Nowe badania zwiększają zaufanie do długoterminowego składowania odpadów jądrowych

W miarę jak energia jądrowa odzyskuje popularność w dążeniu do czystszej energii, duże wyzwanie pozostaje nierozwiązane: co zrobimy ze wszystkimi odpadami jądrowymi? W Stanach Zjednoczonych plany budowy stałego podziemnego składowiska odpadów utknęły w martwym punkcie, pozostawiając krytyczną lukę w krajowej strategii energetyki jądrowej. Problem nie jest tylko polityczny, ale także naukowy. Dokładne zrozumienie tego, jak zachowują się odpady nuklearne składowane pod ziemią, wciąż stanowi poważną zagadkę.

Naukowcy z MIT, Lawrence Berkeley National Lab i University of Orléans zajmują się tą sprawą, a ich najnowsze odkrycia przynoszą bardzo potrzebną jasność. W badaniu opublikowanym niedawno w PNAS, Zespołowi udało się stworzyć modele komputerowe, które z imponującą dokładnością odzwierciedlają rzeczywiste eksperymenty. Może to brzmieć technicznie, ale to wielka sprawa: posiadanie modeli, którym możemy zaufać, znacznie ułatwia projektowanie bezpieczniejszych metod przechowywania.

To, co sprawia, że badania te są przełomowe, to ich związek z laboratorium Mont Terri w Szwajcarii, miejscem, które od lat 90. znajduje się w czołówce badań nad odpadami nuklearnymi. Naukowcy skupili się na glinie Opalinus, naturalnym materiale uważanym za idealny do przechowywania materiałów radioaktywnych. Przeprowadzając eksperymenty w Mont Terri, a następnie wprowadzając te dane do zaawansowanych symulacji komputerowych, byli w stanie zobaczyć, jak sztuczne bariery (takie jak cement) oddziałują z gliną głęboko pod ziemią, nie tylko przez miesiące lub lata, ale potencjalnie przez wieki.

Postęp ten zawdzięczamy w dużej mierze nowym narzędziom. Najnowszy model komputerowy, zwany CrunchODiTi, jest znaczącym ulepszeniem w stosunku do starszych programów. W przeciwieństwie do poprzednich wersji, CrunchODiTi może uwzględniać niewielkie ładunki elektryczne w minerałach ilastych. Te szczegóły mają znaczenie, ponieważ pomagają przewidzieć, w jaki sposób cząstki radioaktywne mogą się poruszać - lub pozostawać w miejscu - przez bardzo długi czas.

Zespół skupił się na niewielkiej, kluczowej warstwie “skóry” o grubości zaledwie centymetra, gdzie cement i glina spotykają się. Interfejs ten odgrywa ogromną rolę w powolnej migracji pierwiastków promieniotwórczych przez podpowierzchnię. Dane z 13-letniego eksperymentu w Mont Terri dały naukowcom rzadkie, długoterminowe spojrzenie na zmiany w tej strefie skóry. Ich model komputerowy pasował do fizycznych obserwacji, dając prawdziwą pewność, że są na dobrej drodze.

Dauren Sarsenbayev, główny autor badania, uważa, że obserwowanie tych zmian jest niezwykłe. Zobaczenie, jak z czasem zmienia się połączenie cementu i gliny, pomaga wypełnić lukę między teorią a rzeczywistością. Obserwacje zespołu potwierdzają również istniejące od dawna koncepcje dotyczące sposobu gromadzenia się minerałów i zmian porowatości materiału, które mają znaczenie dla długoterminowego przechowywania odpadów.

Co to wszystko oznacza dla zarządzania odpadami jądrowymi? Po pierwsze, dokładniejsze modele mogłyby zastąpić przestarzałe symulacje wykorzystywane obecnie do oceny bezpieczeństwa składowisk odpadów jądrowych. Ma to kluczowe znaczenie, jeśli Stany Zjednoczone - lub jakikolwiek inny kraj - chcą ruszyć naprzód z budową stałego składowiska odpadów. Modele te są również elastyczne w ocenie różnych rodzajów skał, w tym formacji solnych, co zwiększa ich przydatność w przyszłości.

Patrząc w przyszłość, naukowcy planują jeszcze bardziej udoskonalić swoje symulacje, być może integrując uczenie maszynowe w celu przyspieszenia procesu. Naukowcy chcą również zebrać więcej danych z trwających eksperymentów, zbliżając się do momentu, w którym składowanie odpadów nuklearnych będzie rozwiązanym problemem, a nie zbliżającym się ryzykiem.

Dla Sarsenbajewa i jego zespołu ostateczny cel jest prosty: stworzyć solidne naukowo, godne zaufania rozwiązanie dla odpadów nuklearnych, któremu decydenci - i społeczeństwo - będą mogli zaufać. Jak sam mówi, ich praca znajduje się na przecięciu nauki, systemów i społeczeństwa: prawdziwie wspólne podejście do jednego z najbardziej zniechęcających wyzwań inżynieryjnych naszej ery.

Przeczytaj całą historię na stronie MIT News.