Minimalizowanie konieczności pesymizmu

Koncepcje równowagi między fazą stałą a ciekłą (np. jednakowa ilość substancji rozpuszczalnej i substancji wcielanej w fazę stałą) są kluczem do oceny bezpieczeństwa jądrowego. Standardowe koncepcje nie wyjaśniają powolnego procesu równowagi, co może prowadzić do nadmiernie pesymistycznych lub, w niektórych przypadkach, nadmiernie optymistycznych ocen ryzyka.

Finansowany przez UE projekt SKIN powstał, by wyjaśnić tę kwestię na rzecz efektywniejszego wykorzystania danych dotyczących rozpuszczalności w kontekście zarządzania odpadami jądrowymi. Uwagę skupiono na aktynowcach czterowartościowych (An(IV)) często uznawanych za nieruchome w środowisku ze względu na ich niską rozpuszczalność. Brakuje szczegółowych danych opisujących powolne procesy termodynamiczne zachodzące blisko stanu równowagi.

Zespół projektu SKIN przeprowadził wiele eksperymentów na tych systemach. Wyniki mają bezpośrednie przełożenie na charakterystykę regulatorów rozpuszczalności, które wpływają na maksymalne zagęszczenie wody gruntowej i skojarzone dawki obliczone. Poszukiwania obejmowały badanie wymian izotopów dynamicznych i badania spektroskopowe nad wcieleniem radionuklidu. W tych ostatnich oceniono aspekty odwracalności lub nieodwracalności, które odnoszą się do ilości wolnych radioizotopów zdolnych do dyfundowania w wodzie gruntowej lub glebie.

Sorpcja/desorpcja do i z powierzchni materiałów jest zwykle odwracalna, podczas gdy wcielenie do fazy stałej uznawane jest za nieodwracalne. Istnieją pewne wyjątki, w tym jeden z ważnych wyjątków stanowi nieodwracalność sorpcji/desorpcji cezu w czysty illit. W projekcie SKIN wykazano natomiast, że w przypadku illitu uwarstwionego naprzemianlegle, proces ten jest odwracalny.

Przyczyną tego zjawiska może być fakt, że uwarstwienie naprzemianległe blokuje dyfuzję w masę, lub że warunki doświadczalne nie przybliżają bardzo powolnych, długoterminowych procesów dyfuzji. Obecne geochemiczne modele sorpcji/desorpcji nie są jeszcze w stanie opisać tego typu długoterminowych ewolucji.

Dlatego bardzo ważnym wkładem projektu jest porównanie trzech istniejących modeli i opracowanie nowego modelu nieodwracalnej śladowej absorpcji minerałów. Zrozumienie czasowej ewolucji rozpuszczalności i sorpcji ma decydujące znaczenie dla ocen bezpieczeństwa.

W projekcie SKIN opracowano naukową metodologię służącą do określania ilościowo stopnia nieodwracalnego wcielenia radionuklidów w fazach mineralnych następujących po początkowej sorpcji powierzchniowej. Pozwoli to określać jakościowo stopień pesymizmu założeń w ocenach bezpieczeństwa, a także wspomagać bezpieczne i powszechne przejście na czystą i opłacalną energię jądrową.