0.1 Tahaton ihmisen tunkeutuminen ydinjätteiden loppusijoitustilaan

 Johdanto

Ydinjätteiden loppusijoituksessa on monta kiinnostavaa kysymystä ja ongelmaa, niitä pohtivat viranomaiset, tutkijat, ydinjätteen loppusijoitusyritykset ja aivan tavalliset kansalaiset. Tärkein viranomainen Suomessa on STUK, tärkeimpiä tutkimuslaitoksia VTT, GTK ja Helsingin yliopisto; käytetystä ydinpolttoaineesta vastaa Suomessa Posiva ja muista jätteistä (ydinjätteet ja muu radioaktiivinen jäte) niiden tuottajat Fortum, TVO, VTT, sairaalat, STUK ja monta muuta organisaatiota. Näitä toimijoita ohjeistavat monet kansainväliset organisaatiot, joihin palataan tässä esityksessä myöhemmin. Näille toimijoille kuuluu kokonaisvastuu jätteiden loppusijoituksesta kaikessa mutkikkuudessaan.

Moni tavallinen kansalainen, kansalaisyhteiskunta ja tätä edustavat järjestöt, ovat erityisen kiinnostuneita mahdollisesta tahattomasta ihmisen tunkeutumisesta loppusijoitustilaan, sen mahdollisuudesta ja sen seurauksista. Asia ei ole yksinkertainen, myös asiantuntijat käyvät aiheesta keskustelua monella tasolla: olin helmikuussa 2025 noin kuukautta ennen tämän kirjoittamista Wienissä vuorokauden verran aihetta puimassa.

Tahaton tunkeutuminen

Tulevaisuudessa tapahtuvat ihmisen toimet kokonaisuudessaan (FHA = Future Human Actions): kaikki ihmisen tekemät tahattomat toimet, jotka saattavat vaarantaa yhtä tai useampaa turvallisuustoimintoa sen jälkeen, kun loppusijoitustila on asianmukaisesti toteutettu ja suljettu. Ennen sulkemista loppusijoitustilan operaattorin pitää estää sekä tahattomat tai tahalliset toimet, ja niiden sattuessa korjata vahingot ennen sulkemista. En tässä esityksessä pohdi vaihtoehtoa, jossa loppusijoitustilan toteutus ja sulkeminen jäävät kesken sodan, pandemian tai yhteiskunnan muun toimimattomuuden takia.

Ydinjätteiden loppusijoituksen turvallisuutta ja sen rikkoutumista tarkastellaan skenaarioiden avulla. Tällaisia FHA-skenaarioita tai siis mahdollisia tapahtumakulkuja on varsin helppoa laatia: kaikenlaiset ihmisen toimet joko tilaan tunkeutuen tai maan päällä toimien voivat aiheuttaa erilaisia häiriöitä.

Oma erityinen luokkansa on ihmisen tahaton tunkeutuminen loppusijoitustilaan (IHI = Inadvertent Human Intrusion). Tahallinen tunkeutuminen käsitellään yleensä täysin erikseen IHI-tyyppisestä toiminnasta. Tahallinen tunkeutuja tietää tilan paikan ja sisällön, ja etsii tilasta vaikkapa uraania, plutoniumia ja jopa vain kuparia.

IHIn tapauksessa voidaan ja pitää olettaa, ettei tunkeutujalla ole mitään tietoa loppusijoitustilan olemassaolosta eikä etenkään sen vaarallisuudesta. Käsittelen esityksessäni vain käytetyn ydinpolttoaineen loppusijoitustilaan tunkeutumista, koska sen seuraukset ovat verrattomasti pahempia kuin matala- tai keskiaktiivisen jätteen tilaan tunkeutumisen. Itse asiassa yksi tärkeä syy sijoittaa käytetty ydinpolttoaine syvälle kallioon on tehdä tahaton tunkeutuminen vaikeaksi ja epätodennäköiseksi.

Kansainvälinen oheistus ja kansallinen lainsäädäntö ja määräykset

IAEA on Wienissä toimiva YK:n alainen Kansainvälinen atomienergiajärjestö (International Atomic Energy Agency), jonka tehtävänä on edistää ydinenergian turvallista, varmaa ja rauhanomaista käyttöä. IAEA laatii suosituksia, jotka kuitenkin käytännössä otetaan tarkasti huomioon kansallisessa lainsäädännössä. IAEA myös valvoo ydinvoiman käyttöä kansainvälisesti.

IAEA suosittelee seuraavaa toimintamallia kolmelle eri säteilyannostasolle (mSv per vuosi) niille ihmisille, jotka asuvat loppusijoituspaikan ympäristössä (ei koske tunkeutujia itseään)

1. Alle 1 mSv: ei tarvita toimenpiteitä
2. Välillä 1 – 20 mSv: pyrittävä vähentämään annoksia optimoimalla loppusijoitustilaa
3. Yli 20 mSv: harkittava koko ratkaisua uudelleen

mSv on Sievertin tuhannesosa, Suomessa taustasäteilyn vuosiannos on keskimäärin 5,9 mSv ja säteilytyöntekijöille sallittu vuosiannos 20 mSv tai yhtenä vuotena jopa 50 mSv, jos muina vuosina pienempi. Akuutin säteilysairauden oireita alkaa ilmetä 1 Sievertin kokokehoannoksella, vakavia oireita 1-5 Sievertin annoksella, jonka ylimenevä vaatii raskasta lääketieteellistä hoitoa, joka ei enää sekään auta yli 10 Sievertin annoksella. Syövän sädehoidossa annetaan paljon isompia (jopa 100 Sv) annoksia, mutta ei yleensä kerralla ja joka tapauksessa hyvin paikallisesti. Ydinjätteen loppusijoitustilasta muissa kuin IHI-tapauksissa aiheutuva annos on rajattu paljon alemmas eli 0,1 mSv vuodessa.

IAEA:n Hidra-hanke

IAES käynnisti vuonna 2012 HIDRA-hankkeen, jonka loppuraportti on luvattu noin vuoden kuluessa eli loppuvuodesta  2025. HIDRAn yleistavoite oli parantaa loppusijoituslaitoksen luotettavuutta ja toimintavarmuutta käymällä läpi erilaisia toimenpiteitä IHI:n potentiaalin ja seurausten vähentämiseksi.

HIDRAssa kehitettiin metodologiaa paikkakohtaisten tyyliteltyjen skenaarioiden kehittämiseksi. Menetelmä perustuu siihen, että on yleisesti kansainvälisesti hyväksyttyä, että IHI:tä käsitellään tyyliteltyjen skenaarioiden avulla. Tyyliteltyjen skenaarioiden on perustuttava nykyisiin käytäntöihin ja nykypäivän teknologioihin ja menettelytapoihin, jotta vältytään spekuloinnilta mahdollisesta tulevasta ihmisten käyttäytymisestä ja teknologiasta. Tyyliteltyjen skenaarioiden ei siis ole tarkoitus välittää mitään ennustetta loppusijoitustilan kehityksestä tai tulivasta yhteiskunnallisista toimintatavoista.

Tyylitelty skenaario viittaa yksinkertaistettuun ja idealisoituun malliin, jota käytetään arvioitaessa ydinjätteen loppusijoituksen pitkäaikaisturvallisuutta. Se on tarkoituksellisesti pelkistetty esitys mahdollisista tapahtumaketjuista, keskittyen tiettyihin avaintekijöihin tai prosesseihin. Ero tavalliseen skenaarioon on siinä, ettei pyrkimys ole mahdollisimman realistisesti mallintaa tunnetut tekijät ja niiden vuorovaikutukset. Ihmisen toimintaa pidetään liian arvaamattomana ennustettavaksi tarkasti. Lisää aiheesta kirjoitin tänne.

ICRP

ICRP (International Commission on Radiological Protection) on riippumaton, kansainvälinen, kansalaisjärjestö, jonka tehtävänä on suojella ihmisiä, eläimiä ja ympäristöä ionisoivan säteilyn haitallisilta vaikutuksilta. Sen suositukset muodostavat perustan säteilysuojelupolitiikalle, -määräyksille, -ohjeille ja -käytännöille maailmanlaajuisesti. Myös ICRP ottaa kantaa ihmisen tahattomaan tunkeutumiseen:

• HI-skenaariot tulisi yleensä pitää erillään mahdollisiin altistuksiin liittyvistä skenaarioista
• Tunkeutumiseen voi liittyä suuria annoksia, mutta annosnopeuksia ei pitäisi käyttää analyysin pääpainona
• Painopisteen tulisi olla johdettujen annoksien käyttäminen arviona loppusijoitusjärjestelmän kestävyydestä

NEA

OECD NEA (Organisation for Economic Co-operation and Development - Nuclear Energy Agency) on Pariisissa toimiva järjestö, jonka tavoitteena on auttaa jäsenmaitaan (näitä on 34, mutta Venäjä on suljettu pois toiminnasta toistaiseksi) ylläpitämään ja kehittämään tieteellisiä, teknologisia ja oikeudellisia perustoja, joita tarvitaan ydinenergian turvalliseen, ympäristöystävälliseen ja taloudelliseen käyttöön rauhanomaisiin tarkoituksiin.

Tahaton HI tulisi ottaa huomioon turvallisuusarvioinnissa sijoitus- ja suunnitteluvaiheessa, mutta tahallisia toimia ei voi samalla tavoin ottaa huomioon. Tahallinen on ehkä enemmänkin Safeguards- tai turvajärjestelytyyppinen ongelma. Sijoituspaikan tulisi sijaita alueilla, jotka eivät ole kiinnostavia minkään ihmisen toiminnan kannalta. Vaikkapa mahdollinen kaivostoiminta  on iso este loppusijoituspaikan valinnassa.

NEA:n mukaan loppusijoituslaitoksen rakenteesta ja vaaroista olisi oltava helposti saatavilla tietoa. Tästä aihepiiristä on käyty varsin paljon keskustelua, koska mitään yksinkertaista tapaa tuottaa tätä tietoa ei ole esitetty. Toiseksi tahallisen tunkeutumisen (ydinmateriaalin tai kuparin hankkiminen) kannalta olisi parempi, ettei loppusijoituspaikasta olisi mitään tietoa.

EU

EU:n tutkimushanke PAMINAssa todettiin, ettei HI ole ennustettavissa. Loppusijoituksen turvallisuustarkasteluun tulee ottaa vain tahaton tunkeutuminen – tahallinen on enemmänkin Safeguards- tai turvajärjestelytyyppinen ongelma. Tahaton tunkeutuminen pitää tarkastella tyylitellyillä skenaarioilla, jotka ovat erillään muusta skenaariotyöstä. Tyyliteltyjen skenaarioiden skenaarioiden tulee perustua nykyiseen teknologiaan ja sosiaalisen käyttäytymisen malleihin.

Tämän lisäksi Paminassa annettiin pitkä lista erilaisia muita suosituksia.

STUK

Tahattomasta loppusijoitustilaan tapahtuvasta tunkeutumista annetaan vaatimuksia ja ohjeita STUKin YVL ohjeessa D.5.

Ensimmäisten vuosituhansien ajan voidaan olettaa, kuten myös pidemmän aikavälin tyylitellyissä skenaarioissa, että ihmisten tottumukset, ravitsemustarpeet ja aineenvaihdunta vastaa nykyistä. Ohjeelliset annoslaskelmat pitää tehdä myös vuosituhannen jälkeiselle ajalle tyylitellyllä skenaarioilla. Kallioperän on myös suojattava ihmisen toiminnalta: useiden satojen metrien syvyys (käytetty polttoaine) ja muutaman kymmenen metrin syvyys (LILW).

STUKin määräyksen mukaan pitkäaikaisturvallisuutta heikentävien harvinaisten tapahtumien todennäköisyyksiä ja vaikutuksia loppusijoitusjärjestelmään ja loppusijoituksen pitkäaikaisturvallisuuteen on arvioitava.Tapahtumien todennäköisyydet ja turvallisuusmerkitykset sekä niistä aiheutuvat vuosiannokset tai aktiivisuuspäästöt on arvioitava mahdollisuuksien mukaan. Välittömiä terveyshaittoja aiheuttavan säteilyaltistuksen mahdollisuuden on oltava hyvin pieni. Merkittävää säteilyaltistusta aiheuttavien tapahtumien todennäköisyyden on oltava erittäin pieni ja sen aiheuttaman radioaktiivisten aineiden päästön laaja-alaisten vaikutusten on oltava pienet.

Ihmisen toiminnasta aiheutuvina pitkäaikaisturvallisuutta heikentävinä harvinaisina tapahtumina on tarkasteltava ainakin keskisyvän porakaivon tekemistä loppusijoituspaikalle ja loppusijoitettuun jätepakkaukseen osuvaa kairausta tai porausta. Tällöin oletetaan, ettei loppusijoitetusta jätteestä ole tietoa ja että tapahtuma voi sattua aikaisintaan 200 vuoden kuluttua loppusijoituslaitoksen sulkemisen jälkeen. Poraus-/poraustapahtumien aikana poraajat eivät tiedä loppusijoitustilan olemassaolosta. Näissä "harvinaisissa tapahtumissa" on mahdollisuuksien mukaan määriteltävä todennäköisyys, niistä johtuvat aktiivisuuspäästöt ja säteilyannokset sekä merkitys turvallisuudelle.

Esimerkki: syvä kairanreikä loppusijoitustilaan, radioaktiivista ainesta pinnalle

Loppusijoitustilaan porattava syvän kairanreiän analyysi perustuu Posivan loppusijoitustilan Onkaloon®. Tarkempaa tietoa analyyseistä on näissä kahdessa raportissa:

1. Working Report 2013-23: Human Intruder Dose Assessment for Deep Geological Disposal
2. Working Report 2021-02: Safety Case for the Operating Licence Application – Future Human actions

Molemmat ovat haettavissa Posivan raporttiarkistosta.

Kolme tehokkainta toimenpidettä FHA:n eli tulevan ihmisen toiminnan rajoittamiseksi liittyvät

1. Loppusijoituksen syvyyteen (noin 400 m)
2. Hyödynnettävissä olevien resurssien erittäin alhaiseen potentiaaliin Onkalon ympäristössä
3. Tallenteiden, tiedon ja muistin säilymiseen loppusijoitustilan olemassaolosta

Entä jos jotain tapahtuu joka tapauksessa? Pitkä luettelo turvallisuustoiminnoista, jotka voivat olla vaarassa, olennaisimpina nämä kolme:

1. Kuparikapselin korroosio ja mekaniikka
2. Bentoniittipuskuri, jonka tehtävä on kuparikapselin korroosionkestävyys, mekaaninen suojaus, suotuisa kemia, radionuklidivapautumisen rajoittaminen ja hidastaminen
3. Tunnelitäytteet ja kallioperä, jotka suojaavat teknisiä vapautumisesteitä ja hidastavat radionuklidien etenemistä

FHA -tapahtumiin liittyvä FEP-luettelo (Feature-Event-Processes – Piirre-Tapahtuma-Prosessi) on melko pitkä, koska ihmisten toiminta voi olla varsin moninaista. Syvä kairanreikä on kuitenkin kiinnostavimpia näistä, koska poraustapahtumia esiintyy myös maanalaisissa kaivauksissa ja kaivostoiminnassa, geotermisen energian tuotannossa ja lämpöenergian varastoinnissa jne.

Syvä kairanreikä

Oletetaan, että porattu porausreikä leikkaa suoraan käytetyn ydinpolttoaineen kapselin.
Jopa nykyisellä tiedon tasolla voisi kestää jonkin aikaa, ennen kuin poraajat tunnistavat, mitä ovat tehneet. Analyysit osoittavat, että suora vaikutus loppusijoitustilaan on paikallinen ja rajallinen.

Entä poraajat ja ympäristö tällaisen tapahtuman jälkeen?

Poraukseen soveltuvia tekniikoita on useita: Posiva on harkinnut timanttiporausta vedellä ja paineilmalla. Kaikissa tapauksissa on todennäköistä, että kairansydämet tuotaisiin pintaan asti. Seuraukset riippuvat hyvin paljon inventaarista (mitä radionuklideja kanisterissa on) ja siitä, kuinka myöhään sulkemisen jälkeen tämä poraustapahtuma tapahtuu (radioaktiivinen hajoaminen vähentää haittaa nopeasti). Vähimmäisaika on kuitenkin 200 vuotta, koska sitä ennen loppusijoitustilaa pitää vartioida tai ainakin valvoa. Heti 200 vuoden kuluttua ilmanpaineporaus voi aiheuttaa erittäin suuria annoksia poraajille, radioaktiivista pölyä ilmassa. Annokset voivat olla jopa kymmeniä Sieverttejä (Sv), kun kuolemaan johtava kokokehoannos on luokkaa 10 Sv. Suuri annos johtuu hengityksen kautta elimistöön joutuvasta pölystä ja mm. Sr-90-isotoopin vielä melko korkeasta pitoisuudesta 200 vuoden jälkeen. Myöhemmin annosta saattaa nostaa pölyn mukana saatavat plutoniumin isotoopit, joiden haitta hengitettynä on paljon nieltyä suurempi.

Johtopäätöksiä

1. Tahaton ihmisen tunkeutuminen (HI) on osa ihmisen tulevia toimia (Future Human Action, FHA), mutta on olemassa FHA-tapahtumia, jotka eivät ole tunkeutumisia (tulvat, padot, …)
2. Tahaton suora tunkeutuminen voidaan tehdä monella tavalla, mutta suomalaisessa analyysissä kuitenkin vasta 200 vuoden kuluttua sulkemisesta. Sitä ennen tilaa valvotaan eri tavoin.
3. Pitkä luettelo FEP:istä eli tapahtumista, ilmiöistä ja prosesseista, ja niihin liittyvistä skenaarioista, koska ihmisen toiminat on moninaista ja vaikeasti ennustettavaa
4. Poraustapahtuma sisältyy moneen FHA-FEP:iin, koska kairanreikiä tehdään moneen tarkoitukseen
5. Ei edes syvällä kairanreillä ole kuin vain paikallisia vaikutuksia loppusijoituslaitoksen turvallisuuteen
6. Erittäin suuret annokset ovat kuitenkin mahdollisia poraajille itselleen hyvin varhaisessa vaiheessa (noin muutama sata vuotta sulkemisen jälkeen)
7. Myös porausalueen ympäristö saastuu voimakkaasti