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Technischer Bericht NTB 91-25

Zum Korrosionsverhalten von nichtrostendem Stahl, Nickel-Chrom- und Zirconium-Legierungen in Portlandzement-Porenwasser

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In einer umfangreichen Literatur- und Erfahrungsrecherche wird die Korrosion einer metallischen Matrix für radioaktive Nuklide, die in porösem, wasserhaltigem Portlandzement eingelagert ist, bewertet.

Als metallische Matrix werden austenitische nichtrostende Stähle, Nickelbasislegierungen und Zirconiumlegierungen diskutiert. Die in Frage kommenden Portlandzement-Porenwässer sind wenig aggressiv, es kann jedoch durch Kontakt mit Tiefenwässern zu einer Chlorid- und Sulfatanreicherung kommen. Obwohl aus rein thermodynamischen Gründen eine Korrosion prinzipiell möglich ist, kann angenommen werden, dass eine lokale Korrosion (Lochkorrosion, Spannungsrisskorrosion, interkristalline Korrosion) unter den gegebenen Randbedingungen sehr unwahrscheinlich ist. Dies gilt für alle drei erörterten Legierungsgruppen und bedeutet, dass keine grösseren Freisetzungsraten an Korrosionsprodukten zu erwarten sind. Die Diskussion einer durch Radiolyse geförderten Korrosion ergibt, dass eine zusätzliche Korrosionswirkung ausgeschlossen werden kann. Ob eine Stimulierung von Korrosionsprozessen durch mikrobiologische Wirkung auftreten kann, lässt sich nicht abschliessend beurteilen, und es werden deshalb zusätzliche Experimentaluntersuchungen vorgeschlagen.

Die zu erwartenden Freisetzungsraten von radioaktiven Produkten werden durch eine sehr geringe Auflösungsrate im Passivzustand bestimmt. Alle drei betrachteten Werkstoffgruppen zeigen diesen Typus der allgemeinen Auflösung. Eine Übersicht von Daten aus der Literatur ergibt, dass Freisetzungsraten größer als 250 mg/m2 und Tag nicht überschritten werden. Da diese Daten vorwiegend elektrochemisch bestimmt wurden, wird vorgeschlagen, zusätzlich quantitative analytische Untersuchungen der Korrosionsprodukte im Porenwasser durchzuführen. Insgesamt liegen die ermittelten Freisetzungsraten weit unterhalb der Korrosionsraten, die üblicherweise technisch relevant sind.

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