Posiva mallintaa käytetyn ydinpolttoaineen sijoituspaikan pitkäaikaisturvallisuutta LUMI-supertietokoneella
Posiva Oy on maailman johtava käytetyn ydinpolttoaineen loppusijoittaja ja vastaa geologisesta loppusijoituksesta Suomessa. Posivan loppusijoitusratkaisu on vuosikymmenten monialaisen kehitystyön tulos, jonka osa ovat maanalaiset tilat ONKALO®:ssa Olkiluodon kallioperässä. Posiva mallintaa kallioperän pohjavesikemian kehittymistä vähintään 100 000 vuoden ajalta osana loppusijoituksen pitkäaikaisturvallisuuden varmistamista. Lopullisen pitkäaikaisturvallisuusarvion aikajänne on jopa miljoona vuotta. Mallinnuksessa hyödynnetään muun muassa LUMI-supertietokonetta.
Posiva Oy ja sen tytäryhtiö Posiva Solutions kuuluvat TVO-konserniin. Posivan pääkontttori, päätoimipaikka ja ONKALO®-loppusijoitustilat sijaitsevat Olkiluodossa.
Käytetty polttoaine pakataan loppusijoituksessa vesitiiviisiin, kestäviin kuparikapseleihin, jotka sijoitetaan noin 430 metrin syvyydelle kallioon. Kapselit säilyvät turvallisesti niin kauan kuin niiden sisällöstä voisi olla olennaista haittaa elolliselle luonnolle. Posivalla työskentelee noin 90 henkilöä, joista noin 40 kuuluu pitkäaikaisturvallisuuteen ja paikkatutkimukseen keskittyvään toimintoon. Toiminnon yksi päätehtävä on laatia loppusijoituspaikan turvallisuusperustelu.
“Turvallisuusperustelussa analysoidaan muun muassa, miten loppusijoitusratkaisu kestää maanjäristykset, tulevaisuuden jääkaudet aina miljoonaan vuoteen asti sekä mannerjään aiheuttaman rasituksen. Käyttölupahakemuksen yhteydessä tehdyn turvallisuusperustelun arvioi ensin Säteilyturvakeskus, joka toimittaa arvionsa Työ- ja elinkeinoministeriölle käyttölupaa koskevaa päätöksentekoa varten”, kertoo Posivan pääkemisti Tiina Lamminmäki.
Supertietokone mahdollistaa kokonaisvaltaisen pohjavesikemian mallinnuksen
Posiva on tehnyt pitkäaikaisturvallisuusanalyysejä ja mallinnuksia jo pitkään. CSC:n kanssa on tehty yhteistyötä esimerkiksi ilmastoskenaarioiden ja molekyylimallinnusten parissa. CSC:n datakeskuksessa Kajaanissa sijaitsevan LUMI-supertietokoneen lisäksi Posiva on käyttänyt Saksan Jülichissä sijaitsevaa JURECA-supertietokonetta ja Espanjan Barcelonan MareNostrumia.
Mallinnuksia kehitetään jatkuvasti eteenpäin. Tällä hetkellä käynnissä oleva OL-STAR-projekti pyrkii huomioimaan samassa mallissa kaikki pohjaveden koostumukseen vaikuttavat prosessit, jotka tapahtuvat kallioperässä – niin veden kulkeutumisen liittyvät kuin erilaiset kemialliset reaktiot.
Supertietokone mahdollistaa eri osamallien yhdistämisen yhteen mallinnukseen. Malli on erittäin raskas: muuttujia on paljon, tutkittavan alueen, Olkiluodon saaren, tilavuus on laaja (noin 70 km³) ja mallinnusaika on jopa 120 000 vuotta. Ilmasto-olosuhteiden vaikutuksia arvioidaan seuraavan jääkauden jälkeiseen aikaan asti, jolloin Olkiluoto on jälleen meren alla. Tämä vaatii valtavaa laskentakapasiteettia – eli supertietokonetta.
“Malli kalibroidaan ensin viimeisten 8000 vuoden ajalta menneisyydessä tapahtuneiden pohjavesikemian -ja virtausten muutosten avulla, jotka on selvitetty kattavien tutkimustulosten avulla. Vasta sen jälkeen pystymme mallintamaan tulevaisuutta”, Lamminmäki selittää.
Eurooppalaiset supertietokoneet käytössä
Lamminmäen kollega Lasse Koskinen Posivalta ja yhteistyökumppani Amphos21 Consulting S.L., RSK-konserniin kuuluva Barcelonassa sijaitseva yritys, ehdottivat suurteholaskentakapasiteetin hakemista EuroHPC-projektihaun kautta. Tämän tasoiseen laskentaan pystyvät Euroopassa LUMI-, JURECA- ja MareNostrum-supertietokoneet. Posiva sai laskentakapasiteettia LUMI-supertietokoneelta ja hyödyntää nykyisin myös maksullista LUMI-CPU-kapasiteettia.
“Meillä oli tietenkin myös oma tahtotila päästä käyttämään LUMIa sen valtavan kapasiteetin ja meille helposti saatavilla olevan tuen vuoksi. Posiva on kuitenkin varautunut käyttämään myös muita koneita tarvittaessa, ja käytämme parhaillaan myös JURECA-supertietokonetta”, Lamminmäki kertoo.
”LUMIn käyttöönotto oli helppoa, ja koemme, että osaamisemme tämän supertietokoneen käytössä on kasvanut viimeisen kahden vuoden aikana. Saimme tukea LUMIn kansainväliseltä käyttäjätukitiimiltä, LUSTilta, joka yhdessä oman IT-tukemme kanssa auttoi meitä selvittämään kaikki haasteet”, hän jatkaa.
LUMIn käyttöönotto oli helppoa, ja koemme, että osaamisemme tämän supertietokoneen käytössä on kasvanut.
Tiina Lamminmäki, Posiva
Kallioperän pohjavesien mallinnukseen Posiva käyttää avoimen koodin PFLOTRAN-mallinnusohjelmaa (kontrollitilavuuspohjainen koodi), jota kehitetään Yhdysvalloissa. Kukaan ei ole aiemmin tehnyt vastaavaa, yhtä laajaa mallinnusta, joten haasteet on tiedostettu.
“Yhteistyökumppanimme Amphos21 tekee jatkuvaa optimointityötä, jotta ohjelmisto toimii hyvin LUMIssa. Myös PFLOTRAN-ohjelmistokehittäjien kanssa olemme pitäneet jatkuvasti yhteyttä. Olemme joutuneet muokkaamaan myös omaa työtapaamme, koska mallinnuksemme kehittyy jatkuvasti”, Lamminmäki avaa prosessia.
LUMI kiinnostaa kansainvälisesti
Numeerinen laskenta tehdään edelleen Barcelonassa, joten yhteistyökumppani Amphos 21 on saanut paljon oppia ja kokemusta LUMIn tavasta käsitellä laskentaprojekteja. Myös Jülichin JURECA-supertietokoneessa on varattuna nopeasti otettavaa laskentakapasiteettia Posivan projektin käyttöön. CSC:n suurteholaskennan infrastruktuurilla on kuitenkin etuja, joiden vuoksi LUMIn käyttöä halutaan jatkaa.
“LUMIn valtava laskentakapasiteetti on ollut meille ylivoimaisesti hyödyllisintä. Tiedämme, että se on edelleen tehokkaampi kuin muut käyttämämme supertietokoneet – maailman kymmenen tehokkaimman supertietokoneen joukossa – ja herättää kansainvälistä kiinnostusta. Olemme esitelleet mallinnustamme esimerkiksi Arizonassa pidetyssä kansainvälisessä CMWR2024-konferenssissa”, Lamminmäki kertoo.
“Posiva Solutions myy asiantuntemustaan ja mallinnusosaamistaan kansainvälisesti, ja LUMI on avannut siihen uusia mahdollisuuksia ja lisännyt kiinnostusta yritystä kohtaan suurteholaskenta- ja ydinjätehuoltoyhteisöissä”, hän jatkaa.
Kestävä ja pitkäjänteinen kehitys keskiössä
“Kestävä kehitys on Posivan hiilidioksidivapaan energiastrategian keskiössä ja perustana kaikelle työllemme. Kaikkia toimintoja tarkastellaan kestävän kehityksen näkökulmasta, joten sitä pidetään äärimmäisen tärkeänä. Myös työkalujen ja tuotekehityksen tulee toimia sen ehdoilla”, Lamminmäki sanoo.
Posivan mallinnukset on joka tapauksessa tehtävä. Projekti vaatii edelleen paljon laskentakapasiteettia, ja Posivan ensisijaisena toiveena on jatkaa LUMIn käyttöä. Yritys hakee edelleen resursseja myös EuroHPC-hakujen kautta, vaikka LUMIn resurssien saaminen ei silloin ole taattua.
”Malliamme täytyy nyt tehtävän 8000 vuoden ajanjakson kalibroinnin jälkeen mallintaa edelleen tulevaisuuteen jopa 120 000 vuoteen asti. Tämä tarkoittaa, että laskentatarpeita riittää pitkälle tulevaisuuteen”, Lamminmäki summaa.
Lue lisää
Lisätietoa LUMIn yrityskäytöstä
Dan Still
Dan Still vastaa teollisten kumppanuuksien ja verkostojen rakentamisesta, teollisen HPC käytön tehostamiseksi.
