VTT:n ydinturvallisuustalo

VTT:n kuumakammioissa tutkimme säteilytettyjä materiaaleja ja teemme esim. vaurioanalyyseja. Kuumakammioita voidaan käyttää myös muussa tutkimuksessa, joka vaatii säteilysuojatun tilan. Kuumakammioiden seinät ovat paksua lyijytiiltä ja ikkunat lyijylasia, ja näytteitä sen sisällä käsitellään manipulaattorien avulla kammion ulkopuolelta käsin.

Tarjoamme seuraavia kuumakammiopalveluja:

• Standardisoitu mekaaninen testaus: vetokoe, iskukoe, kovuusmittaus (Vickers), murtumissitkeyskokeet
• Reaktoripaineastian (RPV) seurantanäytteiden ja muiden materiaalien mekaaninen testaus
• Säteilyvaurioiden ja -muutosten arviointi
• Säteilyhaurastumisen taustamekanismien tutkiminen
• Polttoaineen suojakuoren virumisen arviointi
• Aktiivisten materiaalien räätälöity tutkimus

Kevyesti suojatuissa kammioissa voidaan tehdä optisia mikroskooppitutkimuksia sekä valmistella näytteitä mikroskopiaa varten.

Vahvasti suojatulla vastaanottokammiolla voidaan avata kuljetussäiliöitä ja -kapseleita. Kammiossa on vaaka- ja pystyportit erikokoisille ja -muotoisille kuljetusastioille, jotka voivat painaa jopa 10 tonnia. Päähallissa on kaksi vierekkäistä riviä vahvasti suojattuja kammioita: näytteiden valmistuslinjasto ja mekaanisen testauksen linjasto.

Ydinturvallisuustalo täydentää VTT:n mikroskopiaosaamista pyyhkäisyelektronimikroskoopilla (SEM), kohdennetulla ionisuihkulla (FIB) ja läpäisyelektronimikroskoopilla (TEM). Näiden avulla voimme tutkia seuraavia seikkoja sekä säteilyttämättömissä että säteilytetyissä näytteissä:

• Säröjen ydintymispisteen määritys ja murtumatila, särön kasvu, mikrorakenteet, toissijaiset vaiheet, säröjen polku mikrorakenteessa
• Mikrorakenteellisten metriikoiden määrittely: rakeiden koko ja tekstuuri, faasijakaumat, koostumuksen kartoitus
• Rakeiden tarkka koostumuskartoitus
• Mikrorakenteiden tutkiminen nanotasolla
• Säteilyn materiaaleille aiheuttamien vikojen määritys
• Mikroskopianäytteiden valmistelu: valomikroskopian poikkileikkauksista FIB-nostoihin TEM:iä varten, metallista keramiikkaan, betonista polymeereihin

Rakennemateriaalien väsyminen on haaste ydinvoimalaitoksen suunnittelussa ja käytössä. VTT:n ratkaisut vähentävät epävarmuutta voimalaitoksen eliniän hallinnassa arvioimalla väsymistä simuloiduissa reaktoriolosuhteissa.

VTT:n FaBello-laite tuottaa simuloiduissa olosuhteissa tuloksia, jotka ovat suoraan vertailukelpoisia väsymissuunnittelukäyrien kanssa, jotka puolestaan määritetään vastaavilla kokeilla ilmaympäristössä. Niinpä pystymme mittaamaan suunnittelun kannalta merkityksellisiä käyttöympäristön vaikutuskertoimia. FaBello-laite on yhteensopiva ASTM E606 -standardin kanssa.

Voimme tarjota:

• Materiaalien kestoiän arviointi ydinvoimalaitoksen komponenteissa
• Materiaalien karakterisointi voimalan suunnittelun ja käytön tueksi
• Suunnittelukoodien mukaiset jännitysanalyysit ja koetulokset realistisissa olosuhteissa

Ympäristöturvallisuus vaatii kaasunäytteiden tunnistamista ja keskittymien mittauksia sekä analyysia partikkelien määristä, massan keskittymisestä ja koon jakautumisesta. Lisäksi se vaatii partikkelien ominaisuuksien analysointia esim. kemiallisissa yhdisteissä.

Tarjoamme kaasunäytteiden ja aerosolipartikkelien mittausta ja karakterisointia, kuten:

• Päästömittaukset ja välineiden testaus konventionaalisille voimalaitoksille
• Fissiotuotteiden kulkeutumisen ja kemian analyysi sekä primääripiiri- että eritystilanteissa onnettomuusskenaarioissa
• Arviointi suodatuslaitteiden kyvystä estää vuotoja ympäristöön
• Asiakaskohtaisesti räätälöidyt mittaukset ja näytteiden analysointi on- ja off-line

Meillä on kattava laitteisto sekä kaasu- että nestevaiheen aerosolien ja kaasunäytteiden karakterisoimiseen.

Radiokemian laboratoriossamme voimme auttaa sinua karakterisoimaan radioaktiivisten materiaalien alfa-, beta- ja gamma-aktiivisuuksia. Tarjoamme:

• Laadullisen ja määrällisen analyysin radionuklideista rakennemateriaaleissa, vedessä, ruoassa ja muissa säteilytetyissä tai saastuneissa materiaaleissa, luonnonmateriaaleissa (NORM) ja teollisesti käsitellyissä luonnonmateriaaleissa (TE-NORM)
• Aktivoituneiden ja kontaminoituneiden jätteiden, kuten käytöstäpoistossa syntyvän jätteen (pois lukien käytetty ydinpolttoaine) karakterisaatio
• Pintojen puhdistamisen testaus
• Komponenttien ja materiaalien säteilytys
• Näytteiden esikäsittely radiokemiallisiin ja alkuaineanalyyseihin mukaan lukien matriisien hajotus ja radionuklidien erotus
• Merkkiainetestit, joilla arvioidaan kuljetusmekanismeja, pintareaktioita ja päästölukuja

Mittauslaitteisiimme kuuluu nestetuikelaskin sekä alfa- ja gammaspektrometrit.

Onko teillä haastavia näytteitä, joita on vaikeaa liuottaa, tai joiden pitoisuudet ovat pienempiä kuin voitte nykyisellä analyysitekniikallanne havaita? Me olemme erikoistuneet vaikeisiin näytematriiseihin ja räätälöityihin ratkaisuihin. Havaintorajamme on niinkin alhainen kuin ng/l. Puhdastiloissamme pystymme toteuttamaan analyyseja hyvin pienistä epäpuhtausmääristä.

Räätälöityjen ratkaisujen lisäksi tarjoamme:

• Kvalitatiivinen monen alkuaineen analyysi (katso jaksollinen järjestelmä alla)
• Tuntemattomien näytteiden laadullinen ja puolikvantitatiivinen analyysi
• Isotooppianalyysit (esim. 6Li/7Li, 10B/11B, 229Th/232Th, 235U/238U)
• Näytteiden esikäsittely ISO5/6-puhdastiloissa tarpeen mukaan
• Radiokemialliset analyysit
• Alfa-, beeta- ja gammaspektrometrianalyysit

Yleiset näytetyypit:

• Nesteet: epäpuhtaudet vedessä ja erilaiset vesipitoiset näytteet
• Kiinteä aine: metallit ja metalliseokset, sedimentit, mineraalit, biologiset näytteet ja suodattimet

Tärkeimmät työkalumme:

• ICP-SF-MS (Inductively Coupled Plasma Sector Field Mass Spectrometer)
• SVDV ICP-OES (Synchronous Vertical Dual View Inductively Coupled Plasma Optical Emission Spectrometer)
• IC (Ion Chromatography)
• Esikäsittelymikroaaltouuni kiinteiden näytteiden hajotukseen (Single Reaction Chamber Microwave digestion unit)
• RAMAN-spektrometri yhdisteiden tunnistamiseen, yhdisteiden rakenneanalytiikkaan sekä reaktioiden seurantaan
• Hanskakaapit hapettomiin olosuhteisiin

Ydinvoimalaitoksen komponenttien ja rakenteiden eheys on äärimmäisen tärkeää, ja myös ulkoisiin uhkiin on varauduttava. Törmäystestauslaitteella voimme kokeellisesti tutkia mahdollisen lentokonetörmäyksen seurauksia. Se myös lisää alan ymmärrystä ulkoisista vaikutuksista siviilirakenteisiin.

Kokeelliset törmäystutkimukset toteutetaan skaalatuilla näytteillä, jotka edustavat rakenteellisesti oleellisia ydinvoimalan osia. Olemme testanneet lukuisia eri muotoisia näytteitä, kuten yksinkertaisesti tuettuja laattoja lävistys-, taivutus- sekä yhdistetyn lävistys- ja taivutuskäyttäytymisen tutkimiseksi. Tutkimme myös värähtelyn leviämistä törmäyksen jälkeen moniulotteisissa rakenteissa. Nestetäytteisillä testiammuksilla voimme tutkia lentopolttoaineen leviämistä törmäyksen seurauksena.

VTT:n törmäystestilaitetta voisi kutsua maailmaan suurimmaksi ilma-aseeksi. Laite kiihdyttää kappaleen haluttuun nopeuteen paineilman avulla. Laite voi kiihdyttää 50 kilogramman kappaleen jopa 167 m/s törmäysnopeuteen. Kappaleen maksimihalkaisija on 350 mm. Testikehykseen voidaan kiinnittää 2 x 2 metrin betonilevy.

Ydinaktiivisen jätteen turvallinen geologinen loppusijoitus vaatii bentoniittisaven suorituskyvyn tarkkaa karakterisointia. Bentoniittilaboratoriossamme voimme arvioida materiaalin suorituskykyä loppusijoituksen suojapuskurin rakenteellista suunnittelua varten.

Tarjoamme:

• Savimatriisien mikrorakenteiden mittaus
• Savimatriisin kemiallinen analyysi
• Online pH- ja Eh-mittaukset savimateriaaleista
• Analyysit huokosvesikemiasta ja diffuusioon, pH-puskurointiin, muuntamiseen, kationinvaihtoon liukenemiseen/saostumiseen liittyvistä ilmiöistä
• Savisuojien kytketyt THMC-mittaukset (thermal, hydro, mechanical and chemical), sisältäen eroosiopotentiaalin ja kuljetusominaisuudet
• Räätälöityjen kokeilujen suunnittelu, rakennus, ylläpito, purkaminen ja analysointi

Simuloitujen olosuhteiden ympäristöt

• Olosuhdekaapit (hanskalaatikot), joissa esim. hapettomat olosuhteet
• THMC-laitteet, kuten lämmitys-, jäähdytys-, kostutus- ja datankeruujärjestelmät, sensorit
• Diffuusiokammiot, puristuskammiot, hydrauliset puristimet

Analyysilaitoksiimme kuuluu:

• Pienkulmaröntgensironta (SAXS)
• Ydinmagneettinen resonanssispektroskopia (NMR)
• Spektrofotometri
• Massaspektrometria (HR-ICP-MS, ICP-OES)
• Kemian ja radiokemian laboratoriot

Mallinnustyökalujamme ovat esimerkiksi:

• COMSOL Multiphysics
• Hydrogeokemialliset mallinnustyökalut EQ3/6, PHREEQC
• Geokemian mallinnus, PetraSim
• Molekyylinen mallinnus LAMMPS

Laskennallinen analyysi on välttämätöntä ydinvoimalaitoksen käynnistämisen jokaisessa vaiheessa, sillä mallinnusten ja simulaatioiden avulla voidaan nopeasti arvioida laitoksen toiminnallista ja rakenteellista suorituskykyä. VTT:llä on kattava valikoima laskennallisen analyysin keinoja neutroniikasta ja mikrorakenteista aina laitoksen järjestelmätasolle.

Voimme tarjota:

• Ohjelmistotyökaluja
• Suunnittelusimulaattorit, operaattorien koulutussimulaattorit
• Turvallisuusanalyysit luvituksen tueksi laitostoimittajille ja luvanhaltijoille
• Riippumattomat turvallisuusanalyysit viranomaisille teknisen tuen organisaationa (TSO)
• Koulutus ja osaamisen kehitys

Analyysiemme aiheisiin ja metodeihin kuuluu:

• Polttoaineen ja reaktorisydämen neutroniikka
• Säteilysuojelu
• Virtausdynamiikka (CFD)
• Transientti- ja onnettomuusanalyysit, joissa mukana neutroniikka, termohydrauliikka, automaatio- ja sähköjärjestelmät vuorovaikutuksineen
• Vakavat onnettomuudet
• Leviämis- ja annoslaskenta
• Mekaanisten komponenttien analyysit
• Lujuuslaskenta
• Rakenteelliset analyysit, elementtimenetelmä (FEM)
• Tulipalot ja evakuointi
• Todennäköisyyspohjainen turvallisuusanalyysi (PSA/PRA): tasot 1, 2, ja 3

Olemme kehittäneet lukuisia ohjelmistotyökaluja, joista kolme ovat saatavilla VTT:n ulkopuoliseen käyttöön:

• Apros suunnitteluperusteisten onnettomuuksien analysointiin sekä suunnittelun, testauksen ja koulutuksen simulointitarpeisiin. Tuotteen omistavat VTT ja Fortum.
• Serpent reaktorifysiikkaan ja säteilysuojeluun
• FinPSA todennäköisyyspohjaiseen turvallisuusanalyysiin

VTT testaa ydinvoimalaitosten jodisuodattimien (aktivoitu hiili) tehokkuutta sekä laboratorio- että kenttäolosuhteissa. Testit toteutetaan KTA3601- ja ASTM D3803-91-standardien mukaisesti, akkreditointityö on käynnissä. Aktivoidut hiilinäytteet jodisuodattimista tuodaan laboratoriotestejä varten laitoksesta VTT:n ydinturvallisuustaloon. Testit perustuvat näytteiden erottumisasteen mittaamiseen. Kenttä- ja laboratoriotesteissä jodisuodattimien jakautumisaste mitataan käyttämällä kaasumaista metyylijodidia, joka on merkitty I 131 (CH 3 I 127 + CH 3 I 131) -testiaineella.

Testiaine valmistetaan omissa laboratoriotiloissamme Nal 131 -liuoksen avulla. Käytetty testiaine kerätään turvallisiin säiliöihin. Testaamme myös HEPA-suodattimia. HEPA-kenttätestit toteutetaan ISO 16170:2016-standardin mukaisesti käyttämällä di-2-etyylisebakaattia (DEHS).

Keskustelemme mielellämme myös muiden suodattimien testaamisesta.