Browsing by Author "Niemiaho, Suvi"

Suomen loppusijoituskonseptin (KBS – 3) mukaan ydinvoimaloiden käytetty polttoaine tullaan sijoittamaan Olkiluodon kallioperään noin 400 metrin syvyyteen. Se eristetään elollisesta luonnosta useiden teknisten ja luonnollisten vapautumisesteiden avulla. Puristettu bentoniittisavi on yksi näistä, ja sen tarkoituksena on muun muassa estää mahdollisesti loppusijoituskohteesta vapautuneiden radionuklidien pääseminen kosketuksiin veden kanssa. Bentoniittisavesta voi vapautua suotuisissa oloissa stabiileja kolloidisia hiukkasia, jotka sekoittuvat pohjaveteen. Bentoniittikolloidien pinnan negatiivisen nettovarauksen vuoksi, ne sitovat herkästi esimerkiksi liuoksessa olevia metallikationeja. Mikäli loppusijoituskohteesta pääsisi vapautumaan radionuklideja, on mahdollista, että ne teknisistä vapautumisesteistä huolimatta joutuisivat kosketuksiin pohjaveden kanssa. Suomen loppusijoituskohteen graniittisen kallioperän kivimineraalien ominaisuuksista johtuen pohjaveteen mahdollisesti joutuneet radioaktiiviset metallikationit, esimerkiksi kolmenarvoiset aktinidit, sorboituisivat lujasti kivimineraaleihin tai saostuisivat. Stabiileilla bentoniittikolloideilla on huomattava negatiivinen pintavaraus ja vaikka niilläkin on vuorovaikutuksia kalliomateriaalin kanssa, ne yleisesti hylkivät pohjavesiverkoston kalliopintoja kulkeutuen virtaavan veden mukana pitkiäkin matkoja. Sitoessaan radionuklideja kolloidit voivat täten mobilisoida muutoin erittäin niukkaliukoisia metalleja, jolloin niiden potentiaaliseen kulkeutumiseen liittyvät fysikaaliset ja kemialliset prosessit pohjavesisysteemissä on tunnettava ja huomioitava ydinjätteen loppusijoituksen turvallisuusarvioinnissa. Tämän tutkielman kokeellisessa osiossa selvitettiin bentoniittikolloidien kulkeutumista sekä niiden vaikutusta radionuklidien (Sr-85 ja Eu-152) liikkuvuuteen graniittisissa kivimurske- ja luonnonrakokolonneissa. Kolonnien hydrodynaamiset virtausolosuhteet määritettiin kivimateriaaliin pidättymättömän merkkiaineen (I-125) avulla. ICP – MS:sta analyysia hyödynnettiin määritettäessä bentoniittikolloidien sisältämä alumiinipitoisuus, jonka avulla saatiin laskennallisesti bentoniittikolloidiliuosten sekä kolloidien kulkeutumiskokeiden näytteiden kolloidipitoisuudet. Lisäksi tutkittiin dynaamisen valonsironnan avulla määritettyjen kolloidiliuosten laskentataajuuksien sekä massaspektrometrisesti saatujen kolloidipitoisuuksien välistä riippuvuutta. Bentoniittikolloidien kulkeutumisen havaittiin riippuvan suuresti kolonnin kivimateriaalista, mutta myös eluentin virtausnopeudesta. Kivimurskekolonneilla virtausnopeuksilla 20 – 40 µL/min kolonnien läpi kulkeutui 1,5 – 6,1 % kolonniin syötetyistä bentoniittikolloideista. Rakokolonnin läpi kulkeutui puolestaan huomattavasti suurempi osa kolloideista: virtausnopeudella 10 µL/min yli 25 % ja nopeudella 20 µL/min yli 62 %. Bentoniittikolloidien havaittiin myös kasvattavan selkeästi Sr-85:n liikkuvuutta rakokolonnissa. Kolloideilla ei sen sijaan havaittu olevan vaikutusta Sr-85:n kulkeutumiseen kivimurskekolonneissa. Lisäksi bentoniittikolloidiliuosten dynaamisella valonsironta-menetelmällä saatujen laskentataajuuksien ja ICP – MS:sesti määritettyjen liuosten kolloidipitoisuuksien välillä havaittiin olevan selkeä lineaarinen riippuvuus.