Izotópmigrációs vizsgálatok az IKI-ben 1. Bevezetés: Nagyaktivitású radioaktív hulladékok elhelyezés 2. Hazai helyzet Bodai Aleurolit 3. Intézeti mérések előzmények (1999 2003) 4. Folytatás I. - EU FP6 keretben FUNMIG (2004 2008) 5. Folytatás II. EU FP7 keretben ReCosy (2009 - ) IKI- KTT ülés 2010. október 6. 1/11
1. Nagyaktivitású radioaktív hulladékok kiégett fűtőelemek Jellemző izotópok: fissziós & aktinidák Lehetőségek: - (átmeneti tárolás) közvetlen mélységi elhelyezés -reprocesszálás => mélységi elhelyezés - transzmutáció => mélységi elhelyezés Műszaki és természetes gátak IKI- KTT ülés 2010. október 6. 2/11
2. Hazai helyzet Bodai Aleurolit Bodai Agyagkő Formáció: Perm időszak (150 M év), max. hőm: 150 C, lúgos közeg => réteg-, és tektoszilikátok (illit, montmorillonit, stb.) URL - mélységi laboratórium ( 1050 m), vizsgálatok 1995 1999 között Geological cross section of the East-West direction in the Western-Mecsek Anticline IKI- KTT ülés 2010. október 6. 3/11
3. Intézeti vizsgálatok (1999 2003) Szorpció és migráció kationok: 60 Co, 85 Sr, 137 Cs, anion: 125 I ( Paksi megbízással : PAV => Mecsekérc => IKI ) Diffúziós mérőcellák: u.n. áttöréses mérések In situ: 100 bar 50 C ' C ( t) ADe αal = t C V ' L 6V ' 0 A I - anion diffúziója legalább egy nagyságrenddel nagyobb, mint a kationoké, D eff ~ 3-5 x 10-12 m 2 s -1, (1) öndiffúziós állandó elektrolitokban, (2) néhány m / 10 5 év Közlemények: 1. P. Mell, et. al, Sorption of Cs, Sr, Co and I, J. Radioanal. Nucl. Chemistry, 268, (2006) 405 410. 2. P. Mell, et. al, Diffusion of Sr, Cs and I into argillaceous rock, J. Radioanal. Nucl. Chem., 268 (2006) 411-417 Újabb hazai projektek gyakorlatilag szünetelnek: KKÁT 50 évre RHK közhasznú non-profit Zrt prognózis: mélységi (~ 200-300m) labor 2025 körül IKI- KTT ülés 2010. október 6. 4/11
4.1. A vizsgálatok folytatása Európai Uniós keretben (FP6 FUNMIG, 2004 2008) Lehetőség az EU-ban tekintetbe vett különböző agyagos kőzetek összehasonlítására age (Ma) depth (m) clay content (%) organic matter (%) max. temp. ( C) porosity / water (%) Boom 30-36 200 30-60 1-5 16 ~ 40 Boda 250 1000 30-40 ~0 ~ 150 1-3 COx 155 500 40 0.8-1.2 40 5 10 Opa 180 500 39-63 0.5-1.0 85 3-5 Boom Clay: BE; COx: Callovo-Oxfordian, FR; Opa: Opalinus Clay, CH IKI- KTT ülés 2010. október 6. 5/11
4.2. Saját vizsgálatok FUNMIG keretben Áttörési mérések 99 TcO 4-, H 14 CO 3 - anionokkal és triciummal 0,25 0,20 0,15 0,10 0,05 99TcO 4-1000 m 0,00 0 200 400 600 800 1000 1200 1400 days ph = 8 c / c 0, active side inactive side 1,0 0,8 0,6 0,04 0,02 0,00 ph = 12 0 100 200 300 400 500 time, days activity a / a 0 1,0 0,8 0,6 0,4 0,2 0,0 active side inactive side 0 100 200 300 400 500 600 70 time, days HTO 570 m OH - + HCO Deff ~ 1 x 10-12 m 2 s -1 3- => CO 2-3 + H 2 O D eff ~ 1.4 x 10-11 m 2 s -1 14 CO 3 2- (foly) 14 CO 3 2- (szil) sum ph = 8 Összefoglaló közlemény: K. Lázár et al, Proc. 4th Annual Workshop, FUNMIG IP, Wissenschaftliche Berichte FZKA 7461, Karlsruhe 2009, p. 199 204. => Következő dia: BAF vizsgálatok a FUNMIG partnerek részéről IKI- KTT ülés 2010. október 6. 6/11
IKI- KTT ülés 2010. október 6. 7/11
5.1. Folytatás II. - EU FP7 ReCosy (2009 jelenleg - 2013) ReCosy: Redox Controlled Systems Redox folyamatok hatása a hosszú felezési idejű izotópok migrációjára fissziós izotópok (pl. 79 SeO 3 2- Se(0); 99 TcO 4 - TcO 2 ), és aktinidák ( pl. UO 2 2- UO 2, 237 NpO 2 +, NpO(OH) 2 ) Bodai agyagkő: rétegszilikátok: Fe 2+ / Fe 3+ Van-e redox folyamatoknak szerepe az U migrációjában: áttörési mérések uranil acetáttal (UO 2 2+ ) Urán: Eh Ph, Pourbaix diagram Mössbauer-spektrum: Hematit Fe 2 O 3 (Fe 3+ ) & Klorit (Fe 2+ ) Fe 2+ -12-9 -6-3 0 3 6 9 12 corrected relative intensity a / a 0, % 80 70 60 50 40 80 70 60 50 40 40 30 20 10 0 sam ple 1 sam ple 2 0 100 200 300 tim e, days Nincs áttörés egy év alatt IKI- KTT ülés 2010. október 6. 8/11
5.2. ReCosy - intézeti mérések Lézeres ICP MS (mérőcella bontás után) Uráneloszlás a minta felszínére merőlegesen Oxidálható-e a Fe 2+ a Bodai Aleurolit rétegszilikátjában? Klorit (Fe 2+ ) Mössbauer spektrumok 3215-8 minta lezerablacios felvetele 1,E+06 U-238 non-treated 1,E+05 Intenzitas [cps] 1,E+04 1,E+03 1,E+02 (a kőzet eredeti urántartalma) U-235 perchlorate hypochlorite 1,E+01 1,E+00 31 231 431 631 831 1031 Ido [s] Az urán az oldatból egy év alatt max. kb. 4 mm távolságra jutott ; (az Y-tengely logaritmikus). UO 2 2+ szorpció és UO 2 2+ redukció kombinálódhatott : a következő lépés: felületi ~ 1mm es rétegben Fe 2+ /Fe 3+ arány mérése (volt-e Fe 2+ => Fe 3+ oxidáció) H 2 O 2-4 -2 0 2 4 velocity, mm/s Gyakorlatilag nem azaz lehet, hogy az UO 2 2+ sem oxidál IKI- KTT ülés 2010. október 6. 9/11
5.3 További BAF vizsgálatok - ReCosy partnerekkel együtt Valóban lejátszódnak-e redox folyamatok a Bodai Agyagkő formáció ásványain? Voltammetra ( on microparticles néhány tized mg ásványon) és Mössbauer-spektroszkópia kombinálása A1 Central part ( 4 mm/s) Full spectrum (12 mm/s) 83.7 m 85.2 m C2 C3 C1 E i=0-4 -2 0 2 4 91.8 m -12-9 -6-3 0 3 6 9 12 E i= 0 0.45 V vs. SCE, Fe 2+ /Fe 3+ az oldatban K. Lázár et. al: Hyperfine Interactions, 190 (2009) 129 133. IKI- KTT ülés 2010. október 6. 10/11
Összefoglalás A nagyaktivitású hulladékok elhelyezésével kapcsolatos izotópmigrációs vizsgálatok egy példát mutattak arra, hogyan lehet megbízásos kutatásokat úgy kibővíteni, hogy idővel - Európai Uniós kutatásokba is beépülhessenek, - létrejöjjönek tudományos eredmények is (közlemények, ill. PhD), - és (nem utolsó sorban:) önfinanszírozók is lehetnek. (ReCosy: 57 % EU, kb. ~ 30 % BONUS-HU, ~ 13 % különbözet: MTA önrész). észt vevők: KI-ből, Lázár Károly, Megyeri János, Széles Éva 1, Mácsik Zsuzsa 1, Mell Péter 2, Riess László 3 ecsekérc: Máthé Zoltán (minták - kőzettani és ásványtani jellemzés) 1 ReCosy projektben; 2 2004-ig, (PhD folyamatban), 3 2005-ig öszönetnyilvánítás UNMIG: Jean-Claude Parneix (ERM, Poitiers Franciaország) ecosy: Michel Perdicakis ( Lab. Chim. Phys. LCPME, Nancy - Franciaország) IKI- KTT ülés 2010. október 6. 11/11