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Technical Report NTB 91-08

Modelling the dissolution of borosilicate glasses for radioactive waste disposal with the PREEQUE/GLASSOL Code: Theory and practice

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Ein Modell, welches das korrosionskinetische Verhalten silikatischer Gläser beschreibt, wurde in den letzten Jahren von Grambow entwickelt [1,6]. Im vorliegenden Bericht werden die theoretischen Grundlagen des Modells und dessen praktische Anwendung ausführlich behandelt. Als Hauptziel galt es, (1) die Gültigkeit grundlegender Annahmen, auf welchen das Modell basiert, zu überprüfen und (2) zu klären, ob es für die Sicherheitsanalyse des Schweizerischen Endlagers für hochaktive Abfälle geeignet ist.

Die auf quantenmechanischen Prinzipien basierende Theorie des Übergangzustandes wurde von Grambow zur Ableitung einer allgemeinen kinetischen Gleichung für die Glaskorrosion verwendet. Diese Gleichung kann mit Erfolg die beobachtete Kinetik erster Ordnung und deren Abhängigkeit von der Kieselsäurekonzentration in Lösung voraussagen; gleichwohl werden einige wichtige Parameter, welche in die Gleichung einfliessen, aufgrund fragwürdiger Annahmen bestimmt. Zum Beispiel führt eine vereinfachte Methode zur Berechnung der Konzentration von Oberflächenkomplexen – notwendig zur Bestimmung der Freien Energie der Glas/Wasser-Reaktion – zu Resultaten, die mit experimentellen Befunden über die Siliciumprotonierung nicht übereinstimmen [10]. Weiter, obwohl das Modell einen einzigen, allen silikatischen Gläsern gemeinsamen Wert für die Aktivierungsenergie der geschwindigkeitsbestimmenden elementaren Reaktion verlangt, zeigen Glasauslaugungsexperimente an vielen Gläsern, dass dieser Wert um einen Faktor 2 variieren kann.

In der vorliegenden Form wird das Modell als ungeeignet für eine Sicherheitsanalyse des Schweizerischen Endlagers beurteilt. Die Gründe sind: (1) das Modell vernachlässigt die potentielle Auswirkung des diffusiven Transports und der Siliciumsorption an Bentonit auf die Glasauflösungskinetik, (2) die Radionuklidfreisetzung kann nur aufgrund eines kongruenten Auflösungsmechanismus modelliert werden und (3) die Werte der Langzeitkorrosionsrate, die eine maximale Lebenszeit der Glasmatrix definiert, sind mit ungenügender Genauigkeit bekannt.

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