Optimointi tukee käytetyn ydinpolttoaineen loppusijoituksen suunnittelua
Diplomi-insinööri Timo Ranta tutkii väitöstyössään käytetyn ydinpolttoaineen loppusijoituksen suunnittelua matemaattisen optimoinnin keinoin. Tulokset muun muassa osoittavat, että loppusijoituksen aikataululla ja volyymillä on merkittävä vaikutus kustannuksiin.
Posiva Oy aikoo loppusijoittaa omistajiensa käytetyn ydinpolttoaineen kapseleissa Olkiluodon peruskallioon. Ennen loppusijoittamista käytettyjä polttoainenippuja säilytetään välivaraston vesialtaissa useita kymmeniä vuosia, jotta niiden radioaktiivisuus ja jälkilämpöteho laskevat loppusijoituksen edellyttämälle tasolle. Halutut polttoaineniput valitaan välivarastosta ja kuljetetaan kapselointilaitokseen kapseleihin pakkaamista varten. Valmiit kapselit asennetaan loppusijoitustunnelien lattiaan porattuihin kapselireikiin.
Väitöstyössään Ranta kehitti ja sovelsi optimointimenetelmiä kahteen loppusijoitukseen liittyvään optimointitehtävään. Ensimmäisessä optimointitehtävässä tavoitteena on minimoida loppusijoituksen kustannukset valitsemalla loppusijoitukselle aikataulu ja volyymi. Toisessa optimointitehtävässä loppusijoituksen aikataulu ja volyymi on kiinnitetty ja tavoitteena on valita polttoaineniput kuhunkin kapseliin siten, että suurin kapselikohtainen lämpöteho minimoituu.
Kustannusten minimointia varten käytetyn ydinpolttoaineen loppusijoituksesta muodostettiin sekalukuoptimointimalli. Mallissa otetaan huomioon käytetyn ydinpolttoaineen tuottama jälkilämpöteho ja sen vaikutus loppusijoitustilan vierekkäisten kapselien ja vierekkäisten tunnelien välisiin etäisyyksiin. Mallin avulla on mahdollista tutkia, miten eri tekijät vaikuttavat loppusijoituksen kustannuksiin ja mikä ratkaisu on edullisin missäkin tilanteessa. Tulokset osoittavat, että loppusijoituksen aikataululla ja volyymillä on merkittävä vaikutus kustannuksiin.
Suurimman kapselikohtaisen lämpötehon minimointia varten kehitettiin kaksivaiheinen menetelmä. Ensimmäisessä vaiheessa kuhunkin kapseliin valitaan sellainen polttoainenippujen yhdistelmä, että kapselin lämpöteho on lähellä tavoitetehoa. Toisessa vaiheessa ratkaisua parannetaan polttoainenippujen vaihtoihin perustuvaa lokaalia hakua käyttämällä. Kummankin vaiheen toteuttamiseen kehitettiin tehokas algoritmi. Tulokset osoittavat, että suurimman kapselikohtaisen lämpötehon minimointiin kehitetyt menetelmät toimivat hyvin.
Väitöstilaisuus perjantaina 23.11.
Diplomi-insinööri Timo Rannan sovelletun matematiikan alaan kuuluva väitöskirja Optimization in the Final Disposal of Spent Nuclear Fuel ("Optimointi käytetyn ydinpolttoaineen loppusijoituksessa") tarkastetaan Tampereen teknillisen yliopiston (TTY) Porin yksikössä perjantaina 23.11.2012 kello 12 auditoriossa 125 (Pohjoisranta 11 A, Pori).
Vastaväittäjänä toimii professori Marko M. Mäkelä (Turun yliopisto). Tilaisuutta valvoo professori Juha T. Tanttu TTY:n Porin yksiköstä.
Lisätietoja: Timo Ranta, puh. 045 1312 119, timo.ranta@tut.fi