De materialen die de Verenigde Staten en andere landen van plan zijn te gebruiken om hoogactief nucleair afval op te slaan, zullen waarschijnlijk sneller worden afgebroken dan iemand eerder wist vanwege de manier waarop die materialen op elkaar inwerken, nieuw onderzoek laat zien.

De bevindingen, vandaag gepubliceerd in het tijdschrift Natuurmaterialen , laten zien dat corrosie van opslagmaterialen voor kernafval versnelt vanwege veranderingen in de chemie van de oplossing voor kernafval, en vanwege de manier waarop de materialen met elkaar omgaan.

"Dit geeft aan dat de huidige modellen mogelijk niet voldoende zijn om dit afval veilig te bewaren, " zei Xiaolei Guo, hoofdauteur van de studie en adjunct-directeur van het Ohio State Center for Performance and Design of Nuclear Waste Forms and Containers, onderdeel van het College of Engineering van de universiteit. "En het laat zien dat we een nieuw model moeten ontwikkelen voor de opslag van kernafval."

Het onderzoek van het team was gericht op opslagmaterialen voor hoogactief nucleair afval, voornamelijk defensieafval, de erfenis van de nucleaire wapenproductie in het verleden. Het afval is zeer radioactief. Hoewel sommige soorten afval een halfwaardetijd hebben van ongeveer 30 jaar, anderen, bijvoorbeeld plutonium - hebben een halfwaardetijd die tienduizenden jaren kan zijn. De halfwaardetijd van een radioactief element is de tijd die nodig is om de helft van het materiaal te laten vervallen.

De Verenigde Staten hebben momenteel geen stortplaats voor dat afval; volgens het Amerikaanse General Accountability Office, het wordt meestal opgeslagen in de buurt van de planten waar het wordt geproduceerd. Er is een permanente locatie voorgesteld voor Yucca Mountain in Nevada, hoewel de plannen zijn vastgelopen. Landen over de hele wereld hebben gedebatteerd over de beste manier om met kernafval om te gaan; maar een, Finland, is begonnen met de bouw van een langetermijnopslagplaats voor hoogactief kernafval.

Maar het langetermijnplan voor de verwijdering en opslag van hoogactief defensieafval over de hele wereld is grotendeels hetzelfde. Het gaat om het mengen van het kernafval met andere materialen om glas of keramiek te vormen, en vervolgens die stukjes glas of keramiek - nu radioactief - in metalen bussen insluiten. De bussen zouden dan diep onder de grond in een opslagplaats worden begraven om het te isoleren.

In dit onderzoek, ontdekten de onderzoekers dat bij blootstelling aan een waterige omgeving, glas en keramiek werken samen met roestvrij staal om corrosie te versnellen, vooral van de glas- en keramische materialen die nucleair afval bevatten.

Het onderzoek heeft kwalitatief het verschil gemeten tussen versnelde corrosie en natuurlijke corrosie van de opslagmaterialen. Guo noemde het 'ernstig'.

"In het echte leven de glas- of keramische afvalvormen zouden in nauw contact komen met roestvrijstalen jerrycans. Onder bepaalde voorwaarden, de corrosie van roestvrij staal zal gek worden, " zei hij. "Het creëert een superagressieve omgeving die omringende materialen kan aantasten."

Om corrosie te analyseren, het onderzoeksteam drukte glas of keramische "afvalvormen" - de vormen waarin nucleair afval is ingekapseld - tegen roestvrij staal en dompelde ze tot 30 dagen onder in oplossingen, onder omstandigheden die die onder Yucca Mountain simuleren, de voorgestelde opslagplaats voor kernafval.

Die experimenten toonden aan dat wanneer glas en roestvrij staal tegen elkaar werden gedrukt, roestvast staal corrosie was "ernstig" en "gelokaliseerd, " volgens de studie. De onderzoekers constateerden ook scheuren en verhoogde corrosie op de delen van het glas die in contact waren geweest met roestvrij staal.

Een deel van het probleem ligt in het periodiek systeem. Roestvrij staal is voornamelijk gemaakt van ijzer gemengd met andere elementen, inclusief nikkel en chroom. IJzer heeft een chemische affiniteit voor silicium, dat is een belangrijk element van glas.

De experimenten toonden ook aan dat wanneer keramiek - een andere potentiële houder voor nucleair afval - tegen roestvrij staal werd gedrukt onder omstandigheden die vergelijkbaar waren met die onder Yucca Mountain, zowel het keramiek als het roestvrij staal corrodeerde op een "ernstige gelokaliseerde" manier.