Cuantificación del daño causado por la radiación alfa-actinida en minerales y cerámica

Área de la Ciencia:

• Ciencia de los materiales Ciencia de los materiales.
• Ingeniería Nuclear Ingeniería Nuclear.
• La geoquímica es la geoquímica.

Sus antecedentes:

• Los residuos nucleares contienen alfa-emitentes pesados como el plutonio, el americio y el curio.
• Los actinuros se inmovilizan en la cerámica para su eliminación geológica debido a su superior durabilidad y menor riesgo de criticidad en comparación con el vidrio.
• La descomposición alfa en la cerámica causa daños por radiación a largo plazo, lo que afecta la integridad estructural y la durabilidad.

Objetivo del estudio:

• Para medir con precisión el número de átomos desplazados por desintegración alfa en cerámica de circón.
• Para evaluar la durabilidad estructural a largo plazo de la cerámica que contiene actínidos en condiciones de depósito.
• Proporcionar una comprensión atomista del daño por radiación en los materiales de inmovilización de desechos nucleares.

Principales métodos:

• La resonancia magnética nuclear (RMN) y los experimentos de conteo de espín se utilizaron para medir el daño por radiación en circones naturales.
• Las mediciones radiológicas de RMN se realizaron en circón dopado con plutonio-239 (Pu).
• Se compararon los niveles de daño entre el zircón dopado con Pu y los zircones naturalmente irradiados (U, Th).

Principales resultados:

• Las mediciones indican que aproximadamente 5.000 átomos se desplazan por decaimiento alfa en el circón, significativamente más alto que las estimaciones anteriores (1.000-2.000).
• El daño inducido por el plutonio-239 es comparable al del uranio y el torio en dosis equivalentes, independientemente de la vida media o la carga.
• Una cerámica Pu-zircón de 10 wt% se convertiría en amorfa en aproximadamente 1.400 años, muy por debajo del objetivo de 250.000 años.

Conclusiones:

• La tasa de desplazamiento atómico por desintegración alfa en el circón está significativamente subestimada.
• Es posible que las estrategias actuales de inmovilización de la actinida-cerámica no cumplan con los requisitos de eliminación geológica a largo plazo debido al daño por radiación acelerada.
• La medición precisa del daño por radiación es crucial para predecir el rendimiento a largo plazo de las formas de residuos nucleares.