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Lo studio di sicurezza dello smaltimento geologico

Quando si tratta di gestire il combustibile nucleare esausto, in alcuni paesi lo smaltimento geologico diretto è il metodo preferito. Degli scienziati finanziati dall’UE hanno sviluppato dei modelli realistici di come la dissoluzione colpisce la superficie del combustibile nucleare esausto che dovrebbero ridurre le incertezze e aumentare la sicurezza dei depositi sotterranei profondi.
Lo studio di sicurezza dello smaltimento geologico
Sono state condotte molte ricerche ed è stata accumulata una grande conoscenza sulla complessa interazione solido-fluido del materiale radioattivo e della naturale acqua di falda che entra nel contenitore del combustibile esausto. Tuttavia, ci sono ancora delle domande aperte. Tra queste c’è quella riguardante il modo in cui i risultati degli esperimenti di laboratorio possono essere tradotti nel reale ambiente del deposito.

Gli scienziati hanno iniziato il progetto REDUPP (“Reducing uncertainty in performance prediction”), finanziato dall’UE, per rispondere a due differenti aspetti di questa domanda. Il team ha studiato in che modo i risultati di esperimenti di dissoluzione relativamente a breve termine possono essere estrapolati e applicati ai tempi molto lunghi del processo nel deposito. Inoltre, essi hanno esaminato l’effetto di elementi in tracce trovati nell’acqua di falda naturale.

Il combustibile nucleare esausto è composto principalmente da ossido di uranio (UO2), che ha una struttura come quella della fluorite. La ricerca di REDUPP si è concentrata su una serie di materiali con strutture simili a quella della fluorite, tra cui ossido di cerio e fluoruro di calcio. Sono stati effettuati dei dettagliati esperimenti di dissoluzione in laboratorio usando campioni frammentati o ridotti in polvere che contenevano bordi taglienti e difetti. Durante la dissoluzione, i frammenti sono diventati più arrotondati.

Tra gli obbiettivi del progetto vi era quello di determinare in che modo questo graduale cambiamento della superficie del campione influenza il tasso di dissoluzione. Integrando i loro risultati sperimentali con la modellazione al computer, gli scienziati di REDUPP hanno sviluppato un modello teorico di come la struttura solida della superficie interagisce con l’acqua durante la dissoluzione del combustibile nucleare esausto nell’acqua di falda.

L’effetto della presenza di elementi in tracce è stato studiato usando dell’acqua di falda reale in esperimenti di dissoluzione con UO2. Precedenti esperimenti avevano usato dell’acqua di falda sintetica che possiede un composizione chimica differente rispetto a quella naturale. La mancanza di tutti gli elementi chimici che sono presenti nelle acque naturali aveva introdotto una incertezza non irrilevante negli sforzi di modellazione del passato che era necessario ridurre.

La solubilità estremamente bassa di alcuni dei materiali usati ha richiesto delle analisi accurate e precise delle soluzioni. Mediante la spettroscopia di massa a plasma accoppiato induttivamente a elevata risoluzione sono stati ottenuti dei dati analitici molto specifici. Il miglioramento delle banche dati relative alla dissoluzione del combustibile esausto è stato un altro risultato conseguito dal progetto REDUPP.

I risultati della ricerca di REDUPP sono interessanti sia per i dipartimenti di ricerca in tutto il mondo che per i portatori di interesse nell’industria della gestione del combustibile nucleare esausto. Ci si aspetta che collaborazioni come questa abbiano un impatto significativo non solo sulla questione fondamentale di come la struttura solida della superficie influisce sulla dissoluzione, ma anche nel ridurre le incertezze legate alle valutazioni della sicurezza dello smaltimento.

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Argomenti

Nuclear Fission

Keywords

Smaltimento geologico, combustibile nucleare esausto, processi dissoluzione, depositi sotterranei, falda acquifera