L'inaspettata corrosività dei fusti nucleari / The unexpected corrosiveness of nuclear drums

Segnalato dal Dott. Giuseppe Cotellessa / Reported by Dr. Giuseppe Cotellessa

Una simulazione delle condizioni di stoccaggio dei rifiuti nucleari ha evidenziato un processo accelerato di corrosione sulla superficie di contatto tra l'acciaio dei fusti e il loro contenuto radioattivo. La scoperta mette in discussione i progetti di depositi per scorie a elevata attività.

I metodi stoccaggio a lungo termine delle scorie nucleari potrebbero essere meno affidabili e duraturi di quanto ritenuto. Il loro punto debole, finora sottovalutato, è la corrosione dei fusti di acciaio inossidabile che viene accelerata, in ambiente acquoso, dal contatto con le scorie contenute negli stessi fusti. L’allarme è stato lanciato da uno studio pubblicato su “Nature Materials” da Xiaolei Guo e colleghi dell’Ohio State University a Columbus, negli Stati Uniti, che richiama l’attenzione sulla necessità di riconsiderare attentamente l’interazione tra i diversi materiali che si progetta di usare in questo delicato campo di gestione delle scorie radioattive militari e civili.

Questi nuovi risultati riguardano in particolare lo smaltimento definitivo dei rifiuti radioattivi di elevata attività, cioè quelli che rimarranno pericolosi per gli esseri umani e per l’ambiente ancora per centinaia di migliaia di anni. Quasi tutte le nazioni con attività nucleari hanno in progetto lo stoccaggio in siti geologici profondi. Questo metodo, considerato da alcuni esperti uno dei più sicuri, prevede l’immagazzinamento in appositi siti che, per le loro caratteristiche intrinseche, garantirebbero un isolamento dalle attività umane e una stabilità su tempi molto lunghi.

Prima di essere accumulate, le scorie a elevata attività sono trattate, poi imprigionate nel vetro o nella ceramica e infine sigillate in contenitori di acciaio inox per impedirne l’interazione con l’ambiente. Il problema è che gli attuali standard di sicurezza di questi metodi di stoccaggio valutano la corrosione dei singoli gruppi di materiali in modo indipendente, trascurando le potenziali interazioni tra materiali diversi che si trovano a contatto nei fusti.

Guo e colleghi hanno considerato l’interfaccia tra la superficie interna dei fusti di acciaio e le scorie e ne hanno studiato la corrosione in condizioni di deposito simulato per 30 giorni. Hanno scoperto così che la corrosione di vetro e ceramica è notevolmente accelerata proprio nell’area di contatto tra scorie e acciaio inossidabile.

In sostanza, con il raffreddamento delle scorie depositate in un ambiente acquoso, fenomeni corrosivi localizzati dell'acciaio dei fusti potrebbero far percolare acqua al loro interno, nello spazio confinato tra la superficie di acciaio e la massa vetrosa. La dissoluzione dell’acciaio genera cationi metallici, ovvero ioni metallici con carica elettrica positiva, che vanno incontro a idrolisi, producendo protoni. Questi aumentano fortemente l’acidità locale, che a sua volta rinforza la corrosione dell’acciaio e provoca quella del materiale vetroso e di conseguenza la liberazione delle specie radioattive. Un processo molto simile si verifica anche nella ceramica.

Gli autori sostengono che un simile effetto di promozione della corrosione potrebbe, a lungo andare, portare al rilascio di materiale radioattivo nell’ambiente. Questo rischio, finora trascurato, dovrebbe essere considerato attentamente nelle valutazioni dei materiali destinati allo stoccaggio delle scorie.

ENGLISH

A simulation of nuclear waste storage conditions showed an accelerated corrosion process on the contact surface between the steel of the drums and their radioactive content. The discovery challenges plans for high-activity slag deposits.

Long-term storage methods for nuclear waste may be less reliable and longer lasting than believed. Their weak point, so far underestimated, is the corrosion of the stainless steel drums which is accelerated, in an aqueous environment, by contact with the slag contained in the drums themselves. The alarm was launched by a study published in "Nature Materials" by Xiaolei Guo and colleagues from Ohio State University in Columbus, United States, which draws attention to the need to carefully reconsider the interaction between the different materials that plans to use in this delicate field of military and civilian radioactive waste management.

These new results particularly concern the definitive disposal of highly active radioactive waste, that is, those that will remain dangerous for humans and the environment for hundreds of thousands of years. Almost all nations with nuclear activities are planning to store in deep geological sites. This method, considered by some experts to be one of the safest, involves storage in special sites which, due to their intrinsic characteristics, would guarantee isolation from human activities and stability over very long times.

Before being accumulated, the highly active slags are treated, then imprisoned in glass or ceramic and finally sealed in stainless steel containers to prevent their interaction with the environment. The problem is that the current safety standards of these storage methods evaluate the corrosion of individual groups of materials independently, neglecting the potential interactions between different materials that are in contact in the drums.

Guo and colleagues considered the interface between the internal surface of the steel drums and the slag and studied their corrosion under simulated storage conditions for 30 days. They discovered that the corrosion of glass and ceramic has significantly accelerated precisely in the contact area between slag and stainless steel.

Basically, with the cooling of the slag deposited in an aqueous environment, localized corrosive phenomena of the steel of the drums could cause water to percolate inside them, in the confined space between the steel surface and the glass mass. The dissolution of steel generates metal cations, or metal ions with positive electric charge, which undergo hydrolysis, producing protons. These greatly increase local acidity, which in turn reinforces the corrosion of steel and causes that of the glassy material and consequently the release of radioactive species. A very similar process also occurs in ceramics.

The authors argue that such a corrosion-promoting effect could, in the long run, lead to the release of radioactive material into the environment. This risk, hitherto neglected, should be carefully considered in evaluations of materials destined for the storage of waste.

Da:

https://www.lescienze.it/news/2020/01/29/news/corrosione_fusti_scorie_nucleari-4668691/