ke- rääntyneestä magnetiitista imuroidaan ihmisvoi- min pois höyrystimestä höyrystimen avaamisen yhteydessä. Samalla tehdään erilaisia visuaalisia tarkastuksia höyrystimen sisärakenteista.

Höyrystimen sisäosat ovat ihmiselle vähin- tään epämukava työympäristö ja myös työtur- vallisuusriski. Lisäksi höyrystimessä työskente- ly tuottaa suhteellisen suuria säteilyannoksia

DI Xxxxxx Xxxxxxx

Lehtori

Jyväskylän ammattikorkeakoulu Oy xxxxxx.xxxxxxx@xxxx.xx

höyrystimen puhdistus- ja tarkastusprosessin asiantuntijoina. Projekti rahoitettiin Fortumin ydinvoimapuolen Future Nuclear Technology T&K-ohjelmasta. Suunnittelutyö aloitettiin 2019 ja laitetta päästiin testaamaan Loviisa 1:n vuosihuollossa syyskuussa 2020.

Suunnittelutyö ja tehdastestit

Monien ideoiden ja ajatusten kautta päädyttiin kehittelemään lauttaa, joka kuljettaisi muka- naan tarvittavia valoja, kameroita, sähkökaa- peleita ja hydrauliikkaletkuja sekä imurin let- kua. Imurin letku päätettiin kuljettaa lautalle kelluvan suojaputken avulla. Imurin letkuun yhdistettiin myös endoskooppi höyrystimen pohjan tutkimista varten.

Lautan ohjaus hoidettiin vesisuihkuilla, joiden tarvitsema paine tuotettiin tehokkaalla kompressorilla. Lautan päälle sijoitettiin ohjat- tava kamera ja alaspäin kuvaaminen hoidettiin endoskoopin avulla.

Etukäteen haasteita aiheuttavaksi tekijäk- si uskottiin höyrystimen sisäosien hankala ra- kenne. Puolivälissä höyrystintä on poikittainen syöttövesiputki, joka katkaisee lautan vapaan kulkureitin.

Jyväskylän uimahallissa tehdyissä testeissä havaittiin kuitenkin muitakin kriittisiä ongelmia. Heti aluksi huomattiin, että alkuperäinen laut- ta ui liian syvällä. Tämä ratkaistiin ohentamalla

14 ATS Ydintekniikka 4 | 2020 Vol. 49

Loviisan voimalaitoksessa on molemmilla yksi- köillä 6 vaakahöyrystintä, joiden tehtävä on siir- tää reaktorin tuottama energia sekundääripiiriin.

alumiinisten ponttonien materiaalipaksuuksia ja vaihtamalla lautan kannen materiaali kevyem- mäksi eli hiilikuiduksi. Myös lautan ohjaamiseen tarvittava paine vaati hieman testailua ja lopulta päädyttiin hyvin tehokkaaseen kompressoriin, jonka huono puoli oli suuri koko ja paino.

Ehkä suurin haaste oli kuitenkin imurin letkun liikkuminen kelluvassa suojaputkessa. Letkun ja suojaputken väliin syntyvä kitka ai- heutti suuria vaikeuksia. Lopulta löytyi sellai-

nen suojaputki, jonka sisällä imurinletku liik- kui ongelmitta.

Testit höyrystimellä

Lopulta kaikki toimi uimahalliympäristössä hyvin ja lauttaa päästiin testaamaan Loviisan voimalai- toksen vuosihuollon yhteydessä höyrystimellä. Testauksen alkuvaihe hieman viivästyi monista- kin syistä, mutta lopulta pääsimme höyrystimelle asentamaan laitteita käyttökuntoon.

Höyrystintila itsessään asetti ensimmäiset haasteet. Laitteiden, letkujen ja kaapeleiden siirtely ja pujottelu ahtaassa tilassa vaatii kek- seliäisyyttä, kuntoa ja hyviä hermoja. Kaikki saatiin kuitenkin lopulta paikalleen ja testit käyntiin.

Etukäteishuoli siitä, että lautta ei pääse syöttövesiputken ohi höyrystimen perälle, osoittautui oikeaksi. Ongelma on varmasti rat- kaistavissa tavalla tai toisella, mutta eräs yk- sinkertainen vaihtoehto on myös se, että lautta vain käydään nostamassa syöttövesiputken yli höyrystimen takaosaan.

Lautan ohjausjärjestelmä toimi erinomai- sesti. Lautta saatiin ohjattua haluttuihin paik- koihin eikä se ollut edes kovin vaikeaa. Muu-

taman minuutin harjoittelulla lautta kulkee haluttuun paikkaan.

Höyrystimien yläosien kuvaaminen onnistui erinomaisesti. Ehkä valoja olisi tarvittu hieman enemmän, mutta valoja on helppo lisätä joko lautalle tai höyrystimen vaipan sisäpinnalle. Endoskoopin valoteho sen sijaan pitäisi olla selkeästi parempi.

Endoskooppi ja imurinletku saatiin lasket- tua onnistuneesti haluttuihin paikkoihin, mut- ta valon määrä olisi saanut olla höyrystimen tuubien keskellä suurempi. Imurointia ei vielä päästy testaamaan.

Yhteenveto

Kokonaisuutena lautan testaus onnistui erin- omaisesti. Monia kehityskohteita kuitenkin tuli ilmi testeissä ja imuroinnin testaaminen- kin on vielä edessä, joten työtä riittää ennen kuin lautta on käyttövalmis.

Nämä ensimmäiset testit höyrystimessä onnistuivat kuitenkin odotettuakin paremmin, joten jatkokehittelyyn voidaan lähteä positiivi- sin mielin. Toivottavasti tulevina vuosina voim- me vähentää merkittävästi ihmisten tarvetta työskennellä höyrystimien sisällä!

Loviisan höyrystimen tarkastus- ja puhdistus-

robotti tehdastesteissä Jyväskylän uimahallissa.

ATS Ydintekniikka 4| 2020 Vol. 49 15

Ydinvoima-ala tarvitsee Systems Engineeringiä

Ydinvoima-alan yleinen tehottomuus on tabu, josta ei juuri puhuta. Vielä 2020-luvun atomiyhteisössäkin on verinen synti kyseenalaistaa 1970-luvun oppien soveltuvuus tähän päivään. Kuitenkin tehokkaiden toimintatapojen oppiminen on ydinvoimateollisuuden selviämisen kohtalonkysymys. Yksi ratkaisun avaimista on systems engineering.

Teksti: Xxxx Xxxxxxx

Xxxx Xxxxxxx DI, kerettiläinen CEO, Partner IntoWorks Oy

xxxx.xxxxxxx@xxxxxxxxx.xx

ATSUMA-KAPINA on eräs Japanin histo- rian virstanpylväistä. Meiji-restauraation myötä valtaan noussut keisari moder-

nisoi maataan ja vei Japanin teolliseen aika- kauteen. Myös asevoimat uudistettiin. Sota- voimien painopiste siirtyi tuliaseiden käyttöön ja jalkaväen massakoulutukseen. Samalla so- dankäynnin taito muuttui. Vuosikausien kou- lutuksen vaativa miekankäytön taide vaihtui liipaisinsormen koukistamiseen.

Entinen eliitti menetti asemansa, kuten myös aiemmin etuoikeutettu ja arvostettu sa- murailuokka. Tyytymättöminä kohtaloonsa sit- keimmät muutosta edeltäneestä valtaeliitistä julistivat itsensä perinteisten arvojen puolus- tajiksi ja nousivat kapinaan oman asemansa ja vanhan yhteiskuntamallin palauttamiseksi. Kapinan loppu on romantisoitu elokuva- maailmassa miekkamiesten toivottomaksi taisteluksi konekiväärejä vastaan. Elokuva ”The Last Samurai” kuvasi tarinaa hollywood- maisittain, mutta ehdottomasti paras tulkinta on ruotsalaisen räminärockyhtyeen sanoitus, joka on kuin tarkka kuvaus globaalista ydin-

voimateollisuuden tilanteesta:

It’s the nature of time

That the old ways must give in It’s the nature of time

That the new ways comes in sin When the new meets the old

It always end the ancient ways

(Sabaton: Shiroyama)

Historiallisen totuuden nimissä täytynee todeta, että myös Xxxxx Xxxxxxxxx johtamilla traditionalisteilla oli käytössään jonkin verran kivääreitä ja kevyttä tykistöä, ei pelkkiä tako- rautamiekkoja. Isossa mittakaavassa kyse oli kuitenkin sukupolvikokemuksesta: oliko kan- sakunnalla aika astua askel modernimpaan maailmaan vai tarrautuako kiinni perinteisiin. Tekniikan kehityksessä sukupolvikoke- mukset ovat toimialasta riippumatta yllättä- vän samanlaisia. Tyypillisesti ensimmäinen sukupolvi on kokeilua, käsityöläistaidetta ja mestari-kisällikulttuuria. Toinen sukupolvi on kasvottomien massojen ohjaamista, ja kol- mannesta eteenpäin lähdetään optimoimaan tiimien ja erikoisosaamisen hyödyntämistä. Ison mittakaavan kuvio toiminnan kehittymi- sessä on pitkälti samankaltainen, oli kyseessä sodankäynti, autojen valmistaminen tai ydin-

voimalaitosten suunnittelu.

Systems engineering syntyi toisen maailmansodan jälkeen

”Systems engineering” – olkoon suomeksi vaikka ”systeemityö” virallisemman suomen- noksen puutteessa – on suunnittelunäkö- kulma, joka syntyi kasvavien projektien ja monimutkaisuuden hallintaan. Käytännössä systems engineering on työkalupakki suunnit- telunhallinnan menetelmiä, joiden käyttöä oh- jaa systeemiajatteluun pohjautuva, ongelmien

16 ATS Ydintekniikka 4 | 2020 Vol. 49

ennakoivaa hallintaa painottava poikkitekni- nen suunnitteluparadigma.

Harhaluulojen vastaisesti systems enginee- ring ei syntynyt ohjelmistoteollisuuden tarpei- siin, vaan pelastamaan amerikkalaisen pans- sarirautaan painottuneen sotateollisuuden toiminta. Varaosahallinnan ja siihen liittyvän konfiguraationhallinnan tarve oli tullut esille jo toisen maailmansodan aikana. Hajonneesta panssarivaunusta ei saanut taistelukelpoista, mikäli korjaamiseen hankitut varaosat olivat pari tuotesukupolvea vanhempaan runkore- visioon.

Mitä monimutkaisemmaksi asejärjestelmät kävivät, sitä selkeämmäksi kävi ymmärrys, että suunnittelussakaan kyse ei ole pelkästään suunnittelusta ja suunnittelun katselmoinnista. Ydinkysymys on analyysien ja mallintamisen li- säksi tekemisen tavasta, eri organisaatioihin jy- vitetyn suunnittelun tehokkaasta johtamisesta. Käytännön elementeiksi yleistyivät myöhemmin työn vaiheistaminen (elinkaari), ja vaiheiden ja vaiheita toteuttavien organisaatioiden oikean (vaatimusmäärittelyt ja välituotteiden verifioin- ti ja validointi) ja yhdenmukaisen (konfiguraa- tionhallinta) kommunikaation varmistaminen päätöksentekomenettelyineen.

Mitä systems engineeringin käyttäminen käytännössä siis tarkoittaa? On olennaista huomata, että kyse ei ole laadun maksimoin- nista, vaan riittäväksi määritellyn laadun saa- vuttamisesta halutussa aikataulussa rajatuilla resursseilla. Keinona tähän on ylimääräisen hallinnollisen työn karsiminen vähentämällä ennakoivasti organisaatioyksiköiden välistä ad hoc -toimintaa.

Työvaiheen syötettä ei oteta käyttöön, jos se ei ole valmis käyttöön otettavaksi. Laadun- varmistus ja kokonaisuuden synkronisoin- ti suoritetaan etupainotteisesti, jolloin yllä- tyksiltä ja hintavilta muutoksilta vältytään. Pullonkaulojen ollessa selkeästi tunnistetta-

vissa myös rationaalinen priorisointi on mah- dollista ja aikataulut ovat ennakoitavissa.

Luonnollisesti ad hoc -sekoilun vähentä- minen tarkoittaa tarkempaa toiminnan suun- nittelua. Systems engineering -pohjaisessa ajattelussa työn suunnittelulla ja kirjatuilla suunnitelmilla on suuri rooli.

On selvää, että oikein toteutettuna sys- tems engineering vähentää keskitason suun- nittelujohdon vapaata päätösvaltaa. Tämä on nimenomainen tarkoituskin, koska laajoissa suunnitteluprojekteissa juuri ylimääräinen ca- se-by-case-päätöksenteko kokoustamisineen ja valmisteluineen vaatii aikaa ja resursseja. Ratkaisukaavojen etukäteen miettimisen ja erityyppisten suunnitelmien ja toimivien pää- töksentekoprosessien merkitys on siis tehok- kuuden kannalta erittäin merkittävää.

Onko tämä niitä ohjelmisto koodareitten foliohattujuttuja?

Niin, systems engineering syntyi asejärjestel- mäkehitykseen aikana, jolloin ohjelmistojen olemassaoloa ei vielä oikeastaan edes ym- märretty. Mutta linkki asioiden välillä toki on. Ohjelmistoteollisuuden varhainen sym- bioosi systems engineeringiin lienee syntynyt luonnostaan 1970-luvulla. Niin USA:ssa kuin muuallakin varhainen ohjelmistoteollisuus oli kovin läheisessä kytköksessä puolustus- välineteollisuuteen. Systems engineeringin ensimmäisten kehittäjien listassa vilisevät nimet kuten Bell Laboratories, MIT ja Rand Corporation. Samat organisaatiot olivat myös

ohjelmistotekniikan pioneereja.

Läheinen suhde lienee ollut vaikuttamassa myös ohjelmistotuotannon perusopinkappa- leiden syntymiseen. Kun hallittavien kokonai- suuksien monimutkaisuus räjähti ohjelmis- totekniikassa epätoivon vimmalla silmille, ratkaisumallien lähtökohta oli luonnollista ha-

Xxxxx Xxxxxxxx ja Xxxxxxxxxx viimei- set. Alkuperäisen maalauksen te- kijä tuntematon (kuva: Wikimedia Commons).

kea läheltä. Myöhemmin ohjelmistoteollisuu- den kehitys on ollut kiivasta, mutta evoluution luomista ominaispiirteistä huolimatta kytkös systems engineeringiin on vahva.

Systems engineering on resurssien käytön ohjausta

Ongelmaa ei toki ole, jos alalla rahaa riittää. Kyse on vain resurssien tehokkaasta käytös- tä. Ei ole periaatteellista estettä käydä sotaa miekkamiesten voimalla, eikä ole periaatteel- lista estettä käyttää vanhan sukupolven suun- nittelumenetelmiä. Tällöin on kuitenkin oltava varaa ylläpitää vanhan sukupolven postuumiin tarkastukseen painottuvaa suunnitteluorgani- saatiota suunnittelunhallintarakenteineen, jol- loin vaadittava pääluku eroaa modernimmasta lähestymistavasta vähintään dekadilla. Kyse ei ole lopputuloksesta, vaan ympäröivän yh- teiskunnan kehityksen asettamista rajoituseh- doista.

Keskeinen tekijä on toiminnan painopis- teen sijoittaminen. Ydinvoimateollisuus on tottunut suunnittele-ja-analysoi-tyyppiseen postuumiin ongelmanratkaisuun, ei vaatimus- lähtöiseen. Lopputulos ja siihen liittyvä vaa- timustaso eivät alemmilla tuotehierarkian ta- soilla välttämättä ole etukäteen edes tiedossa, vaan pyritään parhaaseen ja katsotaan mitä lopuksi saatiin.

Käsityöläismielessä tässä ei ole mitään pa- haa, jos yksittäisillä suunnittelijoilla on riittä- västi aikaa kiillottaa suunnittelun tuloksiaan. Organisatorisesti tapa johtaa kuitenkin kiireen kertyessä osaoptimointiin, haasteisiin isompi- en kokonaisuuksien hallinnassa, ja ennen kaikkea toiminnan rajapintoihin liittyvien on- gelmakohtien suhteellisen myöhäiseen havait- semiseen.

Useammallekin lukijalle herää väistämättä kysymys, miksi tämä on ongelma nyt, mik- sei 1970-luvulla? Vastaus on ilmiselvä, mi- käli vertailee esimerkiksi keskimääräisen luvanhaltijan organisaation insinöörivoimaa 1980-luvun alun ja tyypillisten nykyprojektien osalta. Saamani tiedon mukaan Loviisan ra- kentamisen aikana silloisen Imatran Voiman engineering-yksikössä työskenteli yli tuhat insinööriä.

Vertailua menneisyyden ja oman tai toimit- tajiensa nykyisen resurssitilanteen välillä voi- nee tehdä kukin ydinvoimaorganisaatio itse. Toinen hyvä pohdinnan aihe on toki miettiä, onko 2020-luvun organisaatioissa henkistä ti- laa kasvattaa moniosaajia, joita tarvitaan van- han sukupolven käsityöläissuunnittelun koor- dinointiin lead-designer-rooleissa.

Katastrofin ainekset ovat luonnollisesti ka- sassa, jos resurssit mitoitetaan nykypäivän

ATS Ydintekniikka 4| 2020 Vol. 49 17

Xxxxx Xxxxxxxx upseereineen (kuva: Le Monde Illustré, 1877, Wikimedia Commons).

suunnittelutiimien mukaisesti mutta käytössä ovat kuitenkin vanhan sukupolven menetel- mät. Vertauskuvana sotilasmaailmaan: moder- ni hyvin varustettu erikoisjoukko on pienenä- kin joukko-osastona varsin toimintakykyinen, mutta jokainen voi miettiä mitä tapahtuu, jos pahisten panttivankeja lähdetään vapautta- maan toisen maailmansodan taktiikoilla ja vi- pulukkokivääreillä.

Reaktorifysiikan perusteet eivät ole vuosi- kymmeniin muuttuneet, kuten ei ihmisen va- hingoittamisen anatomiakaan, mutta ympä- röivä yhteiskunta sekä tavoitteineen että työkaluineen on, oli sitten kyse sodankäyn- nistä tai projektoinnista.

Edistys voi tapahtua pienillä askelilla, mutta suunnan on oltava selvä

On kohtalaisen selvää, että systems engineering tulee aikaa myöten hakemaan oman roolinsa myös ydinlaitosten kokonaissuunnittelun filo- sofiassa. Käytännössä kaikki modernit turvalli- suussuunnittelun hallinnan menetelmäkehyk-

set nojaavat systems engineering -ajatteluun. Vaihtoehtoa ei yksinkertaisesti näytä olevan. Murros on enemmän tai vähemmän tapahtunut jo muualla, lentotekniikan ollessa pisimmällä.

Se millaiseksi ydinvoimateollisuuden tek- niikanalariippumaton systems engineering lopulta muodostuu, on kohtalainen kysymys- merkki. Ajattelun kääntäminen postuumista tilanteen analysoinnista systems engineeringin etupainotteisuuteen on vähintäänkin haasta- vaa, ja vaatii nykyistä parempaa ymmärtämys- tä kokonaisuuksista.

Painopiste siirtyy “systems, structures and components”-näkökulmasta “plant, functions and systems”-suuntaan. Elinkaaripohjainen ajattelu alleviivaa ajallisen dynamiikan hallin- nan merkitystä. Myös lisensioinnissa on olta- va selkeää, mikä on viranomaisen kannalta riittävää kussakin hankkeen vaiheessa, ilman kristallipalloa ja ohjevoodoota.

Tulevaisuus vaatii töitä. Ydinvoima on kes- keinen työkalu ilmastonmuutoksen hallintaan, mutta ratkaisuna toimiakseen alan on väistä- mättä uudistuttava, suunnittelumenetelmiä

myöten. SMR-mantran hokeminen ei riitä, jos toimintaa ei tehosteta siten, että kokonaisuus toimii myös länsimaisessa markkinataloudes- sa. Olisi varsin surullista, mikäli ydinenergian kansallisen aikuistumisen sijaan päädyttäisiin tilanteeseen Shiroyama-vuorella: ”surrounded and outnumbered”.

18 ATS Ydintekniikka 4 | 2020 Vol. 49

Suomi ydinsulun ja rauhanomaisen ydinenergian käytön edelläkävijänä

Tänä vuonna ydinsulkusopimuksen (NPT, Non-Proliferation Treaty) solmimisesta tuli 50 vuotta. Meille ja tu- leville sukupolville on tärkeää ymmärtää mitä Suomessa on aikanaan tehty, miksi on tehty ja miten nuo sil- loiset tekemiset nyt näkyvät ja mitä ne meille merkitsevät. Miten rauhanomainen ydinenergian käyttö alkoi Suomessa: mikä oli poliittisten päätösten rooli, millainen taas teollisuuden merkitys?

Teksti: Xxxxx Xxxx ja Xxxxx Xxxxxxxx (johdanto)

UOMI TUNNETAAN RAUHANOMAISEN

ydinenergian käytön edelläkävijänä. Tutkimuksen toivottiin antavan vastauk-

sia moniin kysymyksiin: Miksi Suomessa on haluttu kehittää ydinenergiaa? Mitä on kes- kusteltu, mitä sovittu? Ketkä asioita ovat poh- tineet ja millä tasolla? Mitkä olivat motivaatiot, että Suomi lähti aktiivisesti hoitamaan NPT- asioita? Vaikuttiko naapurimaa Ruotsin ydin- aseohjelma?

Tutkimus valottaa ydinenergian rauhan- omaisen käytön alkutaivalta Suomessa, ja sa- malla antaa osviittaa siihen, mitkä asiat teke- vät Suomesta mallimaan maailmalla. Tämä on tärkeä ymmärtää, että osaamme jatkossa

FT Xxxxx Xxxx

Dosentti, tutkijatohtori Turun yliopisto, kulttuurihistoria

xxxxxxx@xxx.xx

vaalia hyviä käytäntöjämme. On hienoa voida kertoa ydinalan tulokasmaille, miten ydinener- gian käyttö meillä alkoi. Vaikka asioita ei ole tästä vinkkelistä selvitelty aikaisemmin, liian myöhäistä ei ollut vieläkään, sillä useat noista 1970-luvun vaikuttajista ovat vielä menossa mukana.

Suomi ydinaseiden leviämisen estäjänä

Ydinaseiden leviämisen estäminen koskee käytännössä jokaista ydinalan toimijaa. Siitä on puoli vuosisataa pitänyt huolen kansainväli- nen ydinsulkusopimus (NPT) ja sen perustalle

FM Xxxxx Xxxxxxxx

Kansainvälisen yhteistyön päällikkö

STUK

xxxxx.xxxxxxxx@xxxx.xx

rakennetut ydinmateriaalien valvontajärjestel- mät, mukaan lukien ydinalan vientivalvonta. Sääntö pätee myös ydinaseettomissa maissa kuten Suomi. Nykyään viisi maailman maata ei ole allekirjoittanut ydinsulkusopimusta.

Suomessa ei ole koskaan haluttu kehittää kansallista ydinasepelotetta, siis omaa atomi- pommia. Silti ydinaseiden leviämisen estä- minen on ollut olennaista yhtäältä Suomessa ja toisaalta Suomelle. Säteilyturvakeskuksen tilaamassa tutkimuksessa selvitettiin, miten Suomi on ottanut osaa ydinaseiden leviämi- sen estämiseen viimeisten viidenkymmenen vuoden aikana. Seuraavassa nostetaan esiin tutkimusraportin keskeisiä tuloksia.

Ydinenergian käytön varjopuolten ehkäisy

Yhdistyneissä Kansakunnissa solmittu ydin- sulkusopimus täytti 50 vuotta tänä vuonna. Sopimus on keskeinen edellytys ydinenergian rauhanomaiselle käytölle Suomessa, sillä ilman sopimuksen vaatimaa valvontaa ydinaseiden leviämisen estämiseksi ydinmateriaalien kaup- pa ja alan teknologia edustaisivat kaikkea muu- ta kuin tavanomaista kaupankäyntiä.

Keskeinen kysymys tutkimuksessa oli se, että kuinka ja millä motiivein Suomi on toimi- nut ydinsulkusopimuksen toimeenpanossa tut- kitulla ajanjaksolla 1960-luvun lopusta 2010- ja 2020-lukujen taitteeseen. Tutkimuksen ai- neistona käytiin läpi monipuolinen valikoima

ATS Ydintekniikka 4| 2020 Vol. 49 19

Tutkimusraportin kannessa komeilee tämä PGET (Passive Gamma Emission Tomography) + PNAR -laite, jolla käytetty polttoaine voidaan todentaa polt- toainesauvan tarkkuudella. Laitteistoa käytetään Suomessa ennen polttoaineen loppusijoitusta Onkaloon, joten sillä toteutettava verifiointi on olennai- sen tärkeä sekä IAEA:n että Suomen ydinmateriaalivalvonnan kannalta. Laite on Suomen IAEA:n tukiohjelman tulosta, ja IAEA hyväksyi sen käyttöön vuonna 2017. Laitteen kuvasi Xxxxx Xxxxxxxxx / TVO.

kirjallista aineistoa ja haastateltiin eri alojen asiantuntijoita ulkopolitiikan osaajista ydinma- teriaalitarkastuksen konkareihin.

Tutkimuksen rahoittamisessa ja ohjausryh- mässä olivat mukana Säteilyturvakeskuksen lisäksi ulkoministeriö, työ- ja elinkeinominis- teriö, Fortum Power and Heat Oy, Posiva Oy ja Teollisuuden Voima Oyj.

Pitkä ja mutkikas ydinenergian käyttöönoton valmistelu

Toisen maailmansodan jälkeen Suomi pysytteli erossa ydinaseista jo Pariisin rauhansopimuk- sen (1947) takia. Se kielsi maalta atomiaseen. 1950-luvun puolivälin jälkeen Suomessa elä- tettiin toiveita (silloisin termein) atomivoiman käyttöönotosta, mutta uuden tekniikan alue oli ulkopoliittisesti haastava, sillä ydinaseval-

lat vartioivat tiukasti ydinpolttoaineen tuotan- toa ja jakelua. Valtioiden väliset sopimukset olivat tarpeen ydinenergian rauhanomaisessa käytössä ja Suomi halusi pysyä mahdollisim- man puolueettomana ja kaukana suurvaltojen kiistoista.

Kansainvälisen atomienergiajärjestön (IAEA) avulla Suomi pystyi kuitenkin hank- kimaan ydinpolttoainetta Otaniemen TRIGA- koereaktoriin FiR 1, joka käynnistettiin vuonna 1962. Suomen 1960-luvun toiveet ydinenergi- an käyttöönotosta törmäsivät kuitenkin jatku- vasti ulkopolitiikkaan, sillä useat maat kylmän sodan kahdesta pääleiristä tarjosivat maalla ydinvoimalaitosta keskenään kilpaillen. Suomi tasapainoili idän ja lännen välillä myös ydin- voima-asioissa.

Ydinsulkusopimusta neuvoteltiin kylmän sodan suurvaltojen Neuvostoliiton ja Yhdys-

valtojen johdolla 1960-luvun jälkipuolella. Tarkoitus oli paitsi lieventää kansainvälisiä jän- nitteitä ja ydinsodan uhkaa myös sopia valvon- takeinoista, jotta ydinenergian ennakoitu käyt- töönotto yhä useammassa maassa ei johtaisi aseiden leviämiseen seuraavina vuosikymme- ninä. Puolueeton Suomi seurasi neuvotteluja, jotka olivat edistyneet merkittävästi vuoden 1967 alkuun mennessä.

Hiljattain perustettu Suomen Atomiteknil- linen Seura valikoitui vuonna 1967 kansalli- seksi foorumiksi, joka virallisesti esitti eri taho- ja edustaneiden suomalaisten asiantuntijoiden hahmottaman sopimusmallin valtiolle toimen- piteitä varten. Sen mukaan maa tarvitsi sekä valtioiden kahdenväliset sopimukset keskei- siin maihin että kansainvälisen valvontasopi- muksen IAEA:n kanssa, mikä korvaisi valtio- sopimusten valvontapykälän ja tekisi kaiken

20 ATS Ydintekniikka 4 | 2020 Vol. 49

valtioiden kahdenvälisen valvonnan tarpeetto- maksi. Tarkoituksena oli paitsi Neuvostoliiton vaikutusvallan ja valvonnan myös mahdollisen kylmän sodan suurvaltojen vastakkainasette- lujen torjuminen kansainvälisellä yhteistyöllä ja valvonnalla.

Tutkimuksessa tarkasteltiin kriittisesti asiantuntijoiden muistitietoa, josta on sittem- min tullut monelle perimätietoa, että Suomi luonnosteli kattavan valvontasopimuksen IAEA:n kanssa. Pyrkimyksenä oli saada asias- ta haastateltavilta toisiinsa verrattavia lausun- toja sekä löytää alkuperäislähteistä esimerkiksi arkistoista vahvistus kertomuksille ja muiste- tulle.

Koronaviruspandemia käytännössä esti laajemmat arkistotutkimukset, mutta onnek- si tutkimustyössä jatkavan IAEA:n entisen varapääjohtajan Xxxx Xxxxxxxx avulla saatiin käyttöön IAEA:n Safeguards-komitean (1970– 1971) ensimmäisen kokouksen pöytäkirja, jossa mainitaan Suomen IAEA:n kanssa teke- mä sopimusluonnos.

Vaativien neuvottelukierrosten jälkeen Suomi sai ATS:n kautta ehdotetun sopimus- mallin solmittua 1970-luvun alussa. So- pimukset varmistivat, että ydinalan kauppa ydinpolttoaineen hankintoineen muodostui poliittisesti latautuneesta vaihdannasta lähin- nä tavanomaiseksi kaupan alaksi. Se takasi ydinenergian tuotannon kannattavan tulevai- suuden myös Suomen kaltaisissa puolueetto- missa maissa.

Puolueettomuuden vahvistamista ja tukea EUjäsenyydelle

Ydinsulkusopimus ja sen vaatimat muut jär- jestelyt kuten ydinalan vientirajoitukset pal- velivat Suomea kylmän sodan jännitteiden liennytyksen lisäksi nimenomaan puolueet- tomuuspolitiikan näyttönä ja vahvistamisessa 1960- ja 1970-luvuilla. Ydinenergiatuotannon rakentaminen sovitettiin kylmän sodan jännit- teisiin ydinsulkusopimusjärjestelmän avulla ja tavallaan se myös palveli tuota puolueet- tomuuden asiaa.

Muiden aloitteiden rinnalla Suomi on toimi- nut IAEA:n tukena safeguards-teknologiaa ke- hittämässä 1980-luvun alusta asti keskittyen erityisesti ainetta rikkomattomien mittausme- netelmien parantamiseen. Tukiohjelma FINSP virallistettiin 1988. Suomalaiset ydinalan yri- tykset ovat pitkin matkaa tukeneet kehitystyö- tä antamalla tilojaan ja ydinmateriaalia usein kansainvälisten kehitysprojektien käyttöön.

Neuvostoliiton lakkauttaminen vuonna 1991 ja Persianlahden sota samana vuonna loivat akuutin tarpeen Suomen aktiivisuudelle ydinaseiden leviämisen estäjänä 1990-luvulla,

ja samalla Suomi pääsi aiempaa laajemmin vaikuttamaan kansainväliseen ydinsulkuun erityisesti entisen Neuvostoliiton maissa, joihin piti luoda uudet järjestelmät ydinmateriaalien kontrollia varten. Samalla suomalaisia vaikutti IAEA:n tehtävissä mukana Etelä-Afrikassa ja Irakissa ydinaseohjelmia tuhoamassa.

Ulkopolitiikassa Suomi otti päättäväisen suunnan länteen ja EU-jäsenyyden varmista- miseen. Nämä tavoitteet olivat vahvoja vaikut- timia, kun Suomi ajoi ydinasevalvonnan kehit- tämistä 1990-luvulla ja kannatti muun muassa ydinsulkusopimuksen muuttamista pysyväksi. Päätös siitä syntyi sopimuksen tärkeässä vuo- den 1995 tarkastelukonferenssissa.

Viime vuosien näkyvin väittely Suomessa on käyty ydinaseet kokonaan kieltävästä so- pimuksesta, joka hyväksyttiin YK:ssa vuonna 2017. Eri tahojen näkemykset eroavat toi- sistaan historiallisen paljon siinä, että onko Suomelle parempi liittyä uuteen kieltosopi- mukseen vai jatkaa vakiintuneen ydinsul- kusopimuksen kehittämistä sinnikkäästi, sillä jälkimmäiseen ovat sitoutuneet myös ydinase- valtiot. Asia on parhaillaan entistä ajankohtai- sempi, koska ydinaseiden kieltosopimus on tulossa voimaan sen allekirjoittaneissa maissa tammikuussa 2021.

Ydinsulkusopimuksen velvoitteet koske- vat myös käytetyn ydinpolttoaineen loppusi- joitusta. Sen kohdalla Suomi on jälleen jou- tunut tai päässyt edelläkävijän haastavaan asemaan ratkomaan kysymyksiä siitä, kuinka ennennäkemättömän loppusijoituslaitoksen ydinmateriaalivalvonta tulee toteuttaa siten, että niin Suomi kuin muun muassa IAEA pystyy sitä uskottavasti valvomaan erittäin pitkällä aikavälillä, ns. hamaan ikuisuuteen. Tässä saattaa edelleen auttaa, että Suomi on varsinkin 1990-luvulta lähtien ollut ydin- sulkupolitiikassaan ”enemmän insinööri kuin poliitikko”.

Suomen “salaisuuksia” ydinsulkuasiois- sa ovat olleet niin onnistunut, varhaisessa vaiheessa pohjustettu kansallinen yhteistyö samoin kuin pitkäjänteinen, sinnikäs työs- kentely konkreettisten tavoitteiden eteen. Samalla Suomi ja IAEA ovat pitkään toimi- neet toistensa apuna ja yhdessä xxxxxxxx- xxxx ydinsulkua.

Suunnitelmien mukaan Suomi on 2020-lu- vulla kasvattamassa vastuitaan ydinenergian parissa: ydinpolttoainekierto alkaa ensi kertaa uraanin tuotannolla kotimaassa Terrafamen kaivoksella ja toisaalta käytetyn ydinpoltto- aineen loppusijoituksen on tarkoitus alkaa Onkalossa. Samalla Suomi pysyy täysin riip- puvaisena edelleen ydinsulkusopimukseen perustuvasta kansainvälisestä valvontajärjes- telmästä.

Ydinsulkusopimus, NPT

Sopimus ydinaseiden leviämisen estämisestä, Treaty on the Non- Proliferation of Nuclear Weapons, on kansainvälinen, valtioiden välinen so- pimus, joka solmittiin vuonna 1968 ja astui voimaan 5. päivänä maaliskuuta 1970. Sopimus täytti siten 50 vuotta

vuonna 2020.

Ydinsulkusopimuksella tavoitel- laan kolmea päämäärää, jotka ovat ydinaseiden leviämisen estäminen, ydinaseriisunta sekä ydinenergian rauhanomaisen ja turvallisen käytön edistäminen. Tavoitteet tukevat toi- siaan. Sopimusta kutsutaankin usein kolmen pilarin tai korin järjestelmäk- si. Sopimustekstissä ei kuitenkaan puhuta pilareista, vaan kyseessä on tapa tiivistää ja samalla tulkita sen ydinkohdat.

Ydinsulkusopimusta on yhtäältä pidetty kaikkein onnistuneimpana, pitkäaikaisena kansainvälistä rauhaa ja turvallisuutta vahvistavana sopi- muksena. Toisaalta on aiheellisesti kysytty, kuinka hyvin se toimii edel- leen nykyään, syntyhetkeensä näh- den kovin toisenlaisessa maailmassa.

Esitelty tutkimus:

Xxxx, Xxxxx. Xxxxxxxxx ja Suomi. 50 vuotta ydin- sulkusopimuksen kansallista toimeenpanoa. STUK TR 32. STUK, Helsinki 2020. Saatavilla: xxx.xxxxxxx.xx/xxxxxx/00000/000000

Muita lähteitä:

• Xxxxxxxx, Xxxxx & xxx xxx Xxxx, Sico: Working Towards a Successful NPT 2020 Review Conference. The Clingendael Institute 2017.

• Xxxxxxxx, Olli: IAEA Mechanisms to Ensure Compliance with NPT Safeguards. UNIDIR 2020.

• Xxxxxxxx, Xxxxxx, Xxxxx Xxxxxxxxxx, Xxxx Xxxxxxxxxxx, Xxxxx Xxxxxxxx,

Xxxx Xxxxxxxx & Xxxx Xxxxxxxxxx: ”Ydinmateriaalivalvonta kansainvälisen asevalvonnan edelläkävijänä.” Xxxxxxxxx Xxxxxxxx, Xxxxx (toim.).

Ydinturvallisuus. Säteilyturvakeskus, Helsinki 2004, 322–353.

• Xxxxxxxxxx, Pasi: ”Ydinaseiden omistus jäi pieneen piiriin.” Kanava 1/2020, 12–16.

ATS Ydintekniikka 4| 2020 Vol. 49 21

TIEDE JA TEKNIIKKA

AJANKOHTAISTA

Gammaemissiotomografia paljastaa ydinpolttoaineen sisällön

Xxxxxx Xxxxxxxx0, Riina Virta2,3

1Matematiikan ja tilastotieteen osasto, Helsingin yliopisto, 2Säteilyturvakeskus, 3Helsinki Institute of Physics

Käytetyn ydinpolttoaineen geologinen loppusijoitus on suunnitelmissa aloittaa Suomessa ensimmäisenä maa- ilmassa 2020-luvun puolivälissä. PGET (passiivinen gammaemissiotomografia) on polttoainetta rikkoma-

ton kuvantamismenetelmä, jolla käytetyn polttoaineen sisältö voidaan varmentaa ennen loppusijoittamista. Ydinmateriaalivalvonnan kannalta on tärkeää tietää, ettei polttoainenipuista puutu sauvoja ja ettei niitä ole peu- kaloitu hämäräperäisissä tarkoituksissa. Nykyaikaisen inversiolaskennan keinoin on mahdollista tuottaa tark- koja ja luotettavia viipalekuvia, joista näkyy sekä polttoaineen tiheys että säteilyemissio. Harvoilla ainetta rik- komattomilla menetelmillä voidaan havaita vain yhden sauvan puuttuminen, mutta PGETillä se onnistuu.

Finland will be the first country in the world to start geological disposal of spent nuclear fuel around the mid-2020’s. The spent fuel will be verified prior to disposal with a non-destructive assay (NDA) method PGET

(Passive Gamma Emission Tomography). For the purposes of safeguards, it is extremely important to verify that no fuel rods are missing from the fuel assembly and that no nuclear material has been tampered with. With the help of modern inverse computing it is possible to produce accurate and reliable cross-sectional images where both the density and the emission of the fuel can be seen. Only a few non-destructive methods allow a single missing fuel rod to be observed, but PGET succeeds in this.

Käytetty ydinpolttoaine verifioidaan ennen loppusijoittamista PGET- laitteella, jotta varmistutaan ydinmateriaalideklaraation paikkansapi- tävyydestä. Munkkirinkilän muotoinen laite pyörähtää polttoainenipun ympäri ja mittaa viivakameralla siitä tulevan säteilyprofiilin eri suunnista. Matemaattinen rekonstruktioalgoritmi koostaa datasta kaksi poikkileik- kauskuvaa: emissio- ja attenuaatiokuvan, joiden avulla polttoainesau- vojen sisältö luokitellaan. Kansainvälinen atomienergiajärjestö (IAEA) hyväksyi PGET-menetelmän käytetyn polttoaineen verifiointiin vuonna 2017. Itse menetelmää on kehitetty jo 1980-luvulta lähtien.

Heti vuonna 2017 alkoikin uusi suomalainen PGET-menetelmän kuvantamisyhteistyö. FiDiPro-professori Xxxxx Xxxxxxxxx (Helsinki Institute of Physics) ja teollisuusmatematiikan professori Xxxxxx Xxxxxxxx (Helsingin yliopisto, Inversiomallinnuksen ja kuvantami- sen huippuyksikkö) toivat tutkimusryhmänsä yhteiseen aivoriiheen. Dendoovenin ryhmä oli kokeissaan todennut, että perinteinen suodatet- tu takaisinheitto (Filtered Back-Projection, FBP) ei tuottanut tarpeeksi luotettavia kuvia PGET-datasta. Parannusta ryhdyttiin etsimään uusien matemaattisten inversiotekniikoiden kautta.

Parempi menetelmä saatiinkin laadittua käyttämällä klassista Tikhonovin säännöllistämistä yhdistettynä uuteen, joustavaan tapaan

lisätä etukäteistietoa kuvanmuodostukseen [1]. Se saavutti toisen si- xxx XXXX:n PGET-haastekilpailussa ja johti onnistuneisiin koekuvauk- siin Olkiluodossa ja Loviisassa. Tässä artikkelissa esittelemme uuden kuvantamismenetelmän yksityiskohdat ja kerromme Suomen ydinvoi- malaitoksilla mitatuista tuloksista.

Kehitystyön taustaa

PGET-laitteen kuvantamispulma osoittautui inversiomatemaatikon miel- tä mukavasti kutkuttavaksi käänteisongelmaksi.

Helsingin yliopiston inversio-ongelmien tutkimusryhmässä on tutkit- tu pitkään transmissiotomografiaa, jossa röntgenlähde on kuvattavan kappaleen ulkopuolella ja röntgenkamera vastakkaisella puolella. Lähde ja kamera pyörivät kohteen ympäri ja keräävät säteiden vaimennusda- taa monesta suunnasta. Kuvantamisongelman voi ratkaista klassisella suodatetulla takaisinheitolla, jos data on kerätty pienellä kulmavälillä [2,3,4]. FBP-menetelmä perustuu Radon-muunnoksen analyyttisiin integraalikaavoihin, ja yksinkertainen selostus sen toiminnasta on vi- deomuodossa tässä: xxxxx://xxxxx.xx/xx000xX_XxX. Näin tehdään sai- raaloiden tietokonetomografia eli TT-kuvaus.

22 ATS Ydintekniikka 4 | 2020 Vol. 49

4 | 2020

Jos data on näytteistetty harvalla kulmavälillä, transmissiotomogra- fian käänteisongelma kannattaa ratkaista diskretisoimalla tuntematon kohde pikseleillä (tai vokseleilla) ja kirjoittamalla rekonstruktiopulma li- neaariseksi yhtälöryhmäksi. Yhtälön ratkaisu täytyy säännöllistää, koska viipalekuvaus on huonosti asetettu inversio-ongelma, jonka ratkaisut ovat äärimmäisen herkkiä mittauskohinalle ja mallinnusvirheille.

PGET ei kuitenkaan ole transmissiotomografiaa, koska kuvantami- seen käytetään kohteesta itsestään eli polttoainenipusta tulevaa säteilyä. Tilannehan on vastaava kuin lääketieteellisessä SPECT-kuvantamisessa (single-photon emission computerized tomography), jossa potilaan ve- renkiertoon on viety säteilevää ainetta. Toimisivatko SPECT-algoritmit suoraan PGET-datalle?

Niin helpolla emme kuitenkaan päässeet. Lääketieteellisessä SPECT-kuvantamisessa yleensä oletetaan säteilyn vaimennuskertoi- men jakauma tunnetuksi, koska se voidaan kuvata TT-menetelmällä ennen SPECT-kuvausta. Tämä tekee inversio-ongelmasta lineaarisen. Me emme voi PGET-sovelluksessa olettaa vaimennusta tunnetuksi, kos- ka tavoitteena on paljastaa mahdolliset puuttuvat polttoainesauvat tai sauvojen vaihtaminen muuhun aineeseen.

Joudumme siis takaisinlaskemaan sekä vaimennuskertoimen että emissiojakauman. Kävisikö Xxxxxxxxx kehittämä vaimennetun Radon- muunnoksen käänteiskaava [5,6]? IAEA:n Xxx Xxxxx evästi meitä heti alkuun, että he ovat kokeilleet tuota kaavaa, eikä se toimi datan epäi- deaalisuuksien vuoksi.

Niinpä lähdimme rakentamaan käänteiselle laskennalle menetel- mää alkutekijöistä samaan tapaan kuin kirjassa [7] tehdään transmis- siotomografialle. Tarvitsimme kaksi asiaa: ensiksikin diskretisoidun mallin suoralle ongelmalle eli simulaatiosoftan, joka laskee virtu- aaliselle polttoainenipulle vastaavat mittaustulokset kuin oikea laite antaa vastaavalle kohteelle. Toiseksi oli kehitettävä epälineaarinen takaisinlaskentamenetelmä, jonka epävakaus säännöllistetään pois lisäämällä laskentaan etukäteistietoa kohteesta. Tuo etukäteistieto ei kuitenkaan saa olla liian rajoittavaa, koska loppukäyttäjä eli IAEA ei voi hyväksyä vääriä positiivisia tuloksia poliittisesti arkaluontoisissa tarkastushankkeissa.

Suoran ongelman malli

Diskretisoidun mallin rakentamisessa mittaukseen vaikuttavan osan polt- toainenipusta oletetaan olevan sauvojen suunnassa homogeeninen sekä vaimennus- että aktiivisuusominaisuuksiltaan. Mittausta käsitellään siis 2D-poikkileikkauksena akselin suunnassa. Ensin muodostetaan mittauk- set tietyssä ilmaisimien kulmassa, josta saadaan kaikki muut mittauskul- mat pyörittämällä aktiivisuus- ja vaimennuskuvia sopivasti.

Jokaiselle pikselille lasketaan todennäköisyys, jolla pikselin kes- keltä emittoitunut fotoni lähtee kohti tietyn ilmaisimen näkyvää osaa. Yksittäisistä pikseleistä laskettua yhteisvaikutusta käytetään suoran ongelman mallissa yhdessä pikselien vaimennuskertoimien kanssa, kun lasketaan data tietylle mittauskulmalle. Asiaa on havainnollistet- tu kuvassa 1, jossa esitetään yksinkertaistettu esimerkki siitä, miten kollimaattorit rajaavat ilmaisimien havaintokenttää ja miten yksittäisen pikselin emittoiman säteilyn vaimenemiseen vaikuttavat sen ja ilmaisi- men välissä olevat muut pikselit.

Takaisinlaskennan säännöllistäminen

Takaisinlaskentaongelma muotoillaan sitten rajattuna minimointiongel- mana, jossa on sekä datatarkkuustermi että säännöllistämistermejä. Säännöllistämisen tarkoituksena on kompensoida datan epätäydelli- syyksiä käyttämällä ennalta saatavissa olevaa tietoa takaisinlaskennan

Kuva 1. Diskreetin mittausmallin yksityiskohtia. Tässä yksinkertaisessa havainnekuvassa tuntematon kohde on karkeasti jaettu 16 pikseliin, ja li- neaarisessa gammakamerassa on vain 10 ilmaisinta. Kuvassa näkyy vain yksi kameran suunta; kokonaisessa mittauksessa suuntia on useita sato- ja. (a) Kollimaattorit rajaavat aluetta, josta säteily pääsee ilmaisimelle.

Esimerkiksi ilmaisimen 6 lukemaa mallintaessa ei tarvitse huomioida pik- selien 1 ja 5 emittoimaa säteilyä. (b) Kuinka paljon pikselin 11 emittoima gammasäteily on vaimentunut saapuessaan ilmaisimeen 6? Tämän laske- miseen tarvitaan tieto pikselien 10, 13, 14 ja 15 vaimennuskertoimista.

tuntemattomista muuttujista, tässä tapauksessa esimerkiksi mitattavan nipun tyypistä.

Olemme keskittyneet kahden erilaisen säännöllistämistermin tutki- miseen ja kehittämiseen. Toinen ohjaa takaisinlaskentaa kohti sileitä ratkaisuja, joissa muutokset aktiivisuudessa ja vaimennuksessa ovat vähittäisiä liikuttaessa pikselistä toiseen. Toinen lähestymistapa hyö- dyntää tunnettua nipun geometriaa ja olettaa, että polttoainesauvojen halkaisijat ja suhteelliset paikat tunnetaan. Polttoainehilan paikka arvi- oidaan aluksi lasketusta suodatetusta takaisinheittokuvasta.

Säännöllistämisen lisäksi ratkaisusta rajataan epäfysikaaliset mate- riaalit pois asettamalla lineaariset rajat siten, että esimerkiksi korkeasti aktiivinen mutta vain vähän vaimentava materiaali ei ole mahdollinen. Rajoja on havainnollistettu kuvassa 2.

Kuva 2. Lineaariset rajat vaimennus-aktiivisuustasossa. Esimerkkinä kol- me mahdollista sauvapaikan tyyppiä: käytetty polttoaine säteilee ja vai- mentaa voimakkaasti (sininen ympyrä), tuore polttoaine ei säteile mutta vaimentaa (keltainen neliö) ja vesi ei säteile eikä juurikaan vaimenna (violetti timantti). Katkoviivan sisäpuolella olevat arvot ovat sallittuja.

Kolmion muotoinen rajoitusalue rajaa pois rekonstruktiosta materiaa- lit, jotka vaimentavat heikosti kuten vesi mutta säteilevät voimakkaasti. Tällaisen etukäteistiedon voinee luottaa aina pitävän paikkansa.

ATS Ydintekniikka 4| 2020 Vol. 49 23

AJANKOHTAISTA

TIEDE JA TEKNIIKKA

Kuva 3. Polttoainenippua mitataan PGET-laitteella käytetyn polttoaineen varastoaltaassa (kuva: Fortum).

Mittauksia Suomen ydinvoimalaitoksilla

Oikeimmanpuolisessa kuvassa näkyy luokit- telualgoritmin tulos: siniset sauvat ovat paikal- laan kuten pitääkin, mutta oranssit puuttuvat. Keskellä on nipputyypille ominaisesti vesika- nava, joka luokitellaan puuttuvaksi.

Kuvassa 6 esitetään samantyyppiset aktii- visuus- ja vaimennuskuvaajat sekä sauvojen luokittelu ATRIUM10-tyypin kiehutusvesireak- torinipulle. Keskellä näkyy 3 x 3 sauvan kokoi- nen vesikanava ja sen lisäksi nipusta puuttuu kaksi sauvaa. Ylärivillä näkyvät mittaustulokset sellaiselta korkeudelta, että osapitkät sauvat ovat kuvausalueella. Alarivillä puolestaan on tulos mittausasemasta, jossa osapitkät sauvat ovat mittausalueen ulkopuolella ja niiden pai- koilla on siis vettä. Luokittelualgoritmi onnis- tuu havaitsemaan kaikki osapitkät sauvapaikat puuttuviksi kuten kuuluukin.

PGETdatan haasteita

Pitkään jäähtyneiden käytettyjen polttoaine- nippujen kuvantamiseen liittyy muutamia haasteita, joiden voittaminen on ensiarvoisen tärkeää täsmällisten tulosten saavuttamiseksi. Polttoainesauvat on pakattu nippuun tiiviisti ja itse polttoaine vaimentaa hyvin gammasä- teilyä. Siksi gammakvanttien päätyminen ni-

Olemme mitanneet käytettyä polttoainetta jo usean vuoden ajan mit- tauskampanjoissa sekä Olkiluodon että Loviisan voimalaitoksilla. Mittaukset suoritetaan syvässä vesialtaassa käytetyn polttoaineen vä- livarastossa. Kuvassa 3 PGET-laite näkyy vesialtaan pohjalla mittaus- ten aikana.

Donitsin muotoinen PGET-laite koostuu kahdesta kollimoidusta CdZnTe-gammailmaisinpankista, jotka on sijoitettu vastakkaisille puo- lille laitetta. Käytetty polttoainenippu asetetaan laitteen keskelle ja dataa kerätään PGET-laitteen pyörähdysliikkeen aikana eri kulmista neljässä energiaikkunassa. Kaavakuva laitteesta on esitetty kuvassa 4.

Vuosina 2017–2020 olemme mitanneet painevesireaktorien kuusi- kulmaisia VVER-440-nippuja sekä yhdeksää eri tyyppiä kiehutusvesire- aktorien nelikulmaisia nippuja. Käytöstä poistettujen polttoainenippujen palamat ovat vaihdelleet välillä 5,72 – 55,9 GWd/tU ja jäähtymisajat välillä 1,87 – 34,6 vuotta. Mittauksessa kerätään gammaemissiodatan lisäksi myös neutronidataa sekä gammaspektri, jotta fissiotuotteet voi- daan tarvittaessa erottaa aktivoituneesta rakennemateriaalista kuten koboltista.

Yksittäinen puuttuva sauva havaitaan

Takaisinlasketusta poikkileikkauskuvasta voidaan erottaa yksittäiset puuttuvat sauvat, vesikanavat ja joissakin tapauksissa myös palavat absorbaattorisauvat. Yksittäisen sauvan aktiivisuuskeskiarvoa verrataan muiden sen ympärillä olevien sauvojen aktiivisuuteen ja mikäli ero on merkittävä, luokitellaan sauva puuttuvaksi. Nykyisellään luokittelussa on vain kaksi kategoriaa, mutta tulevaisuudessa algoritmia kehitetään kattamaan myös tilanteet, joissa sauva on korvattu toisella aineella tai siitä on poistettu vain osa.

Kuvassa 5 on esitetty takaisinlasketut aktiivisuus- ja vaimennus- kuvat VVER-440-polttoainenipulle, josta puuttuu kolme sauvaa.

pun keskeltä aina ilmaisimelle asti on harvinaista ja vaikuttaa siten rekonstruktion laatuun, kun ulommat sauvat ikään kuin varjostavat keskiosaa. Vaikeusastetta lisää myös se, että pitkään jäähtyneissä ni- puissa gamma-aktiivisuus on jo kohtalaisen heikkoa ja korkeamman energian gammapiikkien osuus vähenee.

Tällä hetkellä menetelmää ollaan kehittämässä entistä tarkemmaksi ja tulevaisuudessa prosessi on myös automatisoitava, jotta loppusijoi- tuksen alkaessa mittausten tekeminen tehokkaasti ja jatkuvalla syötöllä on mahdollista. Polttoaineen verifioiminen PGET-menetelmällä on tär- keä osa loppusijoittamisen turvallisuutta sekä kansainvälistä ydinma- teriaalivalvontaa.

Tässä artikkelissa esitetyt tutkimustulokset on lähetetty julkaista- vaksi alan lehdessä [8].

Kuva 4. PGET-laitteen kaavakuva: poikkileikkaus kohtisuorassa akselia vasten. Punaisella on merkitty ilmaisimet, sinisellä kollimaattorit ja vihre- ällä itse polttoainenippu donitsinmuotoisen laitteen keskireiässä.

24 ATS Ydintekniikka 4 | 2020 Vol. 49

4 | 2020

Kuva 5. Takaisinlasketut aktiivisuus- ja vaimennuskuvat sekä sauvojen luokittelu VVER-440-nipusta, josta puuttuu kolme sauvaa. Vesikanava näkyy keskellä. Oranssilla on merkitty puuttuvat ja sinisellä paikallaan olevat sauvat.

Kuva 6. Takaisinlasketut aktiivisuus- ja vaimennuskuvat sekä sauvojen luokittelu ATRIUM10-nipulle. Ylärivissä normaalikorkeudelta ja alarivissä niin, että osapitkät sauvat (8 kpl) eivät näy. 3x3-vesikanava näkyy keskel- lä ja kaksi sauvaa puuttuu. Oranssilla on merkitty puuttuvat ja sinisellä paikallaan olevat sauvat.

Viitteet

[1] R. Xxxxxxxx, X.X. Xxxxx, X. Xxxxxxxx-Champagne, T. Xxxxx, X. Dendooven, and S. Siltanen. Simultaneous reconstruction of emis- sion and attenuation in passive gamma emission tomography of spent nuclear fuel. Inverse Problems & Imaging, 14(2):317–337, 2020.

[2] Xxxxxxxx X. Buzug. Computed tomography. In Springer Handbook of Medical Technology, pages 311–342. Springer, 2011.

[3] Avinash C. Xxx, Xxxxxxx Xxxxxx, and Xx Xxxx. Principles of com- puterized tomographic imaging, 2002.

[4] F. Natterer. The mathematics of computerized tomography, volume 32 of SIAM Classics in Applied Mathematics. SIAM, 2001.

[5] Xxxxx X. Novikov. An inversion formula for the attenuated X-ray transformation. Arkiv för matematik, 40(1):145–167, 2002.

[6] Xxxx-Xxx Xxxxxxxxxx and Xxxxx X. Novikov. Optimized analytic re- construction for SPECT. Journal of Inverse and Ill-Posed Problems, 20(4):489–500, 2012.

[7] Xxxxxxxx X. Xxxxxxx and Xxxxxx Xxxxxxxx. Linear and nonlinear in- verse problems with practical applications. SIAM, 2012.

[8] R. Xxxxx, X. Xxxxxxxx, X.X. Xxxxx, X. Xxxxx, X. Xxxxxx, X. Siltanen,

P. Dendooven, and T. Honkamaa. Fuel rod classification from pas- sive gamma emission tomography (PGET) of spent nuclear fuel as- semblies. Submitted to ESARDA Bulletin.

Kirjoittajat

TkT Xxxxxx Xxxxxxxx

Teollisuusmatematiikan professori Xxxxxxxxxxx-luonnontieteellisen tiedekunnan varadekaani

Helsingin yliopisto xxxxxx.xxxxxxxx@xxxxxxxx.xx

DI Xxxxx Xxxxx

Tutkija

Säteilyturvakeskus ja Helsinki Institute of Physics xxxxx.xxxxx@xxxx.xx

ATS Ydintekniikka 4| 2020 Vol. 49 25

TIEDE JA TEKNIIKKA

AJANKOHTAISTA

Kraken – kotimaisen reaktori- mallinnuksen tulevaisuus?

Ville Valtavirta

Teknologian tutkimuskeskus VTT Oy

VTT:llä on viime vuosina aloitettu uuden Kraken-nimisen reaktorimallinnuksen laskentajärjestelmän kehitys. Kraken rakentuu erityisesti uuden sukupolven suomalaisten ratkaisijoiden kuten Serpentin, FINIXin ja Antsin varaan. Nykyisin käytössä olevien HEXBU3D, HEXTRAN ja TRAB3D -pohjaisten laskentaketjujen eläköityessä Krakenia tullaan käyttämään VTT:llä riippumattomien determinististen turvallisuusanalyysien tekoon. Tämän perinteisen käyttötarkoituksen lisäksi Krakenia hyödynnetään jo nyt esimerkiksi VTT:n sisäisessä projektis- sa, jossa suunnitellaan matalan lämpötilan pienreaktoria kaukolämmön tuotantoon. Krakenin kehityksellä on merkittävä rooli uusien suomalaisten reaktoriosaajien koulutuksessa ja uusi sukupolvi saakin Krakenin kautta lähdekooditason osaamisen niistä työkaluista, joilla tulee analyysinsa tulevaisuudessa tekemään.

The development of a new Kraken nuclear reactor modelling computational framework has been started at VTT in recent years. Kraken is especially built on a new generation of Finnish solvers such as Serpent, FINIX and Ants. As calculation chains currently in use based on HEXBU3D, HEXTRAN and TRAB3D are retired, Kraken will be used at VTT to perform independent deterministic safety analyses. In addition to this traditional use case Kraken is already used in a VTT internal project, where a low-temperature small modular reactor is being de- signed for production of district heat. The development of Kraken has a significant role in educating a new gen- eration of nuclear engineers and the new generation obtains source-code level expertise on the tools they will use to perform safety analyses in the future.

Kraken-laskentajärjestelmän juuria on vaikea erotella VTT:n pitkäai- kaisesta reaktorimallinnustyökalujen kehityksestä, jolla lienee alkunsa 1970-luvulla, jolloin Loviisaan hankittujen VVER-laitosten mallintami- seen tarvittiin luotettavia työkaluja. Jätän suomalaisten mallinnustyöka- lujen kehityskaaren tarkemman katsauksen jonkun asianosaisemman kirjoitettavaksi ja lähden itse liikkeelle vuodesta 2017.

Vuonna 2017 Serpent Monte Carlo -ratkaisijaan oltiin saatu muu- taman vuoden intensiivisen kehityksen tuloksena kattavat multifysiik- kaominaisuudet, joiden avulla Serpentiä voitiin käyttää reaktorisydämen neutroniikan ratkaisemiseen yhdessä Serpentiin kytkettyjen termohyd- rauliikka- ja polttoaineratkaisijoiden, kuten VTT:llä vuodesta 2013 kehi- tetyn FINIXin kanssa. Nopeampaa neutroniikkaratkaisua vaativiin sovel- luksiin VTT:llä käytettiin (ja käytetään edelleen) HEXBU3D, HEXTRAN ja TRAB3D -ratkaisijoita Aprosin lisäksi.

Modernimman Ants-nodaalineutroniikkaratkaisijan kehitys oli kui- tenkin aloitettu juuri vuonna 2017 entistä tarkempien ratkaisumene- telmien, tuoreemman lähdekoodin sekä horisontissa häämöttävien entistä pienempien ja heterogeenisempien reaktorisydämien vuoksi. Jotta Antsia voitaisiin käyttää tulevaisuuden reaktorien käyttöjakson

mallinnukseen sekä transienttilaskuihin, laskentaan täytyi saada mu- kaan sydämen kaksi muuta fysiikan osa-aluetta: termohydrauliikka ja polttoainemallinnus.

Täytyi siis miettiä millä tavoin muiden fysiikoiden ratkaisut halutaan Antsiin kytkeä. Selvältä tuntui ainakin, että vanhoja HEXTRANissa ja TRAB3D:ssä käytettyjä termohydrauliikkamalleja ei lähdetä siirtämään Antsiin sellaisenaan. Lisäksi suoraa Serpent-ratkaisua haluttiin käyttää kaksivaiheisen Serpent-Ants-neutroniikkaketjun validointiin, mikä on- nistuisi parhaiten mikäli Serpentin voisi kytkeä samoihin polttoaine- ja termohydrauliikkaratkaisijoihin joita Ants käyttää. Kaikkein helpointa itse asiassa olisi, mikäli polttoaine- ja termohydrauliikkamalleja ei tar- vitsisi muuttaa lainkaan, kun vaihdetaan neutroniikkaratkaisija nodaa- lidiffuusiosta Monte Carloon.

Vastaavasti voitaisiin käyttää tarkempia termohydrauliikka- tai poltto- aineratkaisumalleja tavallisesti käytettävien validoimiseen, mikäli myös nämä ratkaisijat olisivat helposti vaihdettavissa. Syntyi siis ajatus lasken- tajärjestelmästä, joka koostuu itsenäisistä modulaarisista ratkaisijoista, jotka keskeisen multifysiikkakomponentin avulla saavat ratkaistua re- aktorisydämen mallinnuksen kytketyn ongelman.

26 ATS Ydintekniikka 4 | 2020 Vol. 49

MONTE CARLO NEUTRONIIKKA

4 | 2020

NEUTRONIIKKA

Serpent

TH-MALLIT

POLTTOAINE

OpenFOAM

ENIGMA

Ryhmävakiot

SUBCHANFLOW

TRANSURANUS

Ants

ym.

REAKTORISYDÄNRAJAPINTA

Cerberus

VOIMALAITOSRAJAPINTA

Apros

SMABRE

TRACE

etc...

PIIRI- JA VOIMALAITOSMALLIT

KAKSIVAIHEINEN NEUTRONIIKKA

SuperFINIX

Kharon

Serpent

Kuva 1. Kraken-laskentajärjestelmän suunnitellut kytkennät. Keltaiset laatikot kuvaavat VTT:llä kehitettäviä ratkaisijoita, kun taas oranssit viittaavat ulkopuolisiin työkaluihin. VTT on OpenFOAM-projektin kontribuuttori. Yksittäisten ratkaisijoiden tarvit- see keskustella ainoastaan keskeisen multifysiikkakomponentin Cerberuksen kanssa.

Yhdessä mutta erikseen

Aivan ensimmäiseksi täytyi päättää, xxxxx tavoin eri ratkaisijoita käy- tännössä lähdetään kytkemään toisiinsa. Erilaisia ratkaisuja on tarjolla laidasta laitaan. Spektrin yhdessä ääripäässä eri ratkaisijoita ajetaan manuaalisesti vuorotellen ja yhden ratkaisijan tuloskentät siirretään tämän tulostiedostoista toisen syöttötiedostoihin manuaalisesti tai au- tomatisoidusti. Tämä ei vaadi yksittäisiltä ratkaisijoilta mitään, on käy- tettävissä kaikissa tilanteissa, mutta vaatii käyttäjältä paljon eikä ole kovinkaan tehokas tapa ratkaista ongelmaa.

Vastakkaisesta päästä löytyvät ratkaisut, joissa eri fysiikkaongelmat kuvataan yhden koodin sisällä samaa hilaa käyttäen, jolloin eri fysii- kat voidaan ratkaista täysin samanaikaisesti yhtenä yhtälöryhmänä. Ratkaisu on tehokasta, tiedonsiirrosta ei tarvitse erikseen huolehtia, mutta paras hyöty saadaan, kun kaikki ratkaisijat kirjoitetaan uusiksi samalle pohjalle. Välimaastoon menevät monet eritasoiset tiedosto-, socket- ja jaetun muistin kytketyt laskentajärjestelmät.

Krakenin kytkentäfilosofian valinnassa lähdettiin muutamista läh- tökohdista:

• Laskentajärjestelmässä täytyy pystyä käyttämään:

– Uusia modulaarisia ratkaisijoita, joiden kehitys tapahtuu täysin Krakenin ehdoilla.

– Olemassa olevia VTT:llä kehitettäviä ohjelmistoja, jotka ovat edel- leen muokattavissa ja sikäli joustavia kytkentätapansa osalta.

– VTT:n ulkopuolella kehitettyjä työkaluja, jotka ovat vähemmän joustavia esimerkiksi siksi, että niiden lähdekoodia ei ole saa- tavilla.

• Erillisiä ratkaisijoita täytyy jatkossakin pystyä kehittämään erillään, yksittäisinä fysiikkamoduuleina, niin ettei näiden kehittäjien tar- vitse erityisesti huomioida, mitkä muut ratkaisijat laskuun osallis- tuvat.

• Yksittäisten ratkaisijoiden sisäisessä rakenteessa saattaa tapahtua suuriakin muutoksia, jotka eivät saisi heijastua muiden kompo- nenttien kehitykseen.

• Tietyn fysiikan ratkaisijoiden pitäisi olla keskenään vaihdannaisia siten, että esimerkiksi neutroniikkaratkaisijan vaihtamisen ei pitäi- si vaikuttaa termohydrauliikka- tai polttoaineratkaisuun.

• Laskentajärjestelmän kehitykseltä halutaan alustavia stationääri- laskujen tuloksia mahdollisimman pian, mutta kytkentää tullaan todennäköisesti laajentamaan ajan kuluessa palamalaskuihin ja transienttimallinnukseen.

Lopulta suunnittelussa päädyttiin ns. ulkoiseen kytkentään, jossa jokainen ratkaisija toimii omana ohjelmanaan, jotka vaihtavat tietoa vain Cerberus-nimisen multifysiikkakomponentin kanssa. Viestintä kulkee socket-rajapinnan kautta, mikä mahdollistaa erillisten ohjelmien välillä tiedostorajapintaa nopeamman tiedonsiirron. Cerberus hoitaa eri ratkai- sijoiden käynnistämisen, kytketyn ratkaisun ohjaamisen sekä kenttien siirron ratkaisijoiden välillä. Kunkin ratkaisijan täytyy osata keskustella ainoastaan Xxxxxxxxxxx kanssa. Tätä kytkentälähestymistapaa on ha- vainnollistettu kuvassa 1, johon on sisällytetty jo valmistuneita ja vielä suunnitteilla olevia kytkentöjä.

Cerberus itsessään on vielä ratkaisija-tiedoton. Se tarjoaa työkalut ratkaisijoiden, kenttien ja kytketyn ratkaisun määrittelemiseen, mutta ei

ATS Ydintekniikka 4| 2020 Vol. 49 27

TIEDE JA TEKNIIKKA

AJANKOHTAISTA

900

850

800

750

700

650

600

0 20 40 60

X-koordinaatti (cm)

900

850

800

750

700

650

600

0 20 40 60

X-koordinaatti (cm)

Y-koordinaatti (cm)

Polttoaineen lämpötila (K)

Y-koordinaatti (cm)

Polttoaineen lämpötila (K)

Kuva 2. Pienreaktorin sydämen polttoaineen lämpötilajakauma SuperFINIXillä ratkaistuna. Kuvassa keskiarvoistetut ja- kaumat nipputasolle (vasen) ja sauvatasolle (oikea), missä jakaumat ovat peräisin samasta SuperFINIX-mallista.

varsinaisesti tiedä mitä fysiikan ongelmia eri moduulit ratkaisevat tai mikä kytketty ongelma on ratkaistavana. Käyttäjä pystyykin Cerberuksen avul- la luomaan omat kytketyt ratkaisunsa. Kukin ratkaisijamoduuli paljastaa Cerberukselle tiedot tulos- ja syöttökentistään ja muuttujista, jolloin näitä voidaan lukea ja muokata laskun aikana Cerberuksesta.

Käytännössä esimerkiksi reaktorisydämen mallinnusta varten Cerberuksen pohjalta rakennetaan sovelluskohtainen sydänsimulaat- tori, jossa tiedetään mitä fysiikoita ratkaistaan ja jopa mikä neutroniik- karatkaisija on kulloinkin käytössä. Cerberus mahdollistaa sen, että eri ratkaisijoiden tulossuureet ovat käytettävissä sydänsimulaattorissa ja niiden pohjalta voidaan laskun aikana muokata muiden ratkaisijoi- den syöttösuureita.

Kansalliset ja kansainväliset tutkimusohjelmat mahdollistajina

Kraken-kehitystä koordinoidaan tällä hetkellä SAFIR2022-ohjelman LONKERO-nimisessä excellence-projektissa, jonka kunnianhimoisena nelivuotistavoitteena on yhdistää alun perin erilliset ratkaisijat käyttökel- poiseksi käyttöjakson ja transienttien mallinnustyökaluksi. Parhaillaan meneillään on projektin toinen vuosi, joka keskittyy kytkettyyn palamalas- kentaan ja sitä kautta käyttöjakson mallinnukseen. Aikariippuvien irtosy- dänlaskujen vaatimat toteutukset ja tällaisten transienttien demonstrointi ovat vuorossa ensi vuonna (2021), ja viimeisenä vuonna (2022) fokus siirtyy transienttimallinnukseen piiri- ja laitosmallikytkennällä.

Krakenin lonkerot ulottuvat useaan muuhunkin SAFIR2022-oh- jelman projektiin, jotka tukevat osaltaan Kraken-kehitystä. Esimerkiksi INFLAME-projektissa kehitetään Krakenissa käytettävää FINIX- polttoaineratkaisijaa, ja CATS-projektissa toteutetaan kytkentää Krakenin ja TRACE-ohjelmiston välille ja muotoillaan moderneja tapo- ja termisten marginaalien laskemiseksi. CFD4RSA-projektissa puoles- taan kehitetään OpenFOAM-pohjaista porositeettiratkaisijaa, jota myös tullaan hyödyntämään Krakenissa.

XXXXXxx lisäksi Xxxxxxxxx tutkimus- ja koulutusohjelma on edel- leen merkittävässä roolissa Kraken-kehityksessä ja -kelpoistuksessa. Serpentin osalta kytkettyä laskentaa päästiin harjoittelemaan jo McSAFE projektissa (2017–2020), jossa osoitettiin mahdollisuus mallintaa to- dellisia käyviä reaktoreita polttoainesauvatason resoluutiolla kytkemällä Monte Carlo -neutroniikkaratkaisija alikanavatason termohydrauliikkaan ja edelleen sauvaeroteltuun polttoaineratkaisuun.

Tänä syksynä alkanut jatkoprojekti McSAFER (2020–2023) on Kraken-laskentajärjestelmälle todellinen testi, kun laskentajärjestel- män eri laskentaketjuilla mallinnetaan NuScale-pienreaktorikonseptin käyttöjaksoa ja transientteja. Projektin tavoitteena on selvittää miten yh- täältä perinteiset voimayhtiöiden työkalut (kuten CASMO/SIMULATE tai WIMS/PANTHER) tai toisaalta tuoreemmat kehittyneet laskentajärjestel- mät (kuten Kraken) selviävät pienreaktorien transienttimallinnuksesta. Mukana onkin eurooppalaisten tutkimusorganisaatioiden (VTT, CEA, UJV Rez, ym.) lisäksi teollisuuden edustajia kuten Preussenelektra, Tractebel ja Jacobs.

Vanhoja ja uusia sovelluksia

Krakenin selkein käyttötarkoitus tulee olemaan riippumattomien deter- minististen turvallisuusanalyysien tekeminen, mikä tarkoittaa erityisesti transienttilaskentaa ja turvallisuusparametrien arviointia. Krakenia ei kuitenkaan kehitetä pelkästään tällaisia laskuja varten. Erityisesti seu- raavaan reaktorisukupolveen liittyen Krakenia halutaan soveltaa sekä uusien reaktorikonseptien käyttöjaksomallinnuksen varmentamiseen (jakson pituus, reaktiivisuuskertoimet, sulkumarginaalit ym.), mutta myös uusien reaktorikonseptien suunnitteluun.

Erityisesti uusien reaktorikonseptien mallinnuksessa on tärkeää kye- tä käyttämään vähäisen kokeellisen datan lisäksi laskennallista kelpois- tusta. Krakenin ratkaisijoiden modulaarisuus ja vaihdannaisuus mah- dollistaa yksinkertaisempien ratkaisijoiden kelpoistuksen tarkemmilla ratkaisijoilla osana reaktorisydämen kytkettyä mallinnusta.

28 ATS Ydintekniikka 4 | 2020 Vol. 49

4 | 2020

min/max: -0.32 % / 0.15 %

0.30

0.20

0.10

0.00

-0.10

-0.20

-0.30

0 20 40 60

X-koordinaatti (cm)

Y-koordinaatti (cm)

Sauvatehon suhteellinen ero (%)

Kuva 3. Nipputasolle keskiarvoistettujen polttoaineen lämpötilojen vaikutus Serpentin ennustamaan sauvatehojakaumaan käyttäen referenssinä sauvatasolle keskiarvoistettuja polttoaineen lämpötiloja.

Kraken onkin otettu välittömästi käyttöön VTT:n sisäisessä projektis- sa, jossa kehitetään matalan lämpötilan ja paineen pienreaktorikonsep- tia suomalaiseen kaukolämmöntuotantoon. Krakenia on hyödynnetty reaktorisydämen suunnittelussa käyttöjakson pituuden arviointiin, la- taussuunnitteluun, säätösauvasuunnitteluun sekä reaktiivisuuskertoi- mien, säätösauvan arvojen ja sulkumarginaalien laskemiseen käyttö- jakson eri vaiheissa.

Alamme huippuyliopistoissa uusien reaktorikonseptien suunnittelu oppilastyönä on pikemminkin sääntö kuin poikkeus. Suomessa ei täl- lä hetkellä ole omia työkaluja tehdä vastaavia projekteja yliopistokou- lutuksen osana, mutta Kraken pystyy vastaamaan tähän ongelmaan erityisesti muokattavuudellaan. Kurssiprojekteja varten voidaan eri fy- siikoiden ratkaisemiseen käyttää yksinkertaistettuja ratkaisijoita, jotka voidaan haluttaessa kehittää kurssityönä.

Uusien työkalujen myötä voidaan nähdä myös uudenlaisia sovelluk- sia. Muutamat mielenkiintoiset lähinäköpiirissä olevat sovellukset juon- tuvat oikeastaan nodaalineutroniikkaratkaisija Antsin uusista kyvyistä verrattuna aiempiin ratkaisijoihin.

Antsiin toteutettu laskennan aikainen sauvatehorekonstruktio mah- dollistaa sauvatasoisten turvallisuusparametrien laskemisen suoraan perusratkaisun aikana, etenkin jos eri sauvoille lasketaan erilliset polt- toaineratkaisut ja jäähdytteen virtaus ja lämmönsiirto ratkaistaan alika- navatasolla. Reaktorisydämen polttoaineratkaisua varten kirjoitettiinkin nopeasti SuperFINIX niminen polttoainemoduuli, joka jakaa sydän- tason polttoaineratkaisun sadoiksi tai tuhansiksi yksittäisiksi FINIX- ratkaisuiksi halutusta resoluutiosta riippuen ja kerää polttoaineratkaisun tulokset halutulle resoluutiolle esimerkiksi sauva- tai nippuerotellusti. Alikanavatason termohydrauliikkakytkennästä saatiin huomattavasti ko- kemusta McSAFE EU-projektissa, jossa sauvatasolla kytketyillä Serpent- SUBCHANFLOW-TRANSURANUS laskuilla mallinnettiin kahden eu- rooppalaisen painevesilaitoksen ensimmäistä käyttöjaksoa (pre-Konvoi ja VVER-1000). McSAFE-projektissa, joka alkoi 2017, kytkentä ei vielä tapahtunut Krakenin kautta.

SuperFINIX suunniteltiin jo alun perin Kraken-filosofian mukaan joustavaksi siten, että sama SuperFINIX-malli kykenee ottamaan vas- taan tehojakaumia ja antamaan polttoaineen lämpötilajakaumia mo- nella eri tasolla – erityisesti nipputasolla, sauvatasolla ja sauvan sisällä säteittäisinä jakaumina. Näitä kykyjä testattiin mallintamalla Serpent- SuperFINIX kytkennällä kaikki sauvat erotellen, mutta takaisinkytken- täkenttiä siirrettiin ratkaisijoiden välillä joko tarkkoina sauvan sisäisinä jakaumina tai sauva- tai nipputasolle keskiarvoistettuna. Kuvassa 2 on esitetty SuperFINIXin polttoaineen lämpötilaratkaisu nipputasolle (vasen) ja sauvatasolle (oikea) keskiarvoistettuna. Nipputasolle keski- arvoistettujen jakaumien käytön vaikutukset ennustettuun sauvateho- jakaumaan on esitetty kuvassa 3.

Toinen Antsiin implementoitu menetelmäkokonaisuus, mikrodeplee- tio, mahdollistaa reaktorisydämen eri materiaalien nuklidisisältöjen seu- raamisen käyttöjakson aikana. Perinteisesti tätä lähestymistapaa on käytetty huomioimaan fissiomyrkkyjen (xenon ja samarium) vaikutus neutroniikkaratkaisuun, mutta samaa lähestymistapaa voi käytännössä soveltaa myös polttoaineen, säätösauvojen ja reaktorisydämen raken- nemateriaalien aktiivisuusinventaarin laskemiseen. Mikäli vertailulaskut Serpentiin osoittavat, että inventaarit lasketaan riittävän oikein, Antsia pystytään soveltamaan aktiivisuuslaskennan yhtenä työkaluna tuot- tamaan ensimmäisen arvion eri aktiivisuusinventaareista normaalin käyttöjakson mallinnuksen sivutuotteena.

Tekemällä oppii

Krakenin rakentamisella on tärkeä osa suomalaisen reaktorimallin- nusosaamisen uudistamisessa. Siinä missä parhaillaan eläköityvä osaajasukupolvi pääsi oppimaan rakentaessaan tällä hetkellä käy- tössä olevia reaktorimallinnuksen työkalujamme, seuraava sukupolvi pääsee rakentamaan ammattitaitoaan ja työkalujaan samaan tapaan. Turvallisuusanalyysejä tehtäessä on tärkeää, että tekijät tuntevat työ- kalujensa vahvuudet ja heikkoudet mahdollisimman hyvin, ja Kraken-

ATS Ydintekniikka 4| 2020 Vol. 49 29

TIEDE JA TEKNIIKKA

AJANKOHTAISTA

kehityksen tärkeänä alullepanijana olikin tarve säilyttää lähdekooditason asiantuntemus niistä työkaluista, joilla deterministisiä turvallisuusana- lyysejä VTT:llä tehdään.

Krakenin parissa työskentelevät VTT:läiset ovatkin nuoria, enimmäk- seen jatko-opiskelijoita, jotka pääsevät hyvin konkreettisesti vaikutta- maan siihen minkälaisilla työkaluilla haluavat tulevaisuudessa analyy- sejään tehdä.

Kraken on modulaarisuutensa vuoksi erinomainen mahdollistaja tutkimusprojekteille, sillä sen eri ratkaisijoiden parista löytyy monen eri fysiikan tutkimusaiheita ja ratkaisijoiden vaihdannaisuus tarkoittaa sitä, että uusien moduulien ottaminen mukaan ratkaisuun on helppoa.

Äärettömään ja sen ylitse

Nykysuunnitelmien mukaan vuoden 2022 lopussa Kraken tarjoaa pe- rustoiminnallisuudet stationääri-, käyttöjakso- ja transienttimallinnuk- seen useamman eri laskentaketjun turvin. Monia kehittyneempiäkin toiminnallisuuksia on jo nyt saatavilla ja laskentaketjujen kelpoistus on alkanut siten, että ensimmäiset kelpoistustulokset ovat valmistuneet

käyttöjakson mallinnuksesta, irtosydäntransienteista sekä laitosmalli- kytkennällä lasketuista transienteista.

Tällä hetkellä vaikuttaa siltä, että neljässä vuodessa todellakin on mahdollista edetä stationäärilaskuista käyttöjakson mallinnuksen kautta irtosydän- ja lopulta laitostransientteihin, mutta kehitystyöstä suuri osa kohdistuu selkärangattoman lonkeroeläimen mukaan nimetyn lasken- tajärjestelmän perustoiminnallisuuksien eli selkärangan rakentamiseen. Erityisesti kelpoistamisessa päästään pikemminkin pitkän tien alkuun kuin maaliin, ja eri reaktorityyppien mielenkiintoisiin yksityiskohtiin ei varmastikaan ehditä paneutua niin paljolti kuin tulee olemaan tarpeen. Kehittyneempien ominaisuuksien ja uusien sovellusten osalta pystytään varmasti toteuttamaan ensimmäiset demonstraatiot, mutta varsinaisten sovelluskohteiden löytäminen teollisuuden puolelta tapahtunee suurilta osin tulevaisuudessa.

Tehtävää ja opittavaa siis riittää vielä vuosiksi ja vuosikymmeniksi. Yhtenä haasteena onkin pitää laskentajärjestelmän kehitys ja siihen liittyvä asiantuntemus elinvoimaisena, kun alun suuret kehityspanokset on tehty ja Krakenin käyttö muuttuu rutiininomaisemmaksi.

Kirjoittaja

TkT Ville Valtavirta

Erikoistutkija Teknologian tutkimuskeskus VTT Oy

xxxxx.xxxxxxxxxx@xxx.xx

30 ATS Ydintekniikka 4 | 2020 Vol. 49

4 | 2020

Väitös: Ydinvoimalaitosten rakenne-

materiaalien korroosiotestaus ja mallintaminen ylikriittisessä vedessä

Xxxx Xxxxxxxx Teknologian tutkimuskeskus VTT Oy

Ydinenergian tuotantoon liittyvät vaatimukset paremmalle polttoainetehokkuudelle ja turvallisuudelle ajavat uudenlaisien innovaatioiden esiintuloa esimerkiksi kehitettäessä neljännen sukupolven (Gen IV) laitoksia. Väitös- kirjassa tutkittiin kokeellisesti polttoaineen suojakuorimateriaalien kestävyyttä eräässä Gen IV -konseptissa.

Demands for better fuel efficiency and safety in nuclear power generation are driving the emergence of new in- novations, such as the development of fourth generation (Gen IV) plants. The durability of fuel cladding materi- als in the conditions of a Gen IV reactor were studied in this dissertation.

Yleisesti ottaen Gen IV -reaktorit käyttävät polttoainetta tehokkaammin verrattuna nykyisiin kevytvesireaktoreihin johtuen suljetusta polttoai- nekierrosta, korkeammasta palamasta, paremmasta termisestä hyö- tysuhteesta tai näiden yhdistelmästä. Näistä Gen IV -konsepteista ylikriittisen veden reaktori (Supercritical Water Reactor, SCWR) on ainoa, joka käyttää vettä jäähdytteenä.

Kuva 1 esittää lämpötilat ja komponenttien suurimmat ”end-of-li- fe”-säteilyannosalueet tulevaisuuden Gen IV -laitoksille ja fuusiokon- septille verrattuna nykyisiin II- ja III-sukupolven kevytvesireaktoreihin. Säteilyn aiheuttamaa mikrorakenteen vaurioitumista kuvataan materi- aalitekniikassa tyypillisesti dpa-suureella (displacement per atom), joka kertoo, kuinka monta kertaa hilapaikaltaan siirtymisiä per atomi syntyy tietyllä altistumisajalla ja vuolla.

Korroosio ylikriittisen veden haasteena

Yleinen korroosio on yksi merkittävimmistä materiaalien vanhenemis- mekanismeista ylikriittisen veden olosuhteissa. Kirjallisuudessa on käsi- telty laajasti vaihtoehtoisia kandidaattimateriaaleja SCWR:n komponen- teille. Yleensä tutkimukset on suoritettu hyvin erilaisissa olosuhteissa ja tuloksien vertaaminen keskenään on haastavaa. Tässä työssä selvitettiin materiaalien käyttäytymistä ylikriittisen veden olosuhteissa ja tuloksilla pyrittiin täydentämään kirjallisuuden tietoaukkoja. Erityisesti keskityt- tiin erilaisten potentiaalisten suojakuorimateriaalien käyttäytymiseen

Kuva 1. Tulevaisuuden Gen IV -laitosten ja fuusiokonseptin lämpöti- lat ja ”end-of-life”-säteilyannosalueet reaktorin sisäosille verrattuna II- ja III-sukupolven kevytvesireaktoreihin [1].

ATS Ydintekniikka 4| 2020 Vol. 49 31

AJANKOHTAISTA

TIEDE JA TEKNIIKKA

ylikriittisessä vedessä aina 700 °C lämpötilaan asti käyttäen erilaisia karakterisointimenetelmiä ja mallinnusta.

Polttoaineen suojakuoren arvioitu maksimilämpötila on noin 620– 630 °C eurooppalaisessa konseptissa ja voi nousta aina 850 °C asti kanadalaisten CANDU-tyyppisessä SCWR-konseptissa. Tämä työ kes- kittyi pääasiassa eurooppalaiseen konseptiin, jolloin suojakuorimateri- aalin lämpötilatavoitteeksi asetettiin 650 °C EU-projektin HPLWR (High Performance Light Water Reactor) analyysituloksiin perustuen.

Suunnittelukriteerit suojakuorimateriaalin vaatimuksille lähtevät liik- keelle olettamuksesta, että suojakuori ei voi vikaantua arvioidussa mak- similämpötilassa. Suojakuoren vikaantuminen korroosion näkökulmasta voi tapahtua joko 1) yleisenä korroosiona läpi seinämän vahvuuden,

2) oksidin kerrostumisesta ja lämmön siirron häiriintymisestä tai 3) jännityskorroosion johdosta. Muita vaikuttuvia tekijöitä ovat esimerkik- si mekaaniset ominaisuudet ja säteilyn vaikutus, mutta nämä jätettiin huomiotta tässä työssä kuten myös oksidifilmin kerrostumisesta johtu- vat ilmiöt ja jännityskorroosio. Pääpaino oli näin ollen yleiseen korroo- sioon liittyvissä haasteissa.

Komponenteille, joiden operointilämpötilat ovat yli 300 °C ja joiden säteilyannokset ovat useita dpa:ta, kandidaattimateriaalit ovat joko fer- riittis-martensiittisia teräksiä tai perinteisiä austeniittisia teräksiä. Nämä teräkset eivät kuitenkaan ole soveltuvia ylikriittisessä vedessä yli 500 °C lämpötiloissa johtuen liian suuresta korroosionopeudesta. Koetuloksien perusteella on selvää, että rakennemateriaalissa vaaditaan korkeampi kromipitoisuus (yli 20 paino-%), jotta saavutetaan suojaavan oksidifil- min muodostuminen käyttölämpötilassa.

Korroosioon vaikuttavia tekijöitä on useita

Tutkimustyön perusteella voidaan todeta, että materiaalien käyttäyty- miseen vaikuttavia tekijöitä yleisen korroosion näkökulmasta ovat pe- rusaineen koostumus, lämpötila ja näytepinnan esikäsittely. Perinteiset zirkoni-seokset (Zry-4, Zry-2, Zirlo, Zr-Nb jne.), jotka ovat laajalti käytös- sä kevytvesireaktoreissa, sekä austeniittiset ruostumattomat teräkset, joiden kromipitoisuudet jäävät alle 20 paino-%, eivät saavuta polttoai- neen suojakuorelle vaadittavaa korroosiokestävyyttä.

Austeniittisten ruostumattomien terästen korroosiokestävyyttä voi- daan tuloksien perusteella kuitenkin parantaa kylmämuokkaamalla materiaalin pintaa, vaikkakin kylmämuokkauksen positiivisen vaikutuk- sen kestoa ei toistaiseksi tiedetä. Kuvassa 2 on esitetty zirkonipohjaisen näytteen jäänteet (a) ja kolme eri tavoin pintakäsiteltyä austeniittisesta ruostumattomasta teräksestä valmistettua kuponkinäytettä (b) ylikriit- tisessä vedessä altistamisen jälkeen.

Kylmämuokkauksen positiivinen vaikutus perustuu kromin nopeam- paan diffuusioon materiaalin näytepintaan lisääntyneiden diffuusiopol- kujen ansiosta. Austeniittisen ruostumattoman teräksen 316L korroo- siokestävyyttä tutkittiin altistamalla näytteitä aina 3000 h asti 650 °C lämpötilassa. Kuvan 2b perusteella voidaan sanoa, että altistuskokei- den tulokset olivat lupaavia kylmämuokkausasteen kasvaessa näytteen pinnalla (#1 < #2 < #3), jolloin korroosionopeus pieneni vastaavasti kertaluokkaa alaspäin. Tämä havainto poissulkee kuitenkin useat ydin- voimalaitoskäyttöön jo lisensioidut materiaalivaihtoehdot niiden ollessa tyypillisessä lähtötilassaan. Avoimia kysymyksiä ovat erityisesti kylmä- muokkauksen vaikutus materiaalin pinnan jännityskorroosioherkkyy- teen kuten myös pidempiaikaisen altistumisen vaikutus korroosion kes- tävyyteen yli 10 000 h altistusajoilla.

Toisaalta teräkset, joiden kromipitoisuus ylittää 20 paino-%, sekä nikkelipohjaiset seokset ja oksididispersiolujitetut (Oxide Dispersion Strengthened, ODS) teräkset ovat osoittaneet myös käyttökelpoisuu- tensa, mikä todettiin myös tämän työn puitteissa. Merkittäviä rajoituk- sia näiden materiaalien käyttöönotossa liittyy perusaineen korkeaan kromi- ja nikkelipitoisuuteen sekä materiaalien liitettävyyteen. Korkea kromipitoisuus austeniittisissa ruostumattomissa teräksissä alentaa vi- rumiskestävyyttä, korkea nikkelipitoisuus puolestaan vaikuttaa epäedul- lisesti reaktorisydämen neutroniikkaan, ja ODS-teräksillä liitoskohdan lujuusominaisuudet ovat tyypillisesti perusainetta huonommat.

Tutkimustuloksia mallinnettiin ylikriittisen veden olosuhteissa

Yleisen korroosiokestävyyden arvioimiseksi kehitettiin ja sovellettiin myös niinsanottua MCM-menetelmää (Mixed Conduction Model), jolla

a) b)

Kuva 2. a) Zr-2.5Nb kuponkinäytteen jäännökset pienessä muovirasiassa 100 h autoklaavikokeen jälkeen (600 °C/25 MPa). b) Ruostumattoman te- räksen 316L kuponkinäytteet 600 h altistuksen jälkeen (650 °C/25 MPa). Näyte #1 pintakäsittelemätön 316L kuponkinäyte, jossa korroosionopeus on liian suuri suojakuorimateriaalille. Pinnaltaan kylmämuokatut näytteet #2 ja #3 osoittavat kertaluokkaa parempaa korroosiokestävyyttä muodostaen kromirikkaan suojaavan oksidifilmin näytteen pintaan [2].

32 ATS Ydintekniikka 4 | 2020 Vol. 49

Kuva 3. Oksidifilmin paksuuden kehittyminen ajan funktiona yli- kriittisessä vedessä (650 °C/25 MPa) kokeellisesti määritettynä GDOES (Glow Discharge Optical Emission Spectroscopy) -syvyys- profiilista (mustat symbolit) sekä verrattuna MCM-mallin antamiin tuloksiin (valkoiset symbolit) noin 20 paino-% kromia sisältäville ODS-teräksille PM2000 ja MA956 [3].

4 | 2020

määritettiin valittujen materiaalien pitkäaikaiskäyttäytymistä ylikriittisen veden olosuhteissa. Mallin avulla pystyttiin määrittämään rakennema- teriaalien pitkän aikavälin korroosiokestävyyttä ja lupaavimmat tulokset saatiin noin 20 paino-% kromia sisältävillä ODS-teräksillä. Muodostuvan suojaavan oksidifilmin paksuus jäi noin 1 µm luokkaan 2 000 h altistuk- sen jälkeen. Kokeelliset tulokset tukivat mallinnuksesta saatuja arvioita, kuten kuvassa 3 on esitetty.

Materiaalien mallintaminen ylikriittisen veden olosuhteissa antoi uut- ta ymmärrystä siihen, miten rakennemateriaalien korroosio kyseisessä ympäristössä todennäköisesti tapahtuu ja miten sitä voidaan mallin- nuksen kautta selittää. Tuloksista on kuitenkin vielä matkaa siihen, että kyseisiä materiaaleja voidaan hyväksyttää ydinvoimalaitoksien suoja- kuorisovelluksiin.

Väitöskirja on hyväksytty Aalto-yliopistossa 22.5.2020.

Viitteet

[1] D. Xxxxxxx, X. Novotny, Supercritical water-cooled reactor materials – Summary of research and open issues, Progress in Nuclear Energy 77 (2014) 361–372

[2] S. Penttilä, Structural materials corrosion testing and modelling assessment in supercritical water, Aalto University publication series, Doctoral Dissertations 70/2020, xxxxx://xxxxxxxx.xxxxx.xx/xxxxxxxxx/xxxxxx/000000000/00000/xxxx0000000000000.xxx

[3] S. Xxxxxxxx, X. Xxxxxx, X. Xxxxxxx, X. Xxxxxxxx, X. Toivonen, Oxidation Parameters of Oxide Dispersion-Strengthened Steels in Supercritical Water, Nuclear Engineering and Radiation Science 2 / 011017-1 (2016), DOI: 10.1115/1.4031127

Kirjoittaja

TkT Xxxx Xxxxxxxx

Tiimipäällikkö Teknologian tutkimuskeskus VTT Oy

xxxx.xxxxxxxx@xxx.xx

ATS Ydintekniikka 4| 2020 Vol. 49 33

AJANKOHTAISTA

PAKINA – YDINVOIMAN VANKINA

Ydinsähköä

– ei enää kiitos

Neuvostoliittolaisten, saksalaisten, amerikkalaisten ja suomalaisten hääriessä yhdessä valtiollisen XXXx johdolla valmistui ainutlaatuinen Loviisa 1 -reaktoriyksikkö, kuvassa va- semmalla, aikanaan kuudessa vuo- dessa (kuva: Fortum).

ESKITETYSTI SUURILLA YKSIKÖILLÄ

tuotettu sähkö on kallista, vaikka siirto- verkon ylläpito ei enää rasita tuottajia. Tuleeko ydintekniikan alalla yllätyksenä, että valtioiden rahahanasta valuu hunajaa pien- voimaloiden tutkijoille ja vihertävästi johdettu valtio suosii pientä, myös pieniä ydinvoimaloi- ta. Pääomia vaativa ydinvoima on henkitoreis- saan sähköpörssin ansaintalogiikalla, ja ydin- sähkö on liian kallista myyntiin. Onneksi tässä lehdessä voi vielä muistella ydintekniikan alan

lähihistoriaa ja suuria linjoja Suomessa.

Noin viisikymmentä vuotta sitten yhteis- kunta panosti ydinvoiman osaamiseen. Suomalaista osaamista ruokkiva idän insi- nööriprojekti sekä teollisuuden rahapiirien vanhasta emämaasta tilaama länsiprojek- ti nostivat Suomen ydinvoimatietämyksen ja projektirakentamisen osaamisen uudelle ta- solle. Projektit ja viranomaisten vaihto ”rapa- kon taa” oppiin toivat maahan itse viritetyt tai Ruotsissa jalostetut ydinvoiman turvallisuus- ja lupamallit, joiden taso ylitti alkuperäisen läh- teensä. Osaamista syntyi yhdistämällä puun ja paperin tuotannon huippuosaaminen ja pro- jektimallit ydinvoiman vaateisiin.

Lupaavan ja seksikkään ydintekniikan alan toimijoiksi valikoituvat ikäluokkien innok- kaimmat ja lahjakkaimmat nuoret insinöörit. Maahan syntynyttä tekniikan ja projektien osaamista hyödynnettiin 30 vuotta puunja- lostusteollisuudessa, raskaassa teollisuudes- sa ja jopa voimalaitosrakentamisen viennissä. Ydinvoimaprojektien luomaa osaamista ulos- mitattiin 30 vuotta, pohtimatta mitä se oli ja miksi tuo osaaminen oli saatu aikaan!

Jo 1970-luvulla mausteensa soppaan antoi- vat ydintekniikan hankkeisiin kuuluva poliit- tinen ja teollisuuspoliittinen peli. Kehityksen aikakauden loppuessa 1990-luvulla politiikan valtaapitävät loivat Fortumin. Näin itsenäises- ti toimivasta ja poliittista ohjausta tottelemat- tomasta IVOn johdosta sekä Xxxxxxx inves- tointitoiminnan ongelmista päästiin eroon. Yhdistettiin kaksi yhtiötä, joista toisella oli yli-

suuret investoinnit ja toisella ylisuuri kassa. Uudelle yhtiölle valittu pörssikehitys tarkoitti tulevaisuuden tekniikkaan suunnattujen ke- hitysrönsyjen ja tutkimuspanoksien leikkaa- mista.

Kaksinapaisen konsernin johtoon palkat- tu metsuri käytti yhtiöstä sahattujen oksien myynnistä saatua kassaa laajennuksiin naa- purimaihin. Noissa maissa johdon kieli oli tuttu ja metkut tunnettiin vanhastaan. Myös insinööriosaamista ylläpitäneestä voimalaitos- ten rakentamisesta ja kohta myös voimalai- tosten palvelumyynnistä ulkomailla luovuttiin. Insinöörityön kasvattamat monihaaraiset oksat ja kustannukset karsittiin, henkilöstö tasapäis- tettiin, sähköverkko ja sen ylläpito ulkoistettiin. Liiallinen osaaminen ulkoistettiin.

Optio-osaajat ja ulkomaiset omistajat is- kivät sähkön tuotantoon kuin korppikotkat haaskalle. Oli luotu uljas poliitikkojen xxx- xxxxx ohjaama rahasampo, joka imi moder- nin sähköpörssin hinnoilla sähkön käyttäjän rahat omistajien, myös valtio-omistajan pus- siin. Optioleikeissä syntynyt uusi sähköverk- koyhtiö taas pitää yllä minimitarpeen mukaista palvelutasoa. Haja-asutusalueiden jakelukat- kosten estäminen ja korjaaminen on optimoi- tu vastaamaan alueellisen monopoliaseman mukaista tasoa. Pimeässä ja kylmässä kodis- saan verkkoyhtiön palvelunumeroon jonottava kuluttaja voi vain pohtia: ”Poltanko talon vai pissaanko housuun, molemmat lämmittävät hetken!”

Osa poliittista taustaohjausta ovat aina olleet toimet, joilla ydinsähkön hinta Suomessa py- ritään saamaan ylös. Korkeamman hinnan on uskottu johtavan uusiutuvien energia- lähteiden eli tuulen, auringon, maakuntien puun ja biopolttoaineiden käytön kannatta- vuuden nousuun ja uusiin rahavirtoihin nii- den tuotantoketjuun. Tämän avuksi tuulimyl- lyjen ja aurinkovoiman tekninen kehitys on muuttanut ne kannattaviksi. Tämä kehitys toteuttaa aiottua energiantuotantopohjaista tulonsiirtoa. Toisaalta uusiutuvien tuotanto-

muotojen voimakas tukeminen on halpuut- tanut sähkön tukkuhinnan koko pohjoisessa Euroopassa.

Poliittinen ohjaus ja uusiutuvia energia- lähteitä tukeva linjaus huipentui Fortumin Loviisa 3 -hankkeen luvan epäämiseen vuon- na 2010. Päätöksellä sähkön kuluttajahinta pyrittiin betonoimaan ylös ja ohjaamaan valit- tua uusiutuvien rakentamista sekä varmista- maan alueellisiin tulonsiirtoihin sopiva hanke: biovoima pääkaupunkiseudun kaukolämmön tuotannossa. Toivottavasti päättäjät muistivat, että hiilidioksidia syntyy aina poltettaessa. Hiilidioksidi ei huomaa, syntyykö se uusiu- tuvan vai fossiilin aineen polttamisesta. Tuo päätös sulki pois helpon ja halvan mahdolli- suuden saada Helsingin alueen kaukolämpö tuotettua ilman hiilidioksidin syntymistä.

Tehdystä lupapäätöksestä seuranneet hankkeiden vaikeudet ilman Fortumin osaa- mista ja tukea oli helppo arvata. Toinen laitos- hankkeista raukesi kokonaan ja toinen toivoo ja rukoilee rakentamislupaa vuonna 2021 tai sen jälkeen. Vuoden 2010 poliittinen valinta oli myös valinta kotimaan huippuosaamiseen perustuvan tai avaimet käteen tarjottavan ydinvoiman välillä. Laitosavaimien odottelu on karistanut viimeisenkin seksikkyyden ydin- voimainsinöörin hommista.

Suuremmalla poliittisella kentällä näkyy se, että Euroopan laitostoimittajille on hankkeiden valmistumista tärkeämpää sulkea aasialaiset kilpailijat ulos Euroopan markkinoilta. Energia- alalla ja kaikissa suurissa hankkeissa on linkki rahoja laskevan johdon ja hommia tekevien asiantuntijoiden välillä katkennut. Moni omis- taja voisi etsiä pätevän projektijohdon, joka noudattaisi Xxxx Xxxxxxxxx -metodia: ”Leave me alone, I know what I’m doing”.

Ydinvoimaprojekteissa säännöstöperustan liikkuminen korostaa omapäisen osaamisen tarvetta. Hyvä projektijohto aloittaa korjaavat toimet tunneissa eikä kuukausissa ja tekee sen ilman viranomaisen harhaan ohjausta. Mutta ilman nopeita päätöksiä väärä info le-

34 ATS Ydintekniikka 4 | 2020 Vol. 49

4 | 2020

viää aina läpi projektin ja saastuttaa kaiken kuin koronavirus tanssiklubilla.

Suomen ydinturvallisuusviranomainen on viime vuosina määrittänyt kaiken ydinvoi- malaitoksessa olevan turvallisuuden kannal- ta tärkeäksi ja vähintään kaksinkertaistanut valvonnan ja paperien tekemisen. Laitteiden turvallisuuden tarkastamisen sijaan kysytään: onko tekemisen suunnittelu varmasti aloitettu juuri viranomaisen esittämällä toimintatavalla? Tästä herää kysymyksiä: Mistä vaaditun toi- mintatavan tietää toimivan, kun sillä ei kos- kaan ole tuotettu tai edes suunniteltu mitään? Kuka tarkastaa riippumattomasti tulokset, kun viranomainen antaa toimintatavat ja siis joh- taa suunnittelua? Miten tämä kaikki parantaa turvallisuutta? Viranomainen on osaava, mutta ehkä ei erehtymätön?

Vaatimusten jatkuva kiristyminen herättää kysymyksen lupaviranomaisen vuosien var- rella kasvaneiden valtuuksien sopivuudesta. Vertaillaanpa ydinvoimahommia muuhun elä- mään! Onkohan siihen olemassa joku syy, miksi yksi ja sama viranomainen eli poliisi ei tee kaik- kea? Poliisihan voisi säätää autojen suunnittelu- säännökset ja opastaa lain laadinnassa, ohjeis- taa valmistusprosessit ja materiaalit, tarkistaa suunnittelijoiden koulutukset ja pätevyydet, hy- väksyä auton valmistustehtaat, valvoa valmis- tusta tehtaalla ja listata mitä malleja saa tuoda

maahan. Lopuksi voisi vielä ohjeistaa autojen käytön ja ajonopeudet, katsastaa autot, valvoa huollon riittävyyttä ja kuljettajien ajotaitoja.

Kuinkahan moni poliisikomisario tai pikku- paikan ”Reinikainen” edes haluaisi säätää au- tojen suunnittelusäännöksiä tai tieliikennelake- ja? Monessa maassa ydintekniikan säännökset tuotetaan asiantuntijaryhmissä. Niissä otetaan huomioon aiemmat kokemukset ja yleisen tek- niikan kehityksen antamat mahdollisuudet, ei vain valvontaviranomaisen mieltymyksiä, ko- kemuksia ja muita intressejä. Olisiko Suomen ydinvoimaohjeistoa arvioitava suomalaisesta ydinvoimayhteisöstä riippumattomien, oikei- den ydinalan asiantuntijoiden voimin?

Ydinvoiman rakentaminen oli 30 vuotta sitten Suomen parhaiden insinöörien avainosaa- mista, vaan ei ole enää. Ydinvoimayhtiöiden johdolle on ollut vaikea ymmärtää, että ydin- voimalaitosten käytön huipputason osaa- minen ei tuota rakentamisen osaamista. Projektiosaaminen vaikuttaa ydinvoimahank- keissa puuttuvan sekä toimittajalta että omis- tajalta. Eräskin omistaja on huvittavasti orga- nisoinut laitosprojektin käyttöorganisaation mallin mukaan.

Xxxxxxxx ydinvoimalaitosprojektissa opi- taan rakentamaan ydinvoimalaitos 20 vuoden pituisena iteratiivisena projektina. Pakolliset

ohjeistot vaativat muokkaamaan projektin ja toimittajien organisaatiot tämän suomalai- sen mallin mukaan. Prosessien seurauksena Suomen ydinalan yhtiöt menettävät osaami- sensa – enää ei tule ”kerralla valmista” kuten oli tarkoitus 1980-luvun voimalaitoshankkeis- sa. Nykypäivän ydinvoimaprojektissa vaadi- taan pitkää pinnaa ja raamatusta tuttua logiik- kaa: ”Xxxx heille anteeksi, sillä he eivät tiedä mitä tekevät”.

Suomen ydinvoimarakentaminen on pää- tynyt monimutkaisiin toimintamalleihin, jot- ka ovat kauhistus maailman ydinvoimateolli- suudelle. Toivottavasti näitä oppeja ei viedä muihin maihin. Monen liian kiltin, nuoren in- sinöörin kannattaisi pohtia noiden mallien ky- seenalaistamista tai alan vaihtoa.

Suomen ydinvoima-ala on täynnä projek- tikonkareita, jotka tarvittaessa kertovat miten ydinvoimaprojektia on tehtävä. Itse sitä huo- maamatta he jakavat oppia siitä, miten projek- tia ei pitäisi tehdä. Onneksi ydinvoimaloiden käyttö ja seisokkisuunnittelu vielä onnistuvat. Jo nyt Suomen pitkien ydinvoimaprojektien tehtävien kirjaaminen ansiolistaan johtanee kansainvälisessä työnhaussa ilmoitukseen: ”Pahoittelemme, mutta valintamme ei tällä kertaa kohdistunut Teihin”.

Ydininsinööri

ATS Ydintekniikka 4| 2020 Vol. 49 35

Palautusosoite:

Suomen Atomiteknillinen Seura

PL 78

02151 ESPOO

Osoitteenmuutokset:

xxxxxxxx@xxx-xxx.xx

KANNATUSJÄSENET

Document Metadata

Table of Contents

ATS

Document Metadata

ATS

ATS

Ydinsulkusopimus 50 vuotta

Reaktori­

mallinnuksen uudet tuulet

3D­tulostamalla voimalaitososia

Ydinsulkusopimus, NPT

A­Insinöörit Civil Oy

Fennovoima Oy

FinNuclear ry

Fortum Power and Heat Oy

Platom Oy

Pohjoismainen Ydinvakuutuspooli

Pohjolan Voima Oyj

Posiva Oy

Teknologian tutkimuskeskus VTT Oy

Teollisuuden Voima Oyj

TVO Nuclear Services Oy

Voimaosakeyhtiö SF Oy

Westinghouse

Document Metadata

Reaktori

3Dtulostamalla voimalaitososia

AInsinöörit Civil Oy