Timo Rannan väitöstyö voi säästää miljoonia

Ydinjätekustannukset minimiin

Porilainen diplomi-insinööri Timo Ranta väitteli perjantaina 23.11. Tampereen Teknillisen Yliopiston Porin yksikössä sovelletun matematiikan alaan kuuluvalla työllään ”Optimization in the Final Disposal of Spent Nuclear Fuel”. Työ kohdistuu TVO:n ja Fortumin ydinvoimaloissa vuosikymmenten aikana syntyneen ydinjätteen lopulliseen sijoittamiseen 400 metrin syvyyteen, Posivan Olkiluotoon rakennuttamaan Onkaloon. Ranta kehitti vuonna 2020 alkavaan loppusijoitusprosessiin matemaattisen optimointimenetelmän, jonka ansiosta loppusijoituksen kustannuksissa voidaan säästää jopa useita satoja miljoonia.

Kapselien lämpö ratkaisee

Vielä tällä hetkellä tutkimuksen pääkohteina olleet käytetyt polttoaineniput lilluvat vesialtaissa joko voimalaitosten reaktorihalleissa tai välivarastoissa. Altaissa niiden jälkilämpöteho laskee loppusijoituksen mahdollistaviin lukemiin.

- Nippujen polttoaineesta tuotetun energian kokonaismäärät vaihtelevat, koska nippujen sijainti reaktorissa sekä reaktorissaoloaika vaihtelevat, Timo Ranta kertoo.

Nippukohtaiset eroavaisuudet ovatkin pääosassa Rannan laskelmissa. Kun vaadittu välivarastointiaika umpeutuu ja loppusijoitus aloitetaan, polttoaineniput siirretään kapselointilaitoksen kautta Onkaloon.

- Tavoitteena on valita kuhunkin kapseliin sellainen polttoainenippujen yhdistelmä, että suurin kapselien lämpötila minimoituu. Kapselien pintalämpötila ei saa ylittää sataa astetta, Ranta huomauttaa.

Kapselien lämpötila taas vaikuttaa loppusijoituksessa määräytyviin kapseli- ja tunneliväleihin ja sitä kautta varastointitilan käyttötehokkuuteen.

Kaksijakoinen optimointimalli

Timo Ranta tutki väitöstyössään kahta eri optimointitehtävää.

- Ensimmäisessä loppusijoituksen kustannukset minimoidaan valitsemalla loppusijoituksen aikataulu ja volyymi. Toisessa nämä kaksi on kiinnitetty, ja tavoitteena on valita polttoaineniput kapseleihin siten, että suurin kapselointiteho minimoituu, Ranta kuvailee.

Näitä tehtäviä varten hän kehitti ydinjätteen loppusijoituksen matemaattisen optimointimallin.

- Malli minimoi välivarastoihin, kapselointilaitokseen, kapseleihin ja loppusijoitustunneleihin liittyvät kustannukset, hän tiivistää.

Yhteiskunnallisesti merkittävä työ

Vastaväittelijänä toiminut Turun Yliopiston professori Marko M. Mäkelä tarttui erityisesti siihen, miksei hyväksi havaittua optimointimallia tehty monitavoitteiseksi, esimerkiksi ympäristön ja turvallisuuden ongelmiin sopivasti.

- Monitavoitteisen mallin tekeminen on huomattavasti hankalampaa kuin yksitavoitteisen mallin, joka sekin on jo hankalaa, kuului Timo Rannan vastaus.

Hänen mukaansa väitöstyön optimointimalli on kuitenkin kehitettävissä tarvittaviin suuntiin tulevaisuudessa. Pohjatyö on nyt tehty.

- Tällainen koko tutkimuselinkaaren sisältävä toteutus vaatii tekijältään syvää sovellusalueen tuntemusta. Sovellus sinällään on erittäin tärkeä koko valtakunnan ja tulevien sukupolvien kannalta, Mäkelä luonnehtii hyväksyessään Timo Rannan väitöstyön.

Teksti: Teijo Rantanen
23.11.2012