Giriş: Uzun Süreli Nükleer Atık Deposunun Meydanlaştırılması
Biyosferden radyoaktif atıkların güvenli izolasyonu, on binlerce ila yüz binlerce yıl boyunca gerekli olan en zorlu mühendislik zorluklarından biri olarak kalır. Yüksek seviyeli atık (HLW) harcanan nükleer yakıt ve yeniden işleme işlemleri, on binlerce ila binlerce yıllık malzemeleri anlamanın sürekli olarak gerekli olan enerjik partikülleri içerir.
Bu soruşturma, alfa çürümesinin temel fiziklerini inceler, konteyner materyallerini zarar verdiği özel mekanizmalar ve bu hasarın oranını ve boyutunu kontrol eden değişkenler ve etkileri azaltmak için mühendislik stratejileri geliştirdi.
Alfa Decay'nin Temelleri
Mechanism ve Enerji Yayınlanması
Alfa çürümesi, kararsız bir ebeveynin iki proton ve iki nötrondan oluşan bir parçacığın ortaya çıkmasında spontan bir nükleer dönüşümdür - aslında uranyum-239 çürümesi ile gerçekleştirilir.[Dönetici:0).
[FONT:0]239)Pu → 03:2|235) [FONT=[FLT: 5)
Bu enerji, sağlam malzemelerdeki bağlayıcı enerjilerden daha büyük bir miktardır (birkaç ila on bir şekilde) bu yüzden her bir alfa, ana kinetik enerjiye bağlı olarak binlerce atomu takip edebilir.
Nükleer Atıklara Karşı İlişki
En bol alfa-kırıklık radyasyonu yüksek seviyeli atıklar[Dörtüncü maddede][Dönemli)[Dörtüncü katlar (Dörtücüler)[Dörtüncü katlar)[Dörtüncü katlar (Dörtüncü katlar)[Dörtücükler)[Dörtücükler)
Konteyner Malzemelerinde Alfa-Decay Hasarının Mekanikleri
Atom Displacement ve Collision Cascades
Bir alfa parçacığı veya ağır geri dönüş çekirdeği sağlam bir şekilde seyahat ettiğinde, öncelikle inelastic elektronik etkileşimleri (Hızlı alfalar için) ve elastik nükleer çarpışmalar (çok daha ağır bir çarpışmalar ve geri dönüşler için) atomları birkaç nano metre uzaktaki yerlere kadar transfer etmek için, bu kaotik olmayan bölgelerden bir iz yaratmak (Frenkel çiftleri) ve relokasyonlar için, yüksek bir miktar yüksek miktardaki yüksek miktardaki yüksek miktardaki yüksek miktardaki atomlar için yüzlerce ton üzerinde yer alan yoğun bir çarpışma katını oluşturur.
Helium Accumulation and Bubble Formation
Her alfa çürük olayı, bir zamanlar alfa parçacığının, tırnaklarını kaybeder ve mikrokökez şeklinde bir araya geldiklerinde, metal ve seramiklerde, helium varlığı ve sonunda birkaç yüz atomik parçaya kadar sıkıştırılır. Helium balonları çevreleyen matrix üzerinde sıkı bir baskı uygular ve organik bir şekilde mikrokökezleyebilirler.
| Damage type | Energy transferred to lattice | Approximate number of displaced atoms |
|---|---|---|
| Alpha particle (5 MeV) | ~20 keV (electronic) + ~2 keV (nuclear) | 100–300 |
| Recoil nucleus (∼100 keV) | ∼95 keV (nuclear) | 1,000–2,000 |
| Helium atom | Stopped interstitially | 0 |
Cam ve Seramik Konteynerlerde Birmorfikasyon
Birçok önerilen atık konteynerleri, bu malzemeleri bir morföre kadar yüksek çözünürlükte bir bardakta kullanabilir.In borosilicate cam - en yaygın kullanılan atık şarjı ortası - hipo ⁇ veya kompaktlık (seramik) matrisi. Prolonged alfa çürümesi, bu malzemeleri camdan 10 ila 100 arasında bir miktar artırabilir.
Korozyon Hızlandırma
Alfa radyasyonu ayrıca metalik konteynerlerin (örneğin, bakır, karbon çelik veya paslanmaz çelik) kullanımını hızlandırabilecek kadar hidroxyl radikalleri, hidrojen peroksitlerini ve solculara dayanıklı elektronları da hızlandırabilecektir.
Faktörler AlfaDec-ay Etkilerinin Şiddetlilığını Kontrol Ediyor
Konteyner Malzeme Kompozisyon ve Mikroyapım
- [FONT:0) Metaller: [DÜDÜT:1] Bakır, yüksek yığınlama enerjisi nedeniyle radyasyona dayanıklı embritlemente karşı dirençlidir ve korozyon noktası hatalarıyla idare edilebilir. Ancak, helium balonu yüksek dozlarda oluşur. Low-karbon çelik bazı kullanım konseptlerinde kullanılır (örneğin ABD Yucca Mountain) Korrodes, korozyona uygun bir oranda korozyona yollanabilir bir miktar ile idare edilebilir.
- [FONT:0)Glasses:[DÜDÜDÜDÜDÜŞÜNCÜŞÜNCÜŞÜNCÜŞÜN:0)Glasses:[DÜŞÜNCÜDÜDÜŞÜNCÜŞÜNCÜŞÜNCÜŞÜNCE: 0:0) [B, Si, Al) kontrol edilen hata hareketliliğin rolü, yüksek alkali veya alkali ile daha fazla radyasyona dayanıklı olma eğilimindedir.
- [FONT=0)[Döneticiler:[Döneticiler: [8]) [8] [8] · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · ·
Sıcaklık ve Termal Annealing
Elevated sıcaklık birçok radyasyon kaynaklı hataları ekleyebilir, malzemenin orijinal özelliklerini geri alabilir. Derin jeolojik depolarda atık paketinin sıcaklığı başlangıçta yüksek (50-100°C yukarıdaki çevre) bir eşiği çürük için yüksek olacaktır (<200°C çoğu gözlük ve seramik için), gerileme oranı daha fazla azalır ve küçük helium balonları daha düşük iç basınçla daha yüksek oranda azalır.
Radyasyon Dose Rate ve Total Dose
Hasar oranı (doktor başına ikinci başına) önemli çünkü çok yüksek doz oranı, 10.000'den fazla düşüşe neden olan sabit diski ve hızlı bir şekilde küçülme eğilimine neden olan hataların düşmesine neden olabilir. Düşük dozda yüksek dozda, alfa kesintisine neden olur.
Mühendislik Stratejileri Mitigate AlfaDec-ay Hasarı
Radyasyon Tolerant Alaşımları ve Kompozit Engeller
Bir çalışma hattı yüksek performanslı alaşımların (HEPA) gelişimidir, bu nedenle, çok sayıda temel elementi yakınlardaki eşitsizliğe sahip olan bir çeliktir.Bir diğer yaklaşım, nokta kusurlarının hareketini ve helium balonunu baskıya uğrattır. Örneğin, bir CoCrFenNi HEA, bir CoCr-s-iletme-çevre-çevre-çevre-çevreyi, bir sonraki çelikteyi ölçen bir diğer yaklaşımdır.
Atıkların Kompozisyonlarını optimize edin
Cam veya seramikin kimyasal kompozisyonunu helium'un çözünürlükini sınırlandırmak veya hızlı kusur rekombinasyonu aktif bir alandır.Küçük miktarda asil metal (örneğin, Pd) camdan nükleusturmak için ince bir sismik morfolojiye kadar uzanır.
Mühendisli Engel Sistemi Geliştirme
Sadece konteyner materyaline güvenmek yerine, depo tasarımı atık paketini hasara maruz bırakabilir:
- Korozyon-allowans tabakasının kalınlığını artırmak (örneğin, aşırı çelik kaplama).
- Kompaktlaşmış bentonit çamurunu kullanarak, kendi kendine ait kırıkları ve sınırların erişimi.
- Radyoali olarak gelişmiş korozyona karşı korumayı korumak için kirli sistemler veya katodik korumayı korumak.
- İç heliumventing yetenekleri ile konteyner tasarlayın (bir otoyol katalizör filtre ile kontrollü gaz serbest bırakılması).
Uzun Süreli Performansın Tahmini Modeling of Long-Term Performans
Empirical testleri, milyonlarca yıllık zaman kaybının boyutunu tekrarlayamaz, bu yüzden çift radyasyon taşıma (örneğin, SRIM /TRIM simülasyonları kullanarak) sürekli hasar mekaniği ve kimyasal korozyon kinetiği temeldir.TheurFLT:0)NRC'nin performans değerlendirme üzerindeki rehberliği), alfataca şişme, heliumindüklenmiş embritlement ve radyolojik sistemler dahil olmak üzere tüm önemli bozulma mekanizmaları temsil eder.
Vaka Çalışmaları ve Araştırması
Borosilicate Glass Performansı
Birkaç gün içinde ağır radyasyon bombaları kullanarak telafi deneyleri (örneğin, 1 MeV Kr)[Döneticiler) birkaç gün içinde 5-10 yıl boyunca bir artış gösterir.Bu tür deneyler borosilica 10 [Dönetici:2+[Dönetici) sonunda 10 °D) daha fazla doğal bir radyasyona sahip olabilir[Dönergesel ölçümler için 10.
Plütonyum Disposition için Seramik Atık Formları
Aşırı silahların doğrudan imhasını düşünen ülkeler, pirincin (LaPOT:0))[D[Dönemli)[D) ve podyumun (LaPOT:0)[Düzüğün yüksek çözünürlükte olduğu gibi seramikleri inceler.
Metalik Konteynerler: Bakır ve Çelik
İsveç KBS-3 konseptinde, bakır şekerli 5 cm kalınlığı ile çalışır ve yüksek bakır aşırı derecede korozyona karşı çıkabilir.Ancak, U.S. Yucca Mountain tasarımı, düşük doz oranını (<10) düşük paslanmaz çelik iç keten ile dış kabuk kullanır.
Sonuç Sonuç Sonuç Sonuç Sonuç Sonuç Sonuç Sonuç
Alfa, nükleer atık konteynerlerinin uzunluğu üzerinde kalıcı ve karmaşık bir etki yaratıyor. Enerjik parçacıklar ve helium, atomik yer değiştirmeler, morfizasyon ve korozyon-enhancing radyoalitik türlerin hem de metalik bariyerler üzerindeki etkisini güçlü bir şekilde azaltmaktadır.
Mevcut araştırma - gelişmiş yüksek performanslı alaşımlardan kendi kendine özgü cam kaplamalı kompozitlere - alfa-damage biliminin etkilerinin dikkatli mühendislik yoluyla azaltılabileceğini gösteriyor. Multi-barrier sistemleri, tahmin edici modeller ve doğal-analog çalışmaları, gerekli düzenleyici süre için doğru tasarlanmış bir depozitle yüksek seviyeli bir atık içerebileceği sonucuna varıyor.
Daha fazla okuma için, [[Üye:0)NRC'nin Yüksek Orta YÖNÜ Atılmalarına İlişkin Adımlar[DÜT:1) ve [[ŞUYGÜ:2)IAEA'nın atık yönetim kaynakları).