Los materiales para el almacenamiento de residuos nucleares no son tan seguros como se pensaba

Los materiales que los Estados Unidos y otros países planean usar para almacenar desechos nucleares de alto nivel probablemente se degradarán más rápido de lo que nadie sabía anteriormente debido a la forma en que interactúan esos materiales.

Una investigación publicada en la revista Nature Materials, muestra que la corrosión de los materiales de almacenamiento de desechos nucleares se acelera debido a los cambios en la química de la solución de desechos nucleares, y por la forma en que los materiales interactúan entre sí.

“Esto indica que los modelos actuales pueden no ser suficientes para mantener estos desechos almacenados de manera segura”, dijo Xiaolei Guo, autor principal del estudio y subdirector del Centro de Desempeño y Diseño de Formularios y Contenedores de Desechos Nucleares del Estado de Ohio. “Y muestra que necesitamos desarrollar un nuevo modelo para almacenar desechos nucleares”.

La investigación del equipo se centró en el almacenamiento de materiales para desechos nucleares de alto nivel, principalmente desechos de defensa, el legado de la producción de armas nucleares en el pasado. El desecho es altamente radiactivo. Mientras que algunos tipos de desechos tienen una vida media de aproximadamente 30 años, otros, por ejemplo, el plutonio, tienen una vida media que puede ser de decenas de miles de años. La vida media de un elemento radiactivo es el tiempo necesario para que la mitad del material se descomponga.

Estados Unidos actualmente no tiene un sitio de disposición para esos desechos; Según la Oficina de Responsabilidad General de los Estados Unidos, generalmente se almacena cerca de las plantas donde se produce. Se ha propuesto un sitio permanente para Yucca Mountain en Nevada, aunque los planes se han estancado. Países de todo el mundo han debatido la mejor manera de lidiar con los desechos nucleares; solo uno, Finlandia, ha comenzado la construcción de un depósito a largo plazo para residuos nucleares de alto nivel.

Pero el plan a largo plazo para la eliminación y el almacenamiento de desechos de defensa de alto nivel en todo el mundo es prácticamente el mismo. Implica mezclar los desechos nucleares con otros materiales para formar vidrio o cerámica, y luego encerrar esos pedazos de vidrio o cerámica, ahora radioactivos, dentro de botes metálicos. Los botes serían enterrados bajo tierra en un depósito para aislarlo.

En este estudio, los investigadores encontraron que cuando se exponen a un ambiente acuoso, el vidrio y la cerámica interactúan con el acero inoxidable para acelerar la corrosión, especialmente de los materiales de vidrio y cerámica que contienen desechos nucleares.

El estudio midió cualitativamente la diferencia entre la corrosión acelerada y la corrosión natural de los materiales de almacenamiento. Guo lo llamó “severo”.

“En el escenario de la vida real, las formas de desechos de vidrio o cerámica estarían en contacto cercano con botes de acero inoxidable. En condiciones específicas, la corrosión del acero inoxidable se volverá loca”, dijo. “Crea un ambiente súper agresivo que puede corroer los materiales circundantes”.

Para analizar la corrosión, el equipo de investigación presionó “formas de desechos” de vidrio o cerámica, las formas en que se encapsulan los desechos nucleares, contra el acero inoxidable y los sumergió en soluciones durante hasta 30 días, en condiciones que simulan las de la montaña Yucca, el repositorio de residuos nucleares propuesto.

Esos experimentos mostraron que cuando el vidrio y el acero inoxidable se presionaron entre sí, la corrosión del acero inoxidable fue “severa” y “localizada”, según el estudio. Los investigadores también notaron grietas y corrosión mejorada en las partes del vidrio que habían estado en contacto con el acero inoxidable.

Parte del problema radica en la tabla periódica. El acero inoxidable está hecho principalmente de hierro mezclado con otros elementos, incluidos el níquel y el cromo. El hierro tiene una afinidad química por el silicio, que es un elemento clave del vidrio.

Los experimentos también mostraron que cuando las cerámicas, otro soporte potencial para los desechos nucleares, se presionaron contra el acero inoxidable en condiciones que imitaban a las que se encuentran debajo de la montaña Yucca, tanto la cerámica como el acero inoxidable se corroyeron de una manera “severamente localizada”.

Referencia: Xiaolei Guo, Stephane Gin, Penghui Lei, Tiankai Yao, Hongshen Liu, Daniel K. Schreiber, Dien Ngo, Gopal Viswanathan, Tianshu Li, Seong H. Kim, John D. Vienna, Joseph V. Ryan, Jincheng Du, Jie Lian, Gerald S. Frankel. Self-accelerated corrosion of nuclear waste forms at material interfacesNature Materials, 2020; DOI: 10.1038/s41563-019-0579-x

Fuente:  alcanzandoelconocimiento.com

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