Decommissioning and final disposal of Loviisa VVER-440 reactor pressure vessel and its internals

Abstract

Decommissioning of nuclear power plants is a challenging process in which the industrial decommissioning methods are combined with requirements of radiation protection and laws and regulations concerning the final disposal of nuclear wastes. The aim of nuclear decommissioning is to remove all the radioactive material from the facility, so that the facility can be cleared from the regulatory control. By default, all the removed material is classified as nuclear waste, which is required to be disposed of so that they will not cause unreasonable danger to the environment even during long time periods. Excluding nuclear fuel, the most activated components of a nuclear power plant are the reactor pressure vessel as well as its internals. In addition to the high activity the reactor pressure vessel is the single heaviest component to be handled during the decommissioning process.

To prepare for the required radiation protection measures the activity of the reactor pressure vessel as well as its internals is specified by using a MCNP-code, from which a nuclide specific activity inventory can be drafted. Based on this inventory the required radiation protection measures can then be designed by utilizing dose rate assessments made with the MCNP-code. Due to the high activity of the components in question, utilizing computerized models as a base of the designs is the safest and most cost-efficient way of working.

This master’s thesis will assess different decommissioning and disposal methods that can be utilized on the reactor pressure vessels of Loviisa nuclear power plant. According to the current decommissioning plan, the reactor pressure vessel and its internals will be decommissioned and disposed of as whole, so that the reactor pressure vessel would be utilized as a release barrier required by long-term safety. Internationally a more common way of decommissioning and disposing the reactor components is by segmenting and packing them to final disposal packages.

Based on the assessment, not a single optimal decommissioning and disposal method can be chosen, as different methods have their advantages as well as disadvantages. The master’s thesis is written for Fortum Power and Heat Plc and will serve as background material for updated decommissioning plan of the facility.

Ydinvoimalaitosten käytöstäpoisto ja loppusijoittaminen on haastava prosessi, jossa yhdistyvät teolliset purkumenetelmät, tarkat säteilyturvallisuusvaatimukset sekä ydinjätteiden loppusijoittamista koskevat lait ja määräykset. Ydinvoimalaitosten käytöstäpoiston tavoitteena on poistaa laitoksista kaikki radioaktiivinen materiaali, niin että laitos voidaan vapauttaa ydinlaitoksia koskevasta valvonnasta. Lähtökohtaisesti kaikki poistettava materiaali luokitellaan ydinjätteeksi joka tulee loppusijoittaa, niin että siitä ei aiheudu kohtuutonta vaaraa ympäristölle pitkänkään ajanjakson kuluessa. Pois lukien käytetty ydinpolttoaine, ydinvoimalaitoksen aktivoituneimmat osat ovat reaktoripaineastia sekä reaktorin sisäosat. Aktiivisuutensa lisäksi reaktoripaineasti on myös painavin yksittäinen komponentti, joka käsitellään laitosta käytöstäpoistettaessa.

Jotta käytöstäpoistossa tarvittaviin säteilysuojelullisiin toimenpiteisiin voidaan varautua, reaktorin paineastian ja sen sisäosien aktiivisuus määritetään käyttäen MCNP-koodia. Koodilla aktivoituneille komponenteille luodaan nuklidikohtainen aktiivisuusinventaari. Inventaariin pohjaavat säteilysuojelulliset toimenpiteet voidaan tämän jälkeen suunnitella MCNP-koodilla tehtyjen annosnopeusarvioiden perusteella. Komponenttien korkeasta aktiivisuudesta johtuen tietokonepohjaisten mallinnusten käyttö on turvallisin ja kustannustehokkain tapa tehdä suunnitelmia.

Tässä työssä arvioidaan Loviisan ydinvoimalaitoksen reaktoripaineastioiden käytöstäpoistoon ja loppusijoittamiseen soveltuvia menetelmiä. Nykyisen suunnitelman mukaan käytöstäpoistetut reaktorikomponentit loppusijoitettaisiin kokonaisena, niin että reaktorin sisäosat sijoitettaisiin paineastian sisään, joka toimisi pitkäaikisturvallisuuden vaatimana vapautumisesteenä. Kansainvälisesti yleisempi tapa on kuitenkin paloitella ja pakata reaktorin komponentit loppusijoituspakkauksiin.

Arvioiduista käytöstäpoistomenetelmistä ei voida valita yksittäistä optimaalisinta menetelmää, vaan jokaisella menetelmällä on tarkastelun perusteella sekä positiivisia että negatiivisia tekijöitä. Tämä työ on tehty Fortum Power and Heat Oy:lle ja tulee toimimaan käytöstäpoistosuunnitelman taustamateriaalina.