高水平的核废料储存材料的降解速度可能会比之前想象的要快

时间:2020-02-02 18:43 来源:seo 作者:杏鑫 点击量:

高水平的核废料储存材料的降解速度可能会比之前想象的要快

研究发现材料-玻璃、陶瓷和不锈钢-相互作用加速腐蚀。

新的研究显示,由于这些材料相互作用的方式,美国和其他国家计划用来储存高水平核废料的材料可能会比任何人之前知道的降解速度都要快。

今天发表在《自然材料》杂志上的研究结果表明,核废料储存材料的腐蚀加速是因为核废料溶液的化学成分发生了变化,也因为这些材料相互作用的方式。

“这表明,目前的模型可能不足以安全储存这些废物,”该研究的主要作者、俄亥俄州立大学工程学院核废料表格和容器性能与设计中心副主任郭小磊说。“这表明我们需要开发一种储存核废料的新模式。”

该小组的研究重点是高放射性核废料的储存材料主要是国防废料,过去核武器生产的遗留物。这些废物具有高放射性。有些废物的半衰期约为30年,有些废物的半衰期约为30年比如说钚它们的半衰期可以长达数万年。放射性元素的半衰期是一半物质衰变所需要的时间。

美国目前没有处理这些废物的场地;据美国问责局(U.S. General Accountability Office)说,它通常储存在工厂附近。已经有人提议在内华达州的Yucca山建立一个永久性的基地,尽管计划已经搁浅。世界各国都在讨论处理核废料的最佳方式;只有芬兰已经开始建设一个长期的高放射性核废料储存库。

但在全球范围内,高水平国防废物处理和储存的长期计划大致相同。它包括将核废料与其他材料混合形成玻璃或陶瓷,然后将这些玻璃或陶瓷包裹起来现在放射性本;在金属容器。然后,这些毒气罐会被深埋在地下的储存库中以隔离它。

在这项研究中,研究人员发现,当暴露在水环境中时,玻璃和陶瓷与不锈钢相互作用,加速腐蚀,特别是对含有核废料的玻璃和陶瓷材料的腐蚀。

定性地测定了贮存材料的加速腐蚀与自然腐蚀的差异。郭称其为“严重”。

在现实生活中,玻璃或陶瓷废料会与不锈钢罐紧密接触。在特定的条件下,不锈钢的腐蚀会变得疯狂,”他说。“它创造了一个可以腐蚀周围材料的超级侵略性环境。”

为了分析腐蚀,研究小组压下了玻璃或陶瓷的“废物形式”本;核废料被封装成的形状并将它们浸泡在溶液中长达30天,条件是模拟亚卡山(Yucca Mountain)下的环境,即拟议的核废料储存库。

实验结果表明,当玻璃与不锈钢相互挤压时,不锈钢腐蚀较严重。和“局部”;根据这项研究。研究人员还注意到,与不锈钢接触的玻璃部分出现了裂纹和腐蚀加剧。

问题的一部分在于元素周期表。不锈钢主要是由铁和其他元素(包括镍和铬)混合制成的。铁对硅有化学亲和力,而硅是玻璃的关键元素。

实验还表明,当陶瓷-另一个潜在的核废料持有者在类似于尤卡山下的条件下,陶瓷和不锈钢都受到“严重局部”的腐蚀。的方式。

参考文献:核废料在材料界面的自加速腐蚀郭小磊、金(Stephane Gin)、雷鹏辉、姚天凯、刘洪申、施雷伯(Daniel K. Schreiber)、吴迪(Dien Ngo)、威斯瓦纳坦(Gopal Viswanathan)、李天书、金成(Seong H. Kim)、维亚纳(John D. Vienna)、杜金成(Joseph V. Ryan)、杜金成(Jincheng Du)、连杰(Jie Lian)和弗兰克尔(Gerald S. Frankel), 2020年1月27日,《自然材料》。

DOI: 10.1038 / s41563 - 019 - 0579 - x

参与这项研究的其他俄亥俄州立大学的研究人员包括Gopal Viswanathan, Tianshu Li和Gerald Frankel。

这项工作的部分资金由美国能源部科学办公室提供。

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