Migrace niklu v bariérových materiálech

Abstract

Súčasťou migrácie rádionuklidov je aj ich záchyt v danom prostredí. Ten je kvantifikovaný sorpčnými koeficientami stanovenými v sorpčných experimentoch. Parametre sorpčných experimentov dokážu výrazne ovplyvniť výslednú hodnotu sorpčného koeficientu. V experimentálnej časti boli študovanými faktormi sorpčných experimentov doba kontaktu, trepanie, ekvilibrácia a prítomnosť nosiča na hodnotu rozdeľovacieho koeficientu Rd pri záchyte Ni a Cs na PVP-2. Faktory SE sledované pri stanovení lineárneho distribučného koeficientu Kd pre Ni a Cs na PVP-2 boli pomer fáz m/V, počiatočná koncentrácia C0, vplyv AN prostredia a úpravy PF. Pri sledovaní doby kontaktu a trepaní dochádzalo k zvyšovaniu záchytu pre Ni a Cs obrusovaním častíc pri interakcii fáz. Ekvilibrácia PF ukázala, že záchyt Ni nie je citlivý na zmeny úpravy PF ekvilibráciou. Naproti tomu Cs je citlivý a jeho záchyt bol vyšší na ekvilibrovanej PF. Záchyt Ni nebol ovplyvnený neprítomnosťou nosiča, narozdiel od Cs, u ktorého nepridanie nosiča rezultovalo k vyššiemu záchytu. Metodika postupu zmeny pomeru m/V sa javí oproti postupu so zmenou počiatočnej C0 vhodnejšou z dôvodu použitia viacerých pomerov m/V, možnosti lineárneho preloženia viacerých hodnôt q na C a nižšej náročnosti práce. Záchyt Ni a Cs bol v anaeróbnom prostredí vyšší než aeróbnom. Záchyt Ni bol v SGW2 vyšší než v CaCl2 v dôsledku rozdielneho pH čí speciácie Ni. U Cs bol záchyt rovnaký. Úprava PVP-2 ultrazvukovým kúpeľom nespôsobila zmeny pri záchyte Ni v porovnaní s premytím na site, potvrdzujúc necitlivosť jeho záchytu na úpravy danej PF. Záchyt Cs na PVP-2 upravenú ultrazvukovým kúpeľom bol väčší v dôsledku rozpadu častíc biotitu. Z výsledkov testovania faktorov vyplýva, že metodika zmeny pomeru m/V so stanovením Kd pre vzorky PVP-2 je robustnejšia než metodika stanovenia Rd. Použitá metodika s výsledným Rd, nie je vhodnou metódou vedenia SE s horninovými vzorkami. Taktiež sa ukázalo, že SE s metodikou zmeny pomeru m/V je uskutočniteľný v inertnej atmosfére anaeróbneho boxu. Následne boli prevedené SE cézia a niklu so syntetickým kalcitom kde sa ukázalo, že záchyt Ni bol malý a spôsobený výmennými reakciami s Ca iónmi. U Cs bol pokles aktivity interakciou syntetického kalcitu s použitými KF nevýznamný. Metodika zmeny pomeru m/V bola použitá pre sorpčné experimenty so vzorkami projektu EURAD FUTURE. Záchyt Ni na okolitú horninu bol porovnateľný s PVP-2 v dôsledku podobnosti mineralogického zloženia. U Cs bol záchyt vyšší než u PVP-2. Nízky záchyt Ni (aj Cs) bol pozorovaný pre kalcit a kalcit s prímesou horniny v dôsledku zvyšovania obsahu kalcitu s nízkym záchytom Ni (a aj Cs). Na vzorkách projektu EURAD FUTURE sa potvrdilo, že metodika zmeny pomeru m/V je aplikovateľná aj na neznáme heterogénne horninové vzorky s vyšším obsahom sorbujúcich minerálov, menej už však pre vzorky s vysokými obsahmi málo sorbujúcich minerálov (napr. kalcit).

Part of the migration of radionuclides is also their uptake in the present environment. This is quantified by sorption coefficients determined in sorption experiments. The parameters of sorption experiments can significantly affect the resulting value of the sorption coefficient. In the experimental part, the studied factors were contact time, shaking, equilibration and presence of the carrier to the value of the partition coefficient Rd during Ni and Cs uptake on PVP-2. The sorption experiment factors observed in determining the linear distribution coefficient Kd for Ni and Cs on PVP-2 were the phase ratio m/V, the initial concentration C0, the influence of the anaerobic environment and the solid phase treatment. When monitoring contact time and shaking, the uptake for Ni and Cs was increased by abrasion of the particles during phase interaction. Equilibration of the solid phase showed that Ni uptake was not sensitive to changes during solid phase adjustment by equilibration. In contrast, Cs was sensitive, and its uptake was higher on equilibrated solid phase. Ni uptake was not affected by the non-addition of the carrier, unlike Cs, in which the non-addition of the carrier resulted in a higher uptake. Change m/V ratio method seems to be more suitable compared to initial C0 change method due to the use of more m/V ratios, the linear regression possibility of several values q to C and lower lab work intensity. The uptake of Ni and Cs was higher in anaerobic environment than in the aerobic one. Ni uptake in aerobic environment was higher in CaCl2 solution than in SGW2 due to different pH or Ni speciation. For Cs, the uptake was same in both solutions. Treatment of PVP-2 with ultrasonic bath did not case changes in Ni uptake compared to washing on a sieve, confirming the insensitivity of Ni uptake to solid phase treatments. The Cs uptake on solid phase treated with ultrasonic bath was greater due to the decomposition of biotite particles. The results of factor testing show that the m/V ratio change method with Kd determination for PVP-2 treated with ultrasonic bath samples is more robust than the Rd determination method. The Rd determination method is not suitable method of conducting sorption experiments with rock samples. It has also been shown that sorption experiments with a given method is feasible in an inert box atmosphere. Subsequently, sorption experiments of Ni and Cs with synthetic calcite were performed. Ni uptake turned out to be low and cause by exchange reactions with Ca ions. For Cs the decrease in activity by interaction of synthetic calcite with used liquid phases was insignificant. The m/V ratio change method was used for sorption experiments with EURAD FUTURE project samples. Ni uptake on surrounding rock was comparable to PVP-2 due to the similarity of the mineralogical composition. Cs uptake on surrounding rock was higher than on PVP-2. Low Ni (and Cs) uptake was observed for calcite and calcite with rock admixture due to increasing calcite content with low Ni (and also Cs) uptake. Sorption experiments on the EURAD FUTURE project samples confirmed that the m/V ratio change method is also applicable to unknown heterogeneous rock samples with higher content of minerals with higher Ni uptake, but less so for samples with high contents of low sorption minerals (e.g. calcite).