Search

Tämä raportti sisältää uudistetun tietokannan radionuklidien sorptioparametreistä kaukoalueella Olkiluodon kallioperässä. Tarkasteltavat geokemialliset olosuhteet perustuvat Olkiluodon paikkatutkimuksissa todettuihin nykyisiin olosuhteisiin sekä malleilla laskettuihin tuleviin olosuhteisiin. Radionuklidien sorptio arvioitiin neljälle kivilajille sekä rakopinnoilla Olkiluodossa yleisille saville. Mahdollinen hapellisten vesien tunkeutuminen kallioperään otettiin huomioon tarkastelemalla redox-herkkien aineiden sorptiota myös potentiaalisesti aerobisissa vesissä. Sorptioparametreille arvioitiin sekä ilmeisin arvo että alaraja-arvo. Radionuklidin kemialliset muodot vesissä sekä liukoisuus laskettiin käyttäen ANDRA:n kehittämää Thermo_Chimie 7b -tietokantaa ja geokemiallista PHREEQC-malliohjelmaa. Thermo_Chimie-tietokantaa täydennettiin kirjallisuudesta saaduilla uusimmilla parametriarvoilla, jotka on todettu tärkeiksi luonnon vesiä analysoimalla ja joiden avulla kokeellinen sorptio ja laskennallinen sorptio ovat aiempaa paremmin saatu yhteensopiviksi. Sorption arvioinnin lähtötietoina käytettiin ensisijaisesti Helsingin yliopiston Radiokemian laboratoriossa Olkiluodon kiville ja vesille saatuja tuloksia sekä Posiva Oy:n paikkatutkimusvaiheessa saatuja muita sorptiotuloksia. Näitä täydennettiin tämän raportin teon aikana Radiokemian laboratoriossa tehtyjen kokeiden tuloksilla sekä kirjallisuudessa hyvin kuvattujen kokeiden tuloksilla, erityisesti saville määritetyillä arvoilla. Muun tiedon puuttuessa radionuklidin sorptio arvioitiin sen kanssa kemiallisesti samankaltaisen aineen sorptiosta. Kivimateriaaleille on tehty kokeita pääasiassa käyttäen murskattuja kiviä. Murskeille saatujen sorptioarvojen muuttaminen ehjille kiville perustui sekä jo aikaisemmin diffuusiokokeissa että kivipinnoille saatuihin tuloksiin, joiden mukaan radionuklidit sorboituvat valtaosin kiven kiillemineraaleihin sekä muihin suuren kationin-vaihtokapasiteetin omaaviin ja huokoisiin suuren pinta-alan mineraaleihin. Tässä raportissa sorptioarvojen muuttaminen murskeelle saadusta arvosta ehjälle kivelle tehtiin olettamalla, että murskeessa kaikki mineraalipinnat sorboivat samalla tehokkuudella, mutta ehjässä kivessä sorptio tapahtuu vain kiillemineraalehin ja sarvivälkkeeseen. Muut mineraalit oletettiin sorboimattomiksi. Sorptioarvon muuntokertoimena käytettiin kiillemineraalien ja sarvivälkkeen kokonaispinta-alan ja kivimurskeen ominaispinta-alan suhdetta. Vain kationivaihdolla sorboituvien alkali- ja maa-alkalikationien sorptio joko laskettiin sorptiomallilla tai perustui arvioon biotiitin osuudesta murskatulle kivelle mitatusta sorptiosta. Saville ilmeisimmän sorptioarvon arvioinnissa oletettiin kirjallisuudessa esitettyihin tuloksiin perustuen, että sorptio ehjälle savelle on sama kuin kokeissa käytetylle hienojakoiselle savelle.

Kaolinite is a common fracture mineral in many crystalline rocks and, thus, a potential sorbent for groundwater solutes. The low cation-exchange capacity makes kaolinite a good mineral to study sorption by inner-sphere complexation of multivalent ions, such as trivalent actinides or their analogues, the trivalent lanthanides. The sorption of europium and americium on kaolinite has been studied previously by Puukko and Hakanen (2001a) using a natural kaolinite, KGa-1b (from the Clay Minerals Society, USA). This work describes the determination of surface-charging mechanism and surface acidity constants for KGa-1b kaolinite, and adsorption of Eu(III) on both the natural (KGa-1b) and its acid-conditioned form (HKGa). The ionic strength of the background NaNO3 electrolyte used in these titrations was 0.05 M, 0.1 M and 0.5 M. The surface acidity of kaolinite was explained using the FITEQL software by applying the 1-pK model. The optimized concentration of surface sites was close to a value previously reported for KGa-1b kaolinite. The adsorption modelling of europium was carried out by adopting one surfacecomplexation and one cation-exchange reaction. In the acidic pH range, sorption of europium decreased with increasing ionic strength of the NaNO3 solution, which is an indication of the dominance of cation exchange or outer-sphere complexation. At the lowest ionic strength, the sorption was reversible. In the 0.1 M and 0.5 M NaNO3 solutions, the sorption of europium in the basic pH range was only partly reversible, or desorption kinetically slow. The degree of irreversibility increased with increasing pH and ionic strength. A diffuse-layer model was readily fitted on the per-cents sorbed scale (default in FITEQL), but the results were not as good on a Kd scale, especially at circumneutral pH values. In the water analysis of the batch titration of KGa-1b kaolinite, the main observed elements were aluminium and zinc. The concentrations of Al and Zn decreased with pH. Lanthanides were detectable in the solution only in the acidic pH range 3-6 and showed a decreasing concentration with increasing pH, in good agreement with sorption behaviour of added europium. KGa-1b contained organic and iron impurities, which did not have an effect on the sorption of europium. The results from molecular-level modelling were used for further development of surface-complexation models for both kaolinite surface charging and adsorption of europium. The experimental part of this study was carried out at the University of Helsinki (Laboratory of Radiochemistry) and at Geological Survey of Finland, and the modelling part at VTT.

Käytetyn polttoaineen loppusijoituksen turvallisuusanalyysiä varten tarvitaan useiden alkuaineiden liukoisuudet arvioituna suomalaisissa olosuhteissa.Mahdollisia ydinjätteen loppusijoituspaikkoja on Suomessa tutkittu neljällä eri paikkakunnalla (Hästholmen, Kivetty, Olkiluoto ja Romuvaara).Hästholmen ja Olkiluoto ovat rannikkopaikkoja kun taas Kivetty ja Romuvaara sijaitsevat sisämaassa.Tutkimuspaikkojen pohjavesianalyysien perusteella tavataan suunnitellulla loppusijoitussyvyydellä suolaisuuden mukaan luokiteltuna pääasiassa makeata vettä Kivetyssä ja Romuvaarassa ja Hästholmenilla ja Olkiluodossa pääasiassa suolaista ja murtovettä .Hyvin suolaista, melkein brinetyyppistä vettä (TDS»70g/L) on tavattu kallioperän syvimmissä tutkituissa osissa yhdellä tutkimusalueella (Olkiluoto). Vesityyppien mukaan valittiin referenssivedet ja olosuhteet.Tarkasteltaviin referenssiolosuhteisiin kuului loppusijoitustilan lähialue sekä kaukoalue, joissa molemmissa tarkasteltiin hapellisia ja hapettomia olosuhteita. Referenssiolosuhteissa arvioitiin myös vesien pH:n ja karbonaattipitoisuuden sekä hapetus-pelkistysolosuhteiden mahdollisen vaihtelun aiheuttamia muutoksia liukoisuuksiin.Käytetyn polttoaineen pääkomponentin uraanin liukoisuus ja käytetyn polttoaineen liukeneminen on esitetty erillisessä raportissa.Tässä raportissa on käsitelty muiden turvallisuusanalyysissä kyseeseen tulevien alkuaineiden (Am, Cu, Nb, Np, Pa, Pd, Pu, Ra, Se, Sn, Tc, Zr, Cm, Ni, Sr, Th, C, Cl, Cs, Fe, Ho, I ja Sm) liukoisuuksia ja polttoainekapselin korroosiota. Liukoisuusarviointia varten kyseisille alkuaineille kerättiin kirjallisuudesta tietoa, käsittäen pääasiassa kokeellisesti mitattuja pitoisuuksia.Lähteinä olivat käytetyn polttoaineen tutkimukset, liukoisuustutkimuksissa mitatut pitoisuudet, luonnonvesien pitoisuudet, pitoisuudet luonnonanalogiapaikoilta (erityisesti Palmottu ja Hyrkkölä) sekä loppusijoitus-paikkatutkimuspaikoilta mitatut pitoisuudet.Eräiden alkuaineiden liukoisuudet ja spesiaatiot laskettiin käyttäen EQ3/6 mallia ja kahta termodynaamista tietokantaa (EQ3/6 koodipaketin mukana tulevaa data0.com.R2 ja ruotsalaisten käyttämää SR '97). Tämän selvityksen perusteella esitetyt liukoisuuksien suositusarvot ovat konservatiivisia.

Concentration profiles in rock matrix around water-carrying fissures were measured at Palmottu U deposit. The profiles were interpreted by the classical matrix diffusion concept. Site-specific sorption studies were performed for U using standard batch experiments and surface complexation modelling; the response of sorption isotherms was also tested. Sitespecific matrix properties as well as initial and boundary conditions were used in simulations. Our results indicate that matrix diffusion alone cannot explain the observed enrichment of U and its daughters in the rock matrix.

This paper outlines the Finnish nuclear waste program and describes studies performed in Finland related to the migration of radionuclide from a repository for nuclear waste in crystalline bedrock. Research is being conducted on the basic chemistry of the bedrock and repository and on sorption and diffusion of radionuclides on common Finnish rocks and minerals and backfill materials. The knowledge and data generated is systematized and employed in safety analyses and models. Achievements in these areas are outlined and future plans will be discussed briefly.