Sulfidipitoisen pohjaveden vaikutus kuparin virumiseen

Research output: ThesisMaster's thesisTheses

Abstract

Suomessa käytetyn ydinpolttoaineen loppusijoitus aiotaan tehdä ruotsalaisen KBS-3-konseptin mukaan. Konseptissa hapettomasta ja fosforiseostetusta kuparista (OFPkupari) valmistetun ulkokuoren omaava loppusijoituskapseli sijoitetaan 400-500 metrin syvyydelle peruskallioon. Kapseli eristetään muusta ympäristöstä bentoniittisavella. Loppusijoitustilan lämpötila nousee käytetyn ydinpolttoaineen säteilyn vuoksi, minkä lisäksi kapseliin kohdistuu mekaanisia rasituksia. Nämä seikat altistavat kuparin virumiselle. Loppusijoituskapselin kanssa kontaktiin pääsevä pohjavesi sisältää erilaisia aineksia, joiden tiedetään aiheuttavan kuparin korroosiota. Viime vuosina on saatu viitteitä ennen tuntemattomasta sulfidiperäisestä kuparin korroosiomekanismista, jonka vaikutuksesta kuparin virumiseen ei ole olemassa näyttöä. Tämän työn tavoitteena oli selvittää sulfidialtistuksen vaikutusta OFP-kuparin virumiskäyttäytymiseen. Lisäksi arvioitiin Wilshiren yhtälön toimivuutta murtoaikojen ennustamisessa. Työn teoriaosuudessa on esitetty taustatietoa käytetyn ydinpolttoaineen loppusijoituksesta, loppusijoitustilan ympäristöolosuhteiden kehittymisestä, kuparin alttiudesta korroosiolle, kuparin in situ-korroosion seurantamenetelmistä sekä virumisesta. Kokeellisessa osassa OFP-kuparista valmistettuja koesauvoja altistettiin viiden viikon ajan tekopohjavedelle, johon oli lisätty 200 mg/l sulfidia. Sulfidialtistuksen vaikutusta koesauvojen pintaan tutkittiin pyyhkäisyelektronimikroskoopilla SEM- ja EDS-analyysien avulla. Virumis- ja vetokokeita suoritettiin sekä sulfidipitoiselle tekopohjavedelle altistetuilla että altistamattomilla referenssikoesauvoilla. Kirjallisuudessa saatavilla olevan virumisdatan perusteella luotiin Wilshiren kuvaaja OFP-kuparille. Virumis- ja vetokoetulokset osoittavat, että sulfidialtistus heikentää jonkin verran materiaalin sitkeysominaisuuksia. Sulfidin/rikin kulkeutumista bulkkimateriaaliin ei havaittu samoissa määrin kuin aikaisemmissa tutkimuksissa. Tämä saattaa johtua näytteiden erilaisesta altistustavasta. Sulfidin diffuusiomallin kehittämisen tulisi olla osana tulevia tutkimuksia. Wilshiren yhtälö todettiin potentiaaliseksi menetelmäksi murtoaikojen ennustamiseen virumisessa, mutta kyseinen malli tarvitsee enemmän dataa toimiakseen luotettavasti ennustettaessa pitkiä murtoaikoja.
Original languageFinnish
QualificationMaster Degree
Awarding Institution
  • Tampere University of Technology (TUT)
Supervisors/Advisors
  • Kuokkala, Veli-Tapani, Supervisor, External person
Place of PublicationTampere
Publisher
Publication statusPublished - 2012
MoE publication typeG2 Master's thesis, polytechnic Master's thesis

Keywords

  • creep
  • OFP-copper
  • sulphide
  • spent nuclear fuel
  • Wilshire equation

Cite this

Sipilä, K. (2012). Sulfidipitoisen pohjaveden vaikutus kuparin virumiseen. Tampere: Tampere University of Technology.
Sipilä, Konsta. / Sulfidipitoisen pohjaveden vaikutus kuparin virumiseen. Tampere : Tampere University of Technology, 2012.
@phdthesis{e683d6c40a34470a9e01dae271c97817,
title = "Sulfidipitoisen pohjaveden vaikutus kuparin virumiseen",
abstract = "Suomessa k{\"a}ytetyn ydinpolttoaineen loppusijoitus aiotaan tehd{\"a} ruotsalaisen KBS-3-konseptin mukaan. Konseptissa hapettomasta ja fosforiseostetusta kuparista (OFPkupari) valmistetun ulkokuoren omaava loppusijoituskapseli sijoitetaan 400-500 metrin syvyydelle peruskallioon. Kapseli eristet{\"a}{\"a}n muusta ymp{\"a}rist{\"o}st{\"a} bentoniittisavella. Loppusijoitustilan l{\"a}mp{\"o}tila nousee k{\"a}ytetyn ydinpolttoaineen s{\"a}teilyn vuoksi, mink{\"a} lis{\"a}ksi kapseliin kohdistuu mekaanisia rasituksia. N{\"a}m{\"a} seikat altistavat kuparin virumiselle. Loppusijoituskapselin kanssa kontaktiin p{\"a}{\"a}sev{\"a} pohjavesi sis{\"a}lt{\"a}{\"a} erilaisia aineksia, joiden tiedet{\"a}{\"a}n aiheuttavan kuparin korroosiota. Viime vuosina on saatu viitteit{\"a} ennen tuntemattomasta sulfidiper{\"a}isest{\"a} kuparin korroosiomekanismista, jonka vaikutuksesta kuparin virumiseen ei ole olemassa n{\"a}ytt{\"o}{\"a}. T{\"a}m{\"a}n ty{\"o}n tavoitteena oli selvitt{\"a}{\"a} sulfidialtistuksen vaikutusta OFP-kuparin virumisk{\"a}ytt{\"a}ytymiseen. Lis{\"a}ksi arvioitiin Wilshiren yht{\"a}l{\"o}n toimivuutta murtoaikojen ennustamisessa. Ty{\"o}n teoriaosuudessa on esitetty taustatietoa k{\"a}ytetyn ydinpolttoaineen loppusijoituksesta, loppusijoitustilan ymp{\"a}rist{\"o}olosuhteiden kehittymisest{\"a}, kuparin alttiudesta korroosiolle, kuparin in situ-korroosion seurantamenetelmist{\"a} sek{\"a} virumisesta. Kokeellisessa osassa OFP-kuparista valmistettuja koesauvoja altistettiin viiden viikon ajan tekopohjavedelle, johon oli lis{\"a}tty 200 mg/l sulfidia. Sulfidialtistuksen vaikutusta koesauvojen pintaan tutkittiin pyyhk{\"a}isyelektronimikroskoopilla SEM- ja EDS-analyysien avulla. Virumis- ja vetokokeita suoritettiin sek{\"a} sulfidipitoiselle tekopohjavedelle altistetuilla ett{\"a} altistamattomilla referenssikoesauvoilla. Kirjallisuudessa saatavilla olevan virumisdatan perusteella luotiin Wilshiren kuvaaja OFP-kuparille. Virumis- ja vetokoetulokset osoittavat, ett{\"a} sulfidialtistus heikent{\"a}{\"a} jonkin verran materiaalin sitkeysominaisuuksia. Sulfidin/rikin kulkeutumista bulkkimateriaaliin ei havaittu samoissa m{\"a}{\"a}rin kuin aikaisemmissa tutkimuksissa. T{\"a}m{\"a} saattaa johtua n{\"a}ytteiden erilaisesta altistustavasta. Sulfidin diffuusiomallin kehitt{\"a}misen tulisi olla osana tulevia tutkimuksia. Wilshiren yht{\"a}l{\"o} todettiin potentiaaliseksi menetelm{\"a}ksi murtoaikojen ennustamiseen virumisessa, mutta kyseinen malli tarvitsee enemm{\"a}n dataa toimiakseen luotettavasti ennustettaessa pitki{\"a} murtoaikoja.",
keywords = "creep, OFP-copper, sulphide, spent nuclear fuel, Wilshire equation",
author = "Konsta Sipil{\"a}",
year = "2012",
language = "Finnish",
publisher = "Tampere University of Technology",
address = "Finland",
school = "Tampere University of Technology (TUT)",

}

Sipilä, K 2012, 'Sulfidipitoisen pohjaveden vaikutus kuparin virumiseen', Master Degree, Tampere University of Technology (TUT), Tampere.

Sulfidipitoisen pohjaveden vaikutus kuparin virumiseen. / Sipilä, Konsta.

Tampere : Tampere University of Technology, 2012.

Research output: ThesisMaster's thesisTheses

TY - THES

T1 - Sulfidipitoisen pohjaveden vaikutus kuparin virumiseen

AU - Sipilä, Konsta

PY - 2012

Y1 - 2012

N2 - Suomessa käytetyn ydinpolttoaineen loppusijoitus aiotaan tehdä ruotsalaisen KBS-3-konseptin mukaan. Konseptissa hapettomasta ja fosforiseostetusta kuparista (OFPkupari) valmistetun ulkokuoren omaava loppusijoituskapseli sijoitetaan 400-500 metrin syvyydelle peruskallioon. Kapseli eristetään muusta ympäristöstä bentoniittisavella. Loppusijoitustilan lämpötila nousee käytetyn ydinpolttoaineen säteilyn vuoksi, minkä lisäksi kapseliin kohdistuu mekaanisia rasituksia. Nämä seikat altistavat kuparin virumiselle. Loppusijoituskapselin kanssa kontaktiin pääsevä pohjavesi sisältää erilaisia aineksia, joiden tiedetään aiheuttavan kuparin korroosiota. Viime vuosina on saatu viitteitä ennen tuntemattomasta sulfidiperäisestä kuparin korroosiomekanismista, jonka vaikutuksesta kuparin virumiseen ei ole olemassa näyttöä. Tämän työn tavoitteena oli selvittää sulfidialtistuksen vaikutusta OFP-kuparin virumiskäyttäytymiseen. Lisäksi arvioitiin Wilshiren yhtälön toimivuutta murtoaikojen ennustamisessa. Työn teoriaosuudessa on esitetty taustatietoa käytetyn ydinpolttoaineen loppusijoituksesta, loppusijoitustilan ympäristöolosuhteiden kehittymisestä, kuparin alttiudesta korroosiolle, kuparin in situ-korroosion seurantamenetelmistä sekä virumisesta. Kokeellisessa osassa OFP-kuparista valmistettuja koesauvoja altistettiin viiden viikon ajan tekopohjavedelle, johon oli lisätty 200 mg/l sulfidia. Sulfidialtistuksen vaikutusta koesauvojen pintaan tutkittiin pyyhkäisyelektronimikroskoopilla SEM- ja EDS-analyysien avulla. Virumis- ja vetokokeita suoritettiin sekä sulfidipitoiselle tekopohjavedelle altistetuilla että altistamattomilla referenssikoesauvoilla. Kirjallisuudessa saatavilla olevan virumisdatan perusteella luotiin Wilshiren kuvaaja OFP-kuparille. Virumis- ja vetokoetulokset osoittavat, että sulfidialtistus heikentää jonkin verran materiaalin sitkeysominaisuuksia. Sulfidin/rikin kulkeutumista bulkkimateriaaliin ei havaittu samoissa määrin kuin aikaisemmissa tutkimuksissa. Tämä saattaa johtua näytteiden erilaisesta altistustavasta. Sulfidin diffuusiomallin kehittämisen tulisi olla osana tulevia tutkimuksia. Wilshiren yhtälö todettiin potentiaaliseksi menetelmäksi murtoaikojen ennustamiseen virumisessa, mutta kyseinen malli tarvitsee enemmän dataa toimiakseen luotettavasti ennustettaessa pitkiä murtoaikoja.

AB - Suomessa käytetyn ydinpolttoaineen loppusijoitus aiotaan tehdä ruotsalaisen KBS-3-konseptin mukaan. Konseptissa hapettomasta ja fosforiseostetusta kuparista (OFPkupari) valmistetun ulkokuoren omaava loppusijoituskapseli sijoitetaan 400-500 metrin syvyydelle peruskallioon. Kapseli eristetään muusta ympäristöstä bentoniittisavella. Loppusijoitustilan lämpötila nousee käytetyn ydinpolttoaineen säteilyn vuoksi, minkä lisäksi kapseliin kohdistuu mekaanisia rasituksia. Nämä seikat altistavat kuparin virumiselle. Loppusijoituskapselin kanssa kontaktiin pääsevä pohjavesi sisältää erilaisia aineksia, joiden tiedetään aiheuttavan kuparin korroosiota. Viime vuosina on saatu viitteitä ennen tuntemattomasta sulfidiperäisestä kuparin korroosiomekanismista, jonka vaikutuksesta kuparin virumiseen ei ole olemassa näyttöä. Tämän työn tavoitteena oli selvittää sulfidialtistuksen vaikutusta OFP-kuparin virumiskäyttäytymiseen. Lisäksi arvioitiin Wilshiren yhtälön toimivuutta murtoaikojen ennustamisessa. Työn teoriaosuudessa on esitetty taustatietoa käytetyn ydinpolttoaineen loppusijoituksesta, loppusijoitustilan ympäristöolosuhteiden kehittymisestä, kuparin alttiudesta korroosiolle, kuparin in situ-korroosion seurantamenetelmistä sekä virumisesta. Kokeellisessa osassa OFP-kuparista valmistettuja koesauvoja altistettiin viiden viikon ajan tekopohjavedelle, johon oli lisätty 200 mg/l sulfidia. Sulfidialtistuksen vaikutusta koesauvojen pintaan tutkittiin pyyhkäisyelektronimikroskoopilla SEM- ja EDS-analyysien avulla. Virumis- ja vetokokeita suoritettiin sekä sulfidipitoiselle tekopohjavedelle altistetuilla että altistamattomilla referenssikoesauvoilla. Kirjallisuudessa saatavilla olevan virumisdatan perusteella luotiin Wilshiren kuvaaja OFP-kuparille. Virumis- ja vetokoetulokset osoittavat, että sulfidialtistus heikentää jonkin verran materiaalin sitkeysominaisuuksia. Sulfidin/rikin kulkeutumista bulkkimateriaaliin ei havaittu samoissa määrin kuin aikaisemmissa tutkimuksissa. Tämä saattaa johtua näytteiden erilaisesta altistustavasta. Sulfidin diffuusiomallin kehittämisen tulisi olla osana tulevia tutkimuksia. Wilshiren yhtälö todettiin potentiaaliseksi menetelmäksi murtoaikojen ennustamiseen virumisessa, mutta kyseinen malli tarvitsee enemmän dataa toimiakseen luotettavasti ennustettaessa pitkiä murtoaikoja.

KW - creep

KW - OFP-copper

KW - sulphide

KW - spent nuclear fuel

KW - Wilshire equation

M3 - Master's thesis

PB - Tampere University of Technology

CY - Tampere

ER -

Sipilä K. Sulfidipitoisen pohjaveden vaikutus kuparin virumiseen. Tampere: Tampere University of Technology, 2012.