Sinds meer dan veertig jaar bestudeert NIRAS de interacties tussen radioactieve stoffen en de Boomse Klei, in het kader van diepe berging van hoogradioactief en/of langlevend afval.
Onze wetenschappers bestuderen in het bijzonder de mechanismen waarmee deze radioactieve stoffen in de klei migreren. Onze expert Stéphane Brassinnes vertelt je er meer over in dit interview.
Hoe is de berging ontworpen?
Stéphane: "Volgens de huidige stand van de kennis wordt diepe berging in een stabiele geologische laag wereldwijd beschouwd als de enige veilige manier om hoogradioactief en/of langlevend afval gedurende zeer lange tijd af te zonderen van mens en milieu.
Het afval zal worden geplaatst in een installatie op een diepte van enkele honderden meters, in een stabiele geologische laag die ‘gastgesteente’ wordt genoemd. Deze laag vormt de belangrijkste natuurlijke barrière, die de beweging van radioactieve stoffen (ook radionucliden genoemd) voorkomt of beperkt. In de installatie zal het afval worden omringd door een reeks kunstmatige barrières (fysieke barrières).
Stéphane: "Deze kunstmatige barrières zullen lange tijd intact blijven en de radionucliden insluiten om de verspreiding ervan gedurende de eerste duizenden jaar te voorkomen. Na verloop van tijd zullen ze aangetast raken. De radionucliden en andere chemische contaminanten in het afval zullen dan migreren in de kunstmatige barrières en vervolgens in de natuurlijke barrière en de omgeving ervan.
Tijdens deze langzame migratie verliezen de meeste radionucliden een groot deel van hun radioactiviteit door radioactief verval. De kleine hoeveelheid die uiteindelijk, na enkele tien- of honderdduizenden jaren, in de biosfeer terechtkomt, zal een radioactiviteitsniveau hebben dat onder de limieten ligt die de veiligheidsoverheid aanvaardbaar acht. ”
Klei
Welke transportmechanismen voor radionucliden bestuderen we in het kader van de berging?
Stéphane: "Sinds meer dan veertig jaar doen we uitgebreid onderzoek naar het gedrag en de evolutie van dit bergingssysteem, om een robuuste analyse van de langetermijnveiligheid van het systeem mogelijk te maken. Ons onderzoeks-, ontwikkelings- en demonstratieprogramma (RD&D) richt zich hoofdzakelijk op weinig verharde klei als potentieel gastgesteente. Er worden studies en experimenten uitgevoerd in bovengrondse laboratoria, op kleikernen, en in het ondergrondse laboratorium HADES dat 225 meter onder de grond in Mol is gebouwd, in een weinig verharde kleilaag: ‘de Boomse Klei’.
Door haar mineralogische en chemische eigenschappen is de Boomse Klei een zeer weinig doorlatend gesteente met een hoge retentiecapaciteit voor veel radionucliden en chemische contaminanten, die er als het ware in vastgezet worden. Ze is dus heel geschikt om de migratie ervan in het milieu te vertragen en speelt daarom een essentiële rol in de langetermijnveiligheid van diepe berging.
Ons huidige onderzoek richt zich met name op de migratiemechanismen van deze radionucliden in klei. Door deze mechanismen te bestuderen, kunnen we de evolutie evalueren van de bergingsinstallatie en het geologische midden waarin ze zich bevindt. ”
Onze studies richten zich vooral op drie mechanismen
Het ondergrondse laboratorium HADES, gebouwd 225 meter onder de grond in Mol
Het transport van de radionucliden in water
Stéphane : "Klei is in zekere zin een millefeuille: ze bestaat uit zeer dunne laagjes waartussen zich chemische elementen bevinden, die voor de samenhang tussen deze lagen zorgen, en water. We noemen dat poriënwater. Wanneer de kunstmatige barrières aangetast zijn en de klei de rol van die barrières overneemt, komen de radionucliden in contact met het poriënwater en verspreiden ze zich daarin. Omdat dit poriënwater nauwelijks beweegt, zal het transport van de radionucliden uiterst traag verlopen.
We bestuderen dit transport met kleinschalige experimenten in het laboratorium en grootschalige experimenten in het ondergrondse laboratorium HADES. Daarbij worden radioactieve merkstoffen in de klei geïnjecteerd en wordt de zeer langzame migratie van de radionucliden gevolgd. ”
Oplosbaarheid van radionuclidespecies
Stéphane: "Onze ‘speciatie-oplosbaarheidsstudies’ hebben tot doel de dominante chemische species van de radionuclide (‘speciatie’) in het poriënwater te identificeren. Zien we een neerslag, colloïdale suspensies of alleen het opgeloste element? En om welke concentraties gaat het? Deze informatie is essentieel, omdat de chemische species van de radionuclide bepalen hoe ze in de klei migreert. Hoe hoger de concentratie van een radionuclide in water, hoe groter de kans dat ze mettertijd uit het bergingssysteem zullen vrijkomen.
Dankzij deze studies verkrijgen we een inventaris van de verschillende chemische radionuclidespecies die in het poriënwater van de klei zullen worden aangetroffen en kunnen we de belangrijkste transportmechanismen van deze radionucliden evalueren. ”
Sorptie
Stéphane: "Kleilagen hebben elektrisch geladen oppervlakken waarop de meeste radionucliden zich zullen binden. Dit zijn de zogenaamde sorptiemechanismen van radionucliden, die we eveneens bestuderen. De sorptie van radionucliden zorgt ervoor dat ze vervallen in het gastgesteente en beperkt zo de radiologische impact van de radionucliden tijdens de langzame migratie ervan.
Het poriënwater van weinig verharde klei, de Boomse Klei in het bijzonder, kan een grote hoeveelheid organische moleculen bevatten (plantaardige en dierlijke resten tijdens de sedimentatie van klei in een mariene omgeving). Sommige radionucliden hebben een zeer hoge affiniteit voor deze moleculen, waardoor de chemische sorptie ervan in klei vermindert en ze gemakkelijker vrijkomen. Daarom bestuderen we ook de interacties tussen deze organische moleculen en radionucliden om onze kennis van de sorptiemechanismen te verfijnen. ”
