Producten&Diensten
EnglishLife Cycle innovations & Isotopes / Section Fuels & Isotopes (LCI/FI) -
Afvalmanagement - geavanceerde technieken - Immobilisatie
NRG onderzoekt de immobilisatie van radionucliden in matrixen die geschikt zijn voor Transmutatie (voor reductie radiotoxiciteit en levensduur radioactief afval) en /of directe Eindberging. Daarnaast wordt gekeken naar het gedrag van de 'immobilisaten' onder omstandigheden, die in geologische bergingen kunnen optreden.
Het huidige onderzoek binnen de productgroep Fuels, Actinides and Isotopes (FAI) m.b.t. eindbergingsonderzoek richt zich voornamelijk op cesium, jodium en technetium. Naast het onderzoek naar de mogelijkheden van transmutatie worden deze nucliden ingebracht in diverse materialen en blootgesteld aan media die onder verschillende geologische eindbergingscondities kunnen voorkomen. Hierbij staan de scenario’s zoutkoepels, graniet en opslag in kleilagen centraal. Onderzocht wordt of en met welke mate de ondergebrachte nucliden zouden kunnen vrijkomen (uitloging) wanneer de matrices in contact komen met eventueel optredend water (kleiporienwater, granietwater, verzadigde zoutoplossingen). De uitloogexperimenten werden volgens de MCC-1 standard static leaching test gedaan.
Cesium
Cesium is een belangrijk splijtingsproduct met een hoge opbrengst bij splijting, zowel in thermische als snelle reactoren. Cesium is een radionuclide dat bijzondere aandacht verdient. Enerzijds is cesium samen met radioactieve strontium een van de belangrijkste warmteproducerende radionucliden in waste en daarmee mede verantwoordelijk voor de onmogelijkheid om radioactief afval direct na ontstaan ondergronds te bergen waardoor een lange afkoelperiode bovengronds noodzakelijk is (ca 100 jaar) en anderzijds is cesium sterk mobiel waardoor bij vrijkomen de mens makkelijk in aanraking kan komen met dit element. Radioactief cesium is in staat na inwendige besmetting (via inhalatie, of via ingestie) een stralingsbron in het lichaam te vormen, die het lichaam gedurende lange tijd na de eigenlijke besmetting schade kunnen berokkenen.
De optredende Cs-isotopen kunnen in 4 groepen worden verdeeld:
- 133Cs; stabiel en door splijting in grote hoeveelheid gevormd
- 134Cs en 137Cs, radioactief met een vervaltijd van respectievelijk 2.06 jaar en 30.07 jaar, grote bijdrage aan de warmteproductie in de eerste 250 jaar en grote bijdrage aan de radiotoxiciteit
- 135Cs, radioactief en langstlevend (2.3 106 jaar)
- 136 Cs en 138 Cs, radioactief maar kortlevend (13.16 dagen en 33.4 minuten)
Hiermee is 135Cs het belangrijkste te beschouwen isotoop. Afhankelijk van het reactortype is haar voorkomen ca. 10-20%.
FAI onderzoekt de opslag van cesium in CST (Crystalline Silico-Titanate), een zeer stabiel microporeus materiaal dat selectief cesium uit afvalstromen kan verwijderen. Door middel van een goed gekozen warmtebehandeling van het met cesium beladen CST kan uitloging geminimaliseerd worden. De verschillende scenario’s worden getoetst om het beste opslagmedium vast te stellen.
|
|
Figuur: Uitloging van Cs-CST in een verzadigde zout-oplossing als functie van de tijd en voorcalcinatie-temperatuur (immobiliseren van cesium in de matrix) |
Jodium
Het splijtingsproduct Jodium-129 heeft een halfwaardetijd van 1.57 107 jaar. Dit isotoop is net als cesium sterk geomobiel en kan accumuleren in het menselijk lichaam (b.v. de schildklier). Er zijn weinig geschikte opties voor adequaat bergen van jodium. FAI heeft onderzocht of de matrix bismuthoxy iodide als eindbergingsmateriaal kan worden gebruikt. Er zijn de twee verbindingen BiOI en Bi5O7I gemaakt. Uit het uitloogonderzoek is duidelijk geworden dat deze verbindingen niet stabiel genoeg zijn voor opslag onder geologische omstandigheden.
Transmutatieonderzoek met iodide-zouten is lopend.
Technetium
FAI onderzoekt technetium-99, een isotoop met een halfwaardetijd van 2.1 105 jaar. Door neutronen-invangst kan dit (in de natuur niet voorkomend) via splijting gevormde element worden getransmuteerd naar niet-radioactief ruthenium. Zowel met neutronen bestraald technetium-metaal (waarbij gemiddeld 18% is getransmuteerd naar ruthenium) als technetium ondergebracht in spinel (magnesiumtitanaat) wordt onderzocht op geschiktheid voor eindberging onder de voorhanden zijnde geologische eind-bergingscondities.
 |
 |
Zoals hierboven vermeld, onderzoekt NRG-FAI naast het transmuteren tevens het immobiliseren van technetium-99. Hiertoe wordt technetium ondergebracht in magnesiumtitanaat dat een solide spinel-structuur heeft (zie boven). Onderzocht wordt hoe het meest effectief de Tc-spinel kan worden gefabriceerd met een minimaal aantal handelingen en een zo minimaal mogelijk verlies van technetium tijdens de productie.
Figuur: Productie van spinel bij de productgroep Fuels Actinides Isotopes.
Actiniden in pyrochloren
Daarnaast wordt onderzoek verricht naar pyrochloren als immobilisaat voor actiniden. Pyrochloren zijn door hun samenstelling geschikte kandidaten voor transmutatie van bijvoorbeeld het actinide americium of neptunium. Actinide-houdende pyrochloren zullen in de toekomst tevens op stabiliteit onder geologische eindbergingscondities worden onderzocht.
Zeolieten voor splijtingsProducten met kleine ionstraal
In 2002 zullen microporeuze kristallijne alumino-silicaten “zeolieten” ook deel uit gaan maken van het onderzoek. Met name splijtingsProducten met relatief kleine ionstraal (cesium, jodium, technetium) kunnen in specifieke zeolieten worden geadsorbeerd. Na een warmtebehandeling waarbij de zeoliet verglaast, kan het uitlooggedrag worden onderzocht.
VOORUITZICHT
Het eindbergingsonderzoek gaat zich verder ontwikkelen in richting van opgebrande splijtstof. Na bestraling van de transmutatietargets worden deze als afval overgehouden. Het is echter de bedoeling dat deze targets ook eindgeborgen moeten worden. De duurzaamheid van deze materialen onder geologische omstandigheden zal in de toekomst bij FAI worden onderzocht. Verder zal eindberging meer in richting van eindberging van actiniden gaan. Gedacht wordt aan matrices zoals pyrochloren of titanaat-ceramics.
Contact
Dr. Ronald P.C. Schram, Life Cycle innovations & Isotopes (LCI) Postbus 25, 1755 ZG Petten, Nederland tel: +31 224 564362, fax: +31 224 568608 e-mail: lci@nrg.eu