Raudan reaktiot käytetyn ydinpolttoaineen loppusijoitusolosuhteissa

Heikki Kumpulainen, Arto Muurinen

    Research output: Book/ReportReportProfessional

    Abstract

    Suomen käytetyn ydinpolttoaineen loppusijoituksen pitkäaikaisturvallisuuden kannalta on merkittävää, että loppusijoitustilan hapetus-pelkistysolosuhteet ovat pelkistävät. Jos kuparikapseli rikkoutuu hyvin pitkän ajan kuluttua, sen sisällä oleva rautametalli auttaa ylläpitämään pelkistäviä olosuhteita siitä huolimatta, että säteilyn aiheuttama veden radiolyysi alkaa tuottaa hapettimia. Tällöin polttoainematriisi ja monet haitalliset radionuklidit esiintyvät niukkaliukoisissa muodoissaan. Liuoksen vesikemia voi vaikuttaa huomattavasti rautapinnan passivoitumis- ja pelkistysreaktioiden luonteeseen. Jotkut liuosolosuhteet saattavat edistää raudan syöpymistä, kun taas toiset saattavat passivoida pinnan. Hapettomissa olosuhteissa hiiliteräs korrodoituu vesiliuoksessa muodostaen vetyä ja mm. ferrohydroksidia. Veden sisältämä karbonaatti, nitraatti, ammoniakki tai vetykaasu 1-100 barin paineessa eivät vaikuta korroosionopeuteen. Sen sijaan ionivahvuuden ja sulfaattipitoisuuden kasvu lisää korroosionopeutta. Rautapinnalle muodostuu reaktiotuotekerroksia, joiden rakenne on todennäköisesti huokoinen. Korroosiotuotekerroksen kehittyminen hidastaa korroosiota asteittain. Pistekorroosio-prosessi edellyttää riittävää happipitoisuutta ja se riippuu myös liuoskemiasta. Raudan korroosio bentoniitin huokosvesiympäristössä johtaa monimutkaiseen kemialliseen ja mineralogiseen kehitykseen. Käynnistetty raudan, bentoniitin ja pohjaveden reaktioita kartoittava pitkäaikaiskoe edistää niiden ilmiöiden ymmärtämistä, joita loppusijoitustilassa tulee tapahtumaan. Kokeen termodynaaminen mallinnus osoitti raudan syöpymisen johtavan vedyn, magnetiitin, pyriitin, kalsiumferriitin tai troiliitin muodostumiseen syöpymisen syvyyden mukaan. Reaktioiden vuoksi pH kasvoi ja redox-potentiaali laski.
    Original languageFinnish
    Place of PublicationEspoo
    PublisherVTT Technical Research Centre of Finland
    ISBN (Print)951-38-5957-6
    Publication statusPublished - 2001
    MoE publication typeD4 Published development or research report or study

    Publication series

    NameVTT Tiedotteita - Meddelanden - Research Notes
    PublisherVTT Kemiantekniikka
    Volume2122
    ISSN (Print)1235-0605

    Fingerprint

    Nefopam
    Oxidation-Reduction
    Iron

    Keywords

    • repositories
    • spent nuclear fuel
    • waste management
    • iron
    • corrosion
    • oxidation-reduction reactions
    • carbon steel
    • copper
    • bentonite
    • ground water

    Cite this

    Kumpulainen, H., & Muurinen, A. (2001). Raudan reaktiot käytetyn ydinpolttoaineen loppusijoitusolosuhteissa. Espoo: VTT Technical Research Centre of Finland. VTT Tiedotteita - Meddelanden - Research Notes, No. 2122
    Kumpulainen, Heikki ; Muurinen, Arto. / Raudan reaktiot käytetyn ydinpolttoaineen loppusijoitusolosuhteissa. Espoo : VTT Technical Research Centre of Finland, 2001. (VTT Tiedotteita - Meddelanden - Research Notes; No. 2122).
    @book{226d7a3fa0df40cd91dab97493342d1c,
    title = "Raudan reaktiot k{\"a}ytetyn ydinpolttoaineen loppusijoitusolosuhteissa",
    abstract = "Suomen k{\"a}ytetyn ydinpolttoaineen loppusijoituksen pitk{\"a}aikaisturvallisuuden kannalta on merkitt{\"a}v{\"a}{\"a}, ett{\"a} loppusijoitustilan hapetus-pelkistysolosuhteet ovat pelkist{\"a}v{\"a}t. Jos kuparikapseli rikkoutuu hyvin pitk{\"a}n ajan kuluttua, sen sis{\"a}ll{\"a} oleva rautametalli auttaa yll{\"a}pit{\"a}m{\"a}{\"a}n pelkist{\"a}vi{\"a} olosuhteita siit{\"a} huolimatta, ett{\"a} s{\"a}teilyn aiheuttama veden radiolyysi alkaa tuottaa hapettimia. T{\"a}ll{\"o}in polttoainematriisi ja monet haitalliset radionuklidit esiintyv{\"a}t niukkaliukoisissa muodoissaan. Liuoksen vesikemia voi vaikuttaa huomattavasti rautapinnan passivoitumis- ja pelkistysreaktioiden luonteeseen. Jotkut liuosolosuhteet saattavat edist{\"a}{\"a} raudan sy{\"o}pymist{\"a}, kun taas toiset saattavat passivoida pinnan. Hapettomissa olosuhteissa hiiliter{\"a}s korrodoituu vesiliuoksessa muodostaen vety{\"a} ja mm. ferrohydroksidia. Veden sis{\"a}lt{\"a}m{\"a} karbonaatti, nitraatti, ammoniakki tai vetykaasu 1-100 barin paineessa eiv{\"a}t vaikuta korroosionopeuteen. Sen sijaan ionivahvuuden ja sulfaattipitoisuuden kasvu lis{\"a}{\"a} korroosionopeutta. Rautapinnalle muodostuu reaktiotuotekerroksia, joiden rakenne on todenn{\"a}k{\"o}isesti huokoinen. Korroosiotuotekerroksen kehittyminen hidastaa korroosiota asteittain. Pistekorroosio-prosessi edellytt{\"a}{\"a} riitt{\"a}v{\"a}{\"a} happipitoisuutta ja se riippuu my{\"o}s liuoskemiasta. Raudan korroosio bentoniitin huokosvesiymp{\"a}rist{\"o}ss{\"a} johtaa monimutkaiseen kemialliseen ja mineralogiseen kehitykseen. K{\"a}ynnistetty raudan, bentoniitin ja pohjaveden reaktioita kartoittava pitk{\"a}aikaiskoe edist{\"a}{\"a} niiden ilmi{\"o}iden ymm{\"a}rt{\"a}mist{\"a}, joita loppusijoitustilassa tulee tapahtumaan. Kokeen termodynaaminen mallinnus osoitti raudan sy{\"o}pymisen johtavan vedyn, magnetiitin, pyriitin, kalsiumferriitin tai troiliitin muodostumiseen sy{\"o}pymisen syvyyden mukaan. Reaktioiden vuoksi pH kasvoi ja redox-potentiaali laski.",
    keywords = "repositories, spent nuclear fuel, waste management, iron, corrosion, oxidation-reduction reactions, carbon steel, copper, bentonite, ground water",
    author = "Heikki Kumpulainen and Arto Muurinen",
    year = "2001",
    language = "Finnish",
    isbn = "951-38-5957-6",
    series = "VTT Tiedotteita - Meddelanden - Research Notes",
    publisher = "VTT Technical Research Centre of Finland",
    address = "Finland",

    }

    Kumpulainen, H & Muurinen, A 2001, Raudan reaktiot käytetyn ydinpolttoaineen loppusijoitusolosuhteissa. VTT Tiedotteita - Meddelanden - Research Notes, no. 2122, VTT Technical Research Centre of Finland, Espoo.

    Raudan reaktiot käytetyn ydinpolttoaineen loppusijoitusolosuhteissa. / Kumpulainen, Heikki; Muurinen, Arto.

    Espoo : VTT Technical Research Centre of Finland, 2001. (VTT Tiedotteita - Meddelanden - Research Notes; No. 2122).

    Research output: Book/ReportReportProfessional

    TY - BOOK

    T1 - Raudan reaktiot käytetyn ydinpolttoaineen loppusijoitusolosuhteissa

    AU - Kumpulainen, Heikki

    AU - Muurinen, Arto

    PY - 2001

    Y1 - 2001

    N2 - Suomen käytetyn ydinpolttoaineen loppusijoituksen pitkäaikaisturvallisuuden kannalta on merkittävää, että loppusijoitustilan hapetus-pelkistysolosuhteet ovat pelkistävät. Jos kuparikapseli rikkoutuu hyvin pitkän ajan kuluttua, sen sisällä oleva rautametalli auttaa ylläpitämään pelkistäviä olosuhteita siitä huolimatta, että säteilyn aiheuttama veden radiolyysi alkaa tuottaa hapettimia. Tällöin polttoainematriisi ja monet haitalliset radionuklidit esiintyvät niukkaliukoisissa muodoissaan. Liuoksen vesikemia voi vaikuttaa huomattavasti rautapinnan passivoitumis- ja pelkistysreaktioiden luonteeseen. Jotkut liuosolosuhteet saattavat edistää raudan syöpymistä, kun taas toiset saattavat passivoida pinnan. Hapettomissa olosuhteissa hiiliteräs korrodoituu vesiliuoksessa muodostaen vetyä ja mm. ferrohydroksidia. Veden sisältämä karbonaatti, nitraatti, ammoniakki tai vetykaasu 1-100 barin paineessa eivät vaikuta korroosionopeuteen. Sen sijaan ionivahvuuden ja sulfaattipitoisuuden kasvu lisää korroosionopeutta. Rautapinnalle muodostuu reaktiotuotekerroksia, joiden rakenne on todennäköisesti huokoinen. Korroosiotuotekerroksen kehittyminen hidastaa korroosiota asteittain. Pistekorroosio-prosessi edellyttää riittävää happipitoisuutta ja se riippuu myös liuoskemiasta. Raudan korroosio bentoniitin huokosvesiympäristössä johtaa monimutkaiseen kemialliseen ja mineralogiseen kehitykseen. Käynnistetty raudan, bentoniitin ja pohjaveden reaktioita kartoittava pitkäaikaiskoe edistää niiden ilmiöiden ymmärtämistä, joita loppusijoitustilassa tulee tapahtumaan. Kokeen termodynaaminen mallinnus osoitti raudan syöpymisen johtavan vedyn, magnetiitin, pyriitin, kalsiumferriitin tai troiliitin muodostumiseen syöpymisen syvyyden mukaan. Reaktioiden vuoksi pH kasvoi ja redox-potentiaali laski.

    AB - Suomen käytetyn ydinpolttoaineen loppusijoituksen pitkäaikaisturvallisuuden kannalta on merkittävää, että loppusijoitustilan hapetus-pelkistysolosuhteet ovat pelkistävät. Jos kuparikapseli rikkoutuu hyvin pitkän ajan kuluttua, sen sisällä oleva rautametalli auttaa ylläpitämään pelkistäviä olosuhteita siitä huolimatta, että säteilyn aiheuttama veden radiolyysi alkaa tuottaa hapettimia. Tällöin polttoainematriisi ja monet haitalliset radionuklidit esiintyvät niukkaliukoisissa muodoissaan. Liuoksen vesikemia voi vaikuttaa huomattavasti rautapinnan passivoitumis- ja pelkistysreaktioiden luonteeseen. Jotkut liuosolosuhteet saattavat edistää raudan syöpymistä, kun taas toiset saattavat passivoida pinnan. Hapettomissa olosuhteissa hiiliteräs korrodoituu vesiliuoksessa muodostaen vetyä ja mm. ferrohydroksidia. Veden sisältämä karbonaatti, nitraatti, ammoniakki tai vetykaasu 1-100 barin paineessa eivät vaikuta korroosionopeuteen. Sen sijaan ionivahvuuden ja sulfaattipitoisuuden kasvu lisää korroosionopeutta. Rautapinnalle muodostuu reaktiotuotekerroksia, joiden rakenne on todennäköisesti huokoinen. Korroosiotuotekerroksen kehittyminen hidastaa korroosiota asteittain. Pistekorroosio-prosessi edellyttää riittävää happipitoisuutta ja se riippuu myös liuoskemiasta. Raudan korroosio bentoniitin huokosvesiympäristössä johtaa monimutkaiseen kemialliseen ja mineralogiseen kehitykseen. Käynnistetty raudan, bentoniitin ja pohjaveden reaktioita kartoittava pitkäaikaiskoe edistää niiden ilmiöiden ymmärtämistä, joita loppusijoitustilassa tulee tapahtumaan. Kokeen termodynaaminen mallinnus osoitti raudan syöpymisen johtavan vedyn, magnetiitin, pyriitin, kalsiumferriitin tai troiliitin muodostumiseen syöpymisen syvyyden mukaan. Reaktioiden vuoksi pH kasvoi ja redox-potentiaali laski.

    KW - repositories

    KW - spent nuclear fuel

    KW - waste management

    KW - iron

    KW - corrosion

    KW - oxidation-reduction reactions

    KW - carbon steel

    KW - copper

    KW - bentonite

    KW - ground water

    M3 - Report

    SN - 951-38-5957-6

    T3 - VTT Tiedotteita - Meddelanden - Research Notes

    BT - Raudan reaktiot käytetyn ydinpolttoaineen loppusijoitusolosuhteissa

    PB - VTT Technical Research Centre of Finland

    CY - Espoo

    ER -

    Kumpulainen H, Muurinen A. Raudan reaktiot käytetyn ydinpolttoaineen loppusijoitusolosuhteissa. Espoo: VTT Technical Research Centre of Finland, 2001. (VTT Tiedotteita - Meddelanden - Research Notes; No. 2122).