Praha, 3. 3. 2023 - Uložení v hlubinném úložišti je v současnosti nejpropracovanější a nejekonomičtější metodou nakládání s vyhořelým jaderným palivem. Nejdůležitější, a jedinou hermetickou inženýrskou bariérou, je kovový kontejner, jehož životnost musí dosahovat statisíců až milionů let. Jak ale životnost co nejpřesněji odhadnout, když data z dlouhodobých experimentů s korozí uhlíkové oceli zahrnují jen období 10 let? Společný výzkum VŠCHT Praha, ÚJV Řež a Archeologického ústavu AVČR Praha ukázal, že skvělým pomocníkem jsou některé kovové archeologické artefakty. A to proto, že poskytují analogii k procesu koroze kontejneru.
„Dosavadní krátkodobé experimenty ukázaly pouze část životnosti kontejneru, při níž dochází k zpomalování jeho koroze. Data z archeologických analogů upřesnila odhad životnosti vnějšího obalu, která se bude pohybovat v řádech desetitisíců let,“ říká docent Jan Stoulil z VŠCHT Praha s tím, že tato doba pohodlně překračuje stanovenou hranici 2600 let. „To je minimální časový úsek, jenž musí vnější obal vydržet, aby vnitřní pouzdro z korozivzdorné oceli mohlo za dosažených anaerobních podmínek a při snížené teplotě zajistit ve stabilním pasivním stavu celkovou životnost v řádech milionů let,“ upřesňuje docent Stoulil.
Životnost kontejneru je možné rozdělit na tři fáze. V první fázi dochází k rychlé lokální penetraci koroze do hloubky vnějšího pouzdra z uhlíkové oceli. Tuto část ovlivňují zejména zbytkový kyslík, nečistoty v mikrostruktuře oceli a v největší míře mikroorganismy. V druhé fázi již dochází k vysrážení pevných korozních produktů v pórovém systému jílovitého bentonitu, který kontejner obklopuje. Korozní napadení je v tu chvíli výrazně zpomalováno pomalým transportem iontů a molekul v tomto utěsněném prostředí. Ve třetí fázi životnosti již přebírá bariérovou funkci vnitřní pouzdro z korozivzdorné oceli, které zajišťuje její hlavní část v řádu milionů let.
„V projektu jsme se zaměřili na prostředí podobné hlubinnému úložišti – jílovité půdy a trvalé zavodnění, které omezuje přístup kyslíku. Prostředí je tak alespoň částečně anaerobní. Bylo otevřeno celkově patnáct nalezišť a zpracováno více než dvě stovky artefaktů. U všech artefaktů byly stanoveny tloušťky korozních produktů pomocí rentgenového snímkování,“ vysvětluje docent Stoulil.
Následovalo velmi detailní studium fázového složení korozních produktů a obsahu jílových částic (metoda rentgenové difrakce), makropórovitosti (elektronová mikroskopie a digitální analýza obrazu) a mikropórovitosti (plynová adsorbční metoda BET).
RTG snímky artefaktu z lokality Žehuň, svítící část je kovové jádro,
tmavší obrysy okolo jsou korozní produkty
Detailní studium korozních produktů umožnilo přesný přepočet na tloušťku odkorodovaného kovu. Zejména ale upozornilo na fakt, že korozní produkty vznikají po vrstvách, a to o velmi podobné tloušťce, která je nezávislá na pórovitosti jílu i korozních produktů. „Paradoxní bylo zjištění, že rychleji korodují
artefakty na lokalitách, které svým složením půdního roztoku umožňují vznik kompaktnějších (méně pórovitých) korozních produktů, jež by měly mít lepší ochranný charakter. Tyto kompaktnější korozní produkty totiž omezují únik při korozi rozpuštěných kationtů kovu od rozhraní s kovem. Na tomto rozhraní pak vzniká větší množství vysrážených nových korozních produktů, které vytvářejí tlak na vnější, dříve vzniklé vrstvy, a dojde k jejich porušení. Tím kov přijde o svoji přirozenou ochranu a koroze začíná nanovo,“ upozorňuje docent Stoulil.
V současnosti jsou doplňována data o pórovitosti a mechanických vlastnostech korozních produktů vznikajících v prostředí bentonitu, která jsou nezbytná pro dokončení modelu životnosti kontejneru
Detaily lze nalézt v závěrečné zprávě projektu, která je volně ke stažení na webu.
