Suomessa ja ulkomailla on kehitteillä useita pieniä modulaarisia ydinreaktorimalleja. Käytetyn ydinpolttoaineen ydinjätehuolto on tärkeä osa tätä kehitystä.
Monet pitävät ydinvoiman tuotannon lisäämistä yhtenä keskeisistä tekijöistä, joiden avulla voidaan hillitä hiilidioksidipäästöjä ja saavuttaa ilmastotavoitteita. Pienydinreaktorit (SMR) määritellään usein reaktoreiksi, joiden tuotantokapasiteetti on enintään 300 megawattia, ja niitä pidetään yhtenä keinona mainittujen tavoitteiden saavuttamisessa.
Pienydinreaktoreiden houkuttelevuuteen on useita syitä. Pienen kokonsa ja sarjatuotantopotentiaalinsa vuoksi ne ovat helpommin rahoitettavissa ja nopeammin rakennettavissa kuin perinteiset suuret voimalaitokset. Niitä pidetään myös suuria reaktoreita turvallisempina pienemmän lämpökapasiteetin, radioaktiivisten aineiden pienemmän määrän ja passiivisten turvaominaisuuksiensa ansiosta.
Pienydinreaktorien kehitys hyötyy suurempia voimalaitoksia ja varhaisia demoreaktoreita varten kehitetystä teknologiasta sekä näiden laitosten käytössä hiotuista taidoista. Eräs keskeinen pohdittava kysymys on kuitenkin, miten pienydinreaktorien korkea-aktiivista ydinmateriaalia sisältävän käytetyn ydinpolttoaineen ydinjätehuolto voidaan järjestää mahdollisimman tehokkaasti.
Tunnetuilla polttoaineilla on etumatkaa
Suoran loppusijoituksen mallissa käytetty ydinpolttoaine jäähdytetään, välivarastoidaan ja pakataan loppusijoituskapseliin ennen loppusijoitusta syvälle kallioperään. Vaihtoehtoisesti polttoaine on mahdollista jälleen käsitellä ennen loppusijoittamista. Suomella on selkeä konsepti ja suunnitelma tällä hetkellä toiminnassa olevien suurten voimalaitosten käytetyn polttoaineen loppusijoittamista varten. Suomessa otetaankin todennäköisesti ensimmäisenä maailmassa käyttöön syvä geologinen loppusijoitustila (ONKALO).
Vaikka suora loppusijoitus voi olla houkutteleva vaihtoehto myös pienydinreaktoreiden käytetylle polttoaineelle, siinä on huomioitava erot eri SMR-laitosten ja niiden käytettyjen polttoaineiden välillä. Lisäksi ratkaistavana on lukuisia teknistaloudellisia kysymyksiä. Nykyiset jätehuoltokonseptit antavat kuitenkin edullisen lähtöaseman nykyiseen reaktoriteknologiaan perustuvien pienydinreaktoreiden käyttöönotolle, sillä niiden käytetty polttoaine on ominaisuuksiltaan lähellä nykyisten voimalaitosten käytettyä polttoainetta.
Useimpien suurten kaupallisten ydinreaktorien tavoin myös pienydinreaktoreiden edistyneimmät mallit ovat kevytvesireaktoreita (engl. light water reactor, LWR). Kevytvesireaktoreiden lisäksi kehitteillä on useita erilaisia malleja, joissa ei käytetä LWR-teknologiaa. Tällaiset edistyneet modulaariset reaktorit (engl. advanced modular reactor, AMR) toimivat korkeammissa lämpötiloissa ja käyttävät eksoottisempia polttoaineita, kuten TRISO- ja HALEU-polttoaineita, sulasuolaa ja muita aineita, joille ei ole vielä olemassa erityisiä käsittely- ja loppusijoitusmenetelmiä.
Käytetyn polttoaineen käsittely vaatii yksilöllisiä ratkaisuja
Kullekin pienydinreaktorityypille on kehitettävä omat jätehuoltomenetelmänsä, vaikka ne käyttäisivät tunnettua kevytvesiteknologiaa. Tämä tarkoittaa, että tavanomaisissa olosuhteissa toimivasta reaktorista otettu todellinen käytetty polttoaine on määriteltävä. Koska SMR- ja AMR-mallien säteilytettyä polttoainetta ei ole vielä saatavilla tai sen turvallisuutta pitkällä aikavälillä ei vielä tunneta täysin, VTT on suorittanut numeerisia simulaatioita reaktorien oletettujen toimintaparametrien ja polttoainemallien perusteella. Näiden analyysien avulla VTT, toimittajat ja mahdolliset ostajat tai operaattorit voivat arvioida SMR:ien ja AMR:ien käytetyn polttoaineen soveltuvuutta eri loppusijoituskonsepteille. Näin voidaan myös arvioida käytetyn polttoaineen vaikutusta geologisen loppusijoituslaitoksen yksityiskohtaiseen suunnittelu- ja turvallisuusarvioon. Työtä tehdään yhdessä kansainvälisten asiantuntijoiden ja SMR- ja AMR-kehittäjien kanssa esimerkiksi IAEA:n ryhmissä, NEA WISARD-hankkeessa ja Euratomin yhteistyöhankkeissa.
Reaktorityypin lisäksi toinen ydinjätehuollon kannalta olennainen tekijä on kunkin reaktorin sijainti. Jos SMR:t ja AMR:t sijoitetaan laajalti eri puolille maata, on todennäköistä, että käytetty polttoaine joudutaan kuljettamaan keskitettyyn laitokseen käsittelyä, pakkaamista ja loppusijoitusta varten. Uuden ja käytetyn ydinpolttoaineen kuljetus on jo vakiintunutta teknologiaa, ja sitä varten on olemassa säännöksiä ja infrastruktuuria. Ne on kuitenkin määritetty nykyiselle käytetylle polttoaineelle, joten pienydinreaktoreiden käytetyn polttoaineen soveltuvuus kuljetukselle on myöskin varmistettava. Jos pienydinreaktorit ovat hajallaan ympäri maata, kuljetusverkostojen laajentaminen ja väliaikaisten varastointitilojen rakentaminen saattaa olla tarpeen.
Pienydinreaktoreiden käyttö tuo mukanaan myös muita haasteita. Suomessa esimerkiksi harkitaan pienydinreaktoreiden käyttöä kaukolämmön tuotantoon. Siksi pienetkin kunnat voivat olla kiinnostuneita pienydinreaktoreista. Uudet sijoituspaikat ja omistajuusmallit herättävät kysymyksiä siitä, miten käytetyn ydinpolttoaineen jätehuolto järjestetään tehokkaasti ja turvallisesti. Lisäksi on tärkeä tiedostaa, että pienydinreaktorien turvallinen käyttö vaatii esimerkiksi kunnilta tai voimayhtiöitä uuden aihealueen osaamista.
On tärkeää ymmärtää, että käytetyn polttoaineen huolto on olennainen osa ydinvoimainvestointia riippumatta siitä, sisältääkö projekti kymmeniä reaktoreita vai vain yhden. Parhaan mahdollisen ratkaisun löytämiseksi käytetyn polttoaineen huoltomenetelmät ja kustannukset on otettava huomioon jo alustavan suunnittelun aikana.
