Durabilità dei materiali dell’EBS

Questa conoscenza è stata riassunta in una vasta gamma di documentazioni di Performance Assessment di depositi geologici profondi [1-3,9,11-12,31,37,41-44].

L'ampia varietà di materiali utilizzati da diverse organizzazioni internazionali di gestione dei rifiuti significa che l'informazione è disponibile, per la maggior parte dei materiali d’interesse, in condizioni di laboratorio,mentre l’evoluzione di questi materiali nelle reali condizioni di smaltimento non è completamente compresa, anche se questo non è necessariamente un problema per la sicurezza perché le incertezze possono essere considerate e compensate, all'interno di una PA, con ipotesi prudenti e conservative.

Per esempio, è spesso scontato che acciai al carbonio si corrodono con relativa rapidità nelle condizioni di smaltimento geologico profondo con la produzione di uno spesso strato di prodotti della corrosione. Tuttavia, alcuni lavori sperimentali e teorici [25-26] hanno evidenziato che nessuno strato di prodotti della corrosione si forma quando, in condizioni simili a quelle di smaltimento geologico, acciai al carbonio sono in contatto con bentonite compattata e così, le incertezze di questo tipo possono essere trattata all'interno di una PA specificando una conservativo tasso di corrosione per i contenitori. In tal senso, le incertezze sembrano essere più

127 un problema per l'ottimizzazione dei progetti di deposito che perla dimostrazione che lo smaltimento è sicuro per tutto il tempo necessario.

Nell’analizzare il tema generale della durabilità di un EBS, gli argomenti e le problematiche rilevanti che emergonosono:

• la possibilità di cambiamenti sulle funzioni di barriera protettiva di particolari materiali per la durata di un progetto (nel concetto SKB KBS-3, solo nel 2006 è stata assegnata al buffer di bentonite anche la funzione di protezione da attacco microbico [11]);

• la possibilità di modifiche nei materiali da utilizzare per uno scopo particolare a seguito degli sviluppi tecnologici durante il progetto [11];

• l’eterogeneità delle barriere artificiali, per esempio, la distribuzione spaziale della densità e le proprietà idrauliche di argille, le caratteristiche e l’evoluzione delle fratture in cemento; • le lacune nelle conoscenze sulla durata dei cementi in talune condizioni ambientali che

potrebbero essere considerati per un deposito profondo (come i cosiddetti cementi 'lowpH' in condizioni altamente salina [28]);

• il gap sulla conoscenza nel modo in cui tali cementi interagiscono con altri materiali, per esempio, bentonite [28];

• i possibili utilizzi di materiali alternativi, oltre a quelli che sono stati tradizionalmente proposti per l’EBS, come i polimeri vedi discussione in [19];

• l’incompatibilità di alcuni tipi di rifiuti con alcuni EBS, per esempio, la possibile incompatibilità di bentonite con alcuni rifiuti produttori di gas;

• se la durata del sistema è basato sul concettodi corrosione ammessa (tipicamente contenitori in acciaio al carbonio per HLW/SF) o su quello di resistenza alla corrosione (tipicamente contenitori di rame con inserti in ghisa per HLW/SF).

In particolare per l’ultimo punto, le ricerche più recenti indicano che possono essere assicurate vite medie del contenitore dell'ordine di 105 anni utilizzando entrambi i concetti di corrosione. Nel concetto di corrosione ammessa, i materiali del contenitore generalmente hanno una relativamente bassa resistenza alla corrosione. Tuttavia, questi materiali sono sufficientemente economici per essere usati con spessori adeguati per prevenire il fenomeno durante la vita desiderata e presentano anche una prevedibile velocità di corrosione. Nessuna corrosione localizzata come pitting o crevice corrosion è prevista e la loro produzione è assicurata da produzioni di tipo standard. Specifiche ricerche (come il NF-PRO progetto) indicano, per estrapolazione,velocità di corrosione a lungo termine talmente lente, che vite dell'ordine di 105anni per i contenitori dei rifiuti sono plausibili.

Nel concetto di contenitore resistente alla corrosione i materiali hanno una elevata resistenza nell'ambiente a disposizione. Questi materiali si corrodono passivamente a una molto bassa e uniforme velocità di corrosione. Pertanto, uno spessore relativamente piccolo di tale metallo può essere utilizzato per ottenere la durata desiderata. La quantità relativamente piccola di materiale richiesto, almeno in parte compensa il costo tipicamente maggiore. Tuttavia, per questi materiali il rischio di corrosione localizzata, come la pitting o crevice corrosion , deve essere preso in

128 considerazione, perché la pellicola protettiva che conferisce a loro un basso tasso globale di corrosione può difettarsi localmente.

Se è prevista la recuperabilità dei rifiuti, questi diversi comportamenti avranno delle implicazioni per la durabilità di EBS materiali. Durante le fasi di pre e post-chiusura l’EBS è esposto a condizioni ambientali molto diverse tra loro. Può pertanto essere necessario dimostrare che i materiali sono durevoli con un numero di condizioni diverse.

Importanti lacune conoscitive emergono sugli impatti di un deposito che deve essere tenuto aperto per un lungo periodo, e quindi sulla nostra comprensione della durata dei materiali ingegnerizzati a cielo aperto e l’effetto sulla successiva fase di post-chiusura. L'impatto sulla durata della EBS in un deposito aperto per un lungo periodo viene considerato da ANDRA nel contesto del concetto di smaltimento francese [13].

Rispetto a molti programmi in altri paesi, la conoscenza delle prestazioni e la durata dei materiali in reali condizioni di confinamento in UK è relativamente poco sviluppata [15,30-31]. Una ragione di questo problema è che le esatte condizioni (come la chimica delle acque sotterranee, portate, temperature) dello scenario reale sono attualmente sconosciute. Sarà importante per caratterizzare questi parametri la programmazione di attività di ricerca su specifici materiali selezionati poiché, ad esempio, bentoniti differenti hanno differenti proprietà, così che i risultati ottenuti per una bentonite non sono direttamente trasferibili ad un altra.

Un particolare problema affrontato dal programma di Regno Unito è la potenziale e relativamente rapida degradazione degli elementi che contengono metalli reattivi (principalmente trucioli di Magnox). Metalli reattivi incapsulati in cemento si corrodono e si gonfiano, con conseguente rottura e rapida degradazione dell’incapsulante di cemento. Questo processo è riconosciuto da tempo come un potenziale problema e i packages sono stati originariamente progettati per rimanere intatti per periodi di decine di anni per permettere un sicuro posizionamento all'interno del deposito previsto da NIREX [30]. Le prestazioni degli incapsulanti cementizi come barriera generalmente diminuiscono col tempo. Per promuovere la mobilità del cemento e garantire il riempimento dei vuoti prodotti può essere richiesto, alla produzione, l’utilizzo di cementi con super-plastificanti. Questi super-plastificanti possono anche essere richiesti nei riempimenti se previsti. L’utilizzo della tecnologia dei superfluidificanti è emersa significativamente dalla indagini di Sellafield, ma l'impatto di superfluidificanti attualmente in produzione sulla durata molto a lungo termine e sulla mobilità e il trasporto dei radionuclidi non sono ancora ben compresi.