Исследование десорбции ядерных отходов показывает, что высвобождение урана со временем замедляется

Ученые Тихоокеанской северо-западной национальной лаборатории, исследующие фундаментальные процессы, контролирующие долгосрочное высвобождение урана из загрязненных отложений, обнаружили, что этот процесс резко замедляется со временем и с увеличением потери массы. Это явление объясняется быстрым очищением открытых реакционно-способных поверхностей и медленной диффузией прореагировавшего урана из внутризеренных областей с увеличивающейся недоступностью. Результаты позволят ученым создавать более точные модели для прогнозирования скорости распространения и рисков, создаваемых давно существующими грунтовыми шлейфами на объекте «Хэнфорд» (где производился плутоний в рамках Манхэттенского проекта) и на других площадках по всему миру.

Большинство предыдущих экспериментальных исследований скорости высвобождения урана из осадков фокусировались на небольшой его доле, которая быстро переходит из твердой фазы в грунтовые воды. В данной работе моделирование и лабораторные эксперименты были объединены для оценки высвобождения урана в условиях потока, где растворенный уран удалялся из системы. Для оценки кинетического поведения всего урана в пробах использовались длительные периоды, превышающие четыре месяца.

Исследователи оценили две модели, используя данные двух колонн, заполненных отложениями с мелкими (<2 мм) или крупными (<8 мм) зернами, с последующей медленной инжекцией моделируемого грунтового раствора. Обобщенная композитная (GC) модель проще в использовании, так как включает меньше параметров. Модель аддитивности компонентов на основе размера зерна (GSCA) включает данные о пространственном распределении зерен разного размера в полевых условиях и может прогнозировать десорбцию урана на конкретной площадке.

Оказалось, что обе модели эффективно описывали десорбцию урана на коротких временных интервалах. Однако при калибровке по данным краткосрочных экспериментов они не были точны в долгосрочной перспективе из-за замедления высвобождения урана со временем. Более того, наблюдалась значительная степень высвобождения урана из отложений с крупными зернами, вклад которых обычно игнорируется из-за малой площади поверхности. Крупные зерна преобладают в полевых условиях, и данное исследование показало, что они содержат реакционно-способные внутризеренные области, связанные с трещинами и порами в породе.