I materiali che gli Stati Uniti e altri paesi intendono utilizzare per immagazzinare scorie nucleari di alto livello probabilmente si degraderanno più velocemente di quanto si sapesse in precedenza a causa del modo in cui tali materiali interagiscono, mostra una nuova ricerca.

Le scoperte, pubblicato oggi sulla rivista Materiali della natura , mostrano che la corrosione dei materiali di stoccaggio delle scorie nucleari accelera a causa dei cambiamenti nella chimica della soluzione delle scorie nucleari, e per il modo in cui i materiali interagiscono tra loro.

"Ciò indica che i modelli attuali potrebbero non essere sufficienti per conservare questi rifiuti in modo sicuro, " ha detto Xiaolei Guo, autore principale dello studio e vicedirettore del Center for Performance and Design of Nuclear Waste Forms and Containers dell'Ohio State, parte del College of Engineering dell'università. "E dimostra che dobbiamo sviluppare un nuovo modello per lo stoccaggio delle scorie nucleari".

La ricerca del team si è concentrata sui materiali di stoccaggio per i rifiuti nucleari ad alto livello, principalmente rifiuti della difesa, l'eredità della passata produzione di armi nucleari. I rifiuti sono altamente radioattivi. Mentre alcuni tipi di rifiuti hanno un'emivita di circa 30 anni, altri, per esempio plutonio:hanno un'emivita che può essere di decine di migliaia di anni. L'emivita di un elemento radioattivo è il tempo necessario per il decadimento di metà del materiale.

Gli Stati Uniti non hanno attualmente un sito di smaltimento per tali rifiuti; secondo il General Accountability Office degli Stati Uniti, è tipicamente immagazzinato vicino agli impianti in cui viene prodotto. Un sito permanente è stato proposto per Yucca Mountain in Nevada, anche se i piani si sono bloccati. I paesi di tutto il mondo hanno discusso sul modo migliore per affrontare le scorie nucleari; solo uno, Finlandia, ha iniziato la costruzione di un deposito a lungo termine per le scorie nucleari ad alto livello.

Ma il piano a lungo termine per lo smaltimento e lo stoccaggio di rifiuti ad alto livello della difesa in tutto il mondo è in gran parte lo stesso. Consiste nel mescolare le scorie nucleari con altri materiali per formare vetro o ceramica, e poi racchiudendo quei pezzi di vetro o ceramica, ora radioattivi, all'interno di contenitori metallici. I contenitori quindi sarebbero stati sepolti in profondità nel sottosuolo in un deposito per isolarlo.

In questo studio, i ricercatori hanno scoperto che quando esposti a un ambiente acquoso, vetro e ceramica interagiscono con l'acciaio inossidabile per accelerare la corrosione, soprattutto dei materiali in vetro e ceramica che contengono scorie nucleari.

Lo studio ha misurato qualitativamente la differenza tra corrosione accelerata e corrosione naturale dei materiali di stoccaggio. Guo l'ha definito "grave".

"Nello scenario della vita reale, le casseforme in vetro o ceramica sarebbero a stretto contatto con i contenitori in acciaio inox. In condizioni specifiche, la corrosione dell'acciaio inossidabile impazzirà, " ha detto. "Crea un ambiente super aggressivo che può corrodere i materiali circostanti".

Per analizzare la corrosione, il team di ricerca ha pressato le "forme di rifiuto" di vetro o ceramica - le forme in cui sono incapsulate le scorie nucleari - contro l'acciaio inossidabile e le ha immerse in soluzioni per un massimo di 30 giorni, in condizioni che simulano quelle sotto la Yucca Mountain, il deposito di scorie nucleari proposto.

Questi esperimenti hanno mostrato che quando il vetro e l'acciaio inossidabile venivano premuti l'uno contro l'altro, la corrosione dell'acciaio inossidabile era "grave" e "localizzata, " secondo lo studio. I ricercatori hanno anche notato crepe e una maggiore corrosione sulle parti del vetro che erano state a contatto con l'acciaio inossidabile.

Parte del problema risiede nella tavola periodica. L'acciaio inossidabile è composto principalmente da ferro misto ad altri elementi, compresi nichel e cromo. Il ferro ha un'affinità chimica per il silicio, che è un elemento chiave del vetro.

Gli esperimenti hanno anche mostrato che quando la ceramica, un altro potenziale detentore di scorie nucleari, veniva premuta contro l'acciaio inossidabile in condizioni che imitavano quelle sotto la Yucca Mountain, sia la ceramica che l'acciaio inossidabile si sono corrosi in modo "gravemente localizzato".