Ajankohtaista

Väitös: 20.1. Menetelmäkehitystä ja mallinnusparametreja ydinjätteen loppusijoitustutkimukseen (Kuva)

Alkamisaika: keskiviikko 20. tammikuuta 2016, 12.00

Päättymisaika: keskiviikko 20. tammikuuta 2016, 15.00

Paikka: Ylistönrinne, FYS1

Jukka Kuva, kuvaaja: Sanna Pajunen
Jukka Kuva, kuvaaja: Sanna Pajunen

FM Jukka Kuvan fysiikan alan väitöskirjan "Tracer migration in crystalline rock - Application to geological barriers of nuclear waste storage" (Merkkiainekulkeutuminen kiteisessä kalliossa – Sovelluksia ydinjätteen loppusijoituspaikan geologisissa esteissä) tarkastustilaisuus. Vastaväittäjänä toimii professori Vladimir Cvetkovic (Kungliga Tekniska Högskolan, Ruotsi) ja kustoksena professori Markku Kataja (Jyväskylän yliopisto). Väitöstilaisuus on englanninkielinen.

Kuva tutki kallioperäkulkeutumista useilla eri menetelmillä. Työssä tuotettiin mallinnusparametreja ydinjätteen loppusijoituksen turvallisuustutkimukseen sekä kehitettiin uutta menetelmää kiven huokosavaumajakauman tutkimiseen. Myös parametrien määritykseen käytettäviä menetelmiä kehitettiin työn aikana.

Työssä tutkittiin Olkiluodosta porattuja kivinäytteitä, jotka sisälsivät vettä johtaneen raon. Tutkimuksesta saatuja parametrejä on jo käytetty Posiva Oy:n tekemissä ydinjätteen loppusijoituspaikan turvallisuuteen liittyvissä mallinnuksissa.

Olkiluodon kivinäytteistä mitattiin myös huokoisuuksia ja läpäisyominaisuuksia kaasumittauksilla. Mittaukset eivät huomioi aidossa kulkeutumistilanteessa vaikuttavaa kemiaa, mutta ovat noin 10 000 kertaa vesimittauksia nopeampia ja siten erinomaisia työkaluja täydentämään muita vastaavia mittauksia. Kaasumittauksilla saatiin myös sellaista tietoa pitkäaikaisesta kulkeutumiskäyttäytymisestä, jota ei vesimittauksilla voida realistisilla mittausajoilla saada. Kaasumittausmenetelmiä sekä niiden matemaattista mallinnusta kehitettiin työn aikana. Myös näiden mittausten tulokset ovat Posiva Oy:n käytettävissä turvallisuustutkimuksissa.

Väitöskirjatyössä kehitettiin myös uutta menetelmää kiven rakojen huokosavaumien jakauman nopeaan määrittämiseen. Menetelmä perustuu 90-luvun alussa Suomessa kehitettyyn 14C-PMMA - autoradiografiaan, jossa kivinäytteen huokoset täytetään radioaktiivisella merkkiaineella, joka säteilytetään kiinteäksi. Huokostilassa olevaa radioaktiivisuutta voidaan sitten analysoida sopivilla filmeillä tai tarkoitusta varten kehitetyillä laitteilla.

Tässä työssä menetelmää kehitettiin siten, että rakoavaumia voidaan arvioida jopa yhteen mikrometriin asti, vaikka menetelmän resoluutio on parhaimmillaan 20 mikrometriä. Analyysimenetelmän toimivuutta on testattu työssä lasilevyistä valmistetuilla rakonäytteillä ja sen kehitys on edelleen kesken. Menetelmä voi lopulta olla hyödyksi useilla kiven rakennetta tutkivilla aloilla.

Lisätietoja:

Jukka Kuva, jukka.kuva@iki.fi, 0503759567

Viestintäharjoittelija Hanna Koskinen, hanna.ka.koskinen@jyu.fi, 040-8054483

Jukka Kuva kirjoitti ylioppilaaksi Mikkelin yhteiskoulun lukiosta 2004 ja valmistui filosofian maisteriksi Jyväskylän yliopistosta vuonna 2010 pääaineenaan fysiikka. Sen jälkeen hän on toiminut ensin projektitutkijana ja 2011 alkaen tohtorikoulutettavana Jyväskylän yliopistossa. Vuodesta 2013 lähtien Kuva on tehnyt väitöskirjaansa Helsingin yliopiston radiokemian laboratoriossa. Kuva on myös tehnyt tutkimusvierailun Poitiersin yliopistoon, Ranskaan, kesällä 2013.

Tutkimusta ovat rahoittaneet Posiva Oy sekä Kansallinen Ydinjätteen Tutkimusohjelma (KYT).

Teos on julkaistu sarjassa University of Jyväskylä, Department of Physics, Research Report No. 2/2016, Jyväskylä 2016. Sähköinen versio on luettavissa osoitteessa http://www.jyu.fi/static/fysiikka/vaitoskirjat/2016/Kuva-Jukka_2016, ISBN 978-951-39-6521-1. Painettua versiota voi tiedustella fysiikan laitokselta, ISBN 978-951-39-6520-4, ISSN 0075-465X

ABSTRACT

Tracer migration in crystalline rock - Application to geological barriers of nuclear waste storage

This work deals with transport of radionuclides in the geosphere. The subject is investigated through characterisation of water conducting fractures, determining of rock transport properties and development of new methods for characterising geological samples. Here, as is often the case, radionuclide transport is investigated indirectly by characterising the structures, where the transport takes place, and directly by measuring transport properties in the gas phase.

First water conducting fractures of three different types and the rock matrix surrounding them were analysed through rock samples from Olkiluoto. The analysis was done using X-ray tomography, the 14C-PMMA autoradiography technique and petrographical methods. The rock properties around the fractures were found to be highly heterogeneous, but some combining features were found. This experiment also showed the strength of combining different analysis methods.

Second, a method for converting local porosities obtained through the 14C-PMMA autoradiography technique to fracture apertures was developed by analysing the radiation emitted from the 14C-PMMA filled fracture by Monte Carlo simulations and comparing them to fracture apertures. A connection was found and the method was validated by manufacturing artificial glass plate samples with fractures of known apertures, and analysing the autoradiographic images obtained from them. The method needs further development before it can be used on real rock samples, but it was shown to be extremely promising in the studies conducted.

Last, the transport properties of Olkiluoto rock samples were measured directly using argon pycnometry and through diffusion, permeability and advection - matrix diffusion measurements in the gas phase. The gas phase methods exclude sorption and other chemical and water-based processes and thus only give information about diffusion. They are, however, over 10 000 times faster, making them excellent for planning of water phase experiments and giving preliminary results. Gas phase methods are also very powerful tools when investigating the long term transport behaviour, as it would take far too long to run water phase experiments to the late part of the breakthrough curves. Correlations between porosity, diffusion coefficient and permeability were investigated and found to exist only between the latter two parameters. The mathematical model and measurement setup for advection - matrix diffusion measurements were vastly improved during these studies and are now effective tools for such a measurement.

Overall this work managed to produce usable parameters for the safety assessment of the upcoming nuclear repository. The methods used were found to be suitable for the experiments, and they were developed further during the experiments.

Lisätietoja

Jukka Kuva
jukka.kuva@iki.fi
0503759567
kuuluu seuraaviin kategorioihin: ,