Ruolo dei colloidi nel trasporto dei radionuclid

I modelli standard del trasporto dei radionuclidi sono basati sulla chimica della soluzione dei radionuclidi lisciviati dalla wasteform e sui componenti del sistema naturale acqua/roccia. Assunzione implicita è che i radionuclidi siano trasportati solo come specie disciolte nelle acque sotterranee. Come tali i modelli sono semplicistici e non conservativi in quanto trascurano il potenziale effetto del trasporto advettivo dei radionuclidi legati ai colloidi [2].

7.6.1I Colloidi

Nel senso qui usato i colloidi comprendono materiale sospeso, nelle dimensioni 10-9m÷10-6m, e disperso nelle acque sotterranee. E’ in realtà difficile misurare le dimensioni dei materiali fini in soluzione. Pragmaticamente i limiti dimensionali sono definiti sulla base delle dimensioni selettive dei filtri come presentate nel diagramma di figura 7.10.

Figura 7.10 Dimensioni relative definenti la pura soluzione, i colloidi e le particelle sospese.

E’ possibile definire due tipi di colloidi sulla base del loro modo di assunzione dei radionuclidi [12- 13]. Il primo gruppo comprende colloidi prodotti dai processi di enucleazione e accrescimento delle specie solide contenenti radionuclidi a partire dalla soluzione. Il secondo gruppo comprende colloidi preesistenti nelle acque sotterranee, come colloidi di silice e materiale

198 argilloso,contenente radionuclidi assorbiti. Questo secondo gruppo include colloidi formati da cedimenti del waste form o delle barriere ingegneristiche, comprese anche macromolecole organiche, come acidi fulvici e umici, che complessano fortemente alcuni ioni di radionuclidi. I due gruppi ricorrono nella letteratura dei rifiuti radioattivi come veri e pseudo colloidi. Tale distinzione non è tuttavia considerata utile in quanto tutti i colloidi sono potenzialmene capaci di influenzare il trasporto dei radionuclide; e pertanto tutto il materiale stabile sospeso della dimensione dei colloidi viene in questa sede definito colloide, indipendentemente dal modo dell’assunzione dei radionuclidi.

Le dimensioni decisamente piccole dei colloidi comportano che una data massa possiede un’area specifica superficiale estremamente alta, fino a 103 m2/g per i più piccoli. Il comportamento chimico-fisico dei colloidi è pertanto fortemente controllato dalle reazioni e interazioni delle superfici; ad esempio i colloidi sono capaci di assorbire specie ioniche o molecolari in soluzione. Ne consegue che una grande popolazione colloidale nelle acque sotterranee possa avere importanti conseguenze per il comportamento dei radionuclidi.

Come esempio, in figura 7.11 vengono schematizzate le interazioni potenziali tra colloidi, radionuclidi e superfici minerali in un sistema di rocce fratturate. Per prima cosa, la presenza di colloidi significa che il sistema tradizionale a due componenti, roccia-acqua, non è sufficiente per la modellazione del trasporto in soluzione dei radionuclidi se questi sono sostanzialmente assunti dai colloidi. Questo dovrebbe avere particolare importanza per la determinazione in situ del Kdin

quanto la concentrazione di radionuclidi misurata dalle soluzioni dovrebbe includere una componente significativa di radionuclidi presenti come colloidi. In fatto, numerosi studi di laboratorio hanno dimostrato che l’assunzione di radionuclidi da parte dei colloidi è reale almeno sotto queste condizioni controllate. Prima, tuttavia, che i colloidi siano trasportati da un deposito alla biosfera, devono essere superati un certo numero di ostacoli.

199 Molte ricerche in campo hanno studiato popolazioni colloidali di notevoli dimensioni in acque sotterranee profonde, ma questa informazione da sola non è sufficiente. Necessita una dimostrazione inequivocabile del trasporto di colloidi in un’appropriata formazione geologica a distanze rilevanti dal deposito, fatto che può essere conseguito solo dallo studio di analoghi. L’ubicazione ideale per tale dimostrazione dovrebbe essere un corpo minerario profondo , come sorgente puntuale, dal quale qualsiasi colloide mobile potrebbe essere seguito a valle.

Nell’ambiente del deposito, il trasporto colloidale è considerato potenzialmente più significativo nel campo remoto. Nel campo prossimo di un deposito HLW, o di combustibile esaurito, un ruolo particolare di sicurezza del tampone della bentonite compattata è quello di agire come un filtro di colloidi e di macromolecole. Si ritiene generalmente che i pori interstiziali della bentonite compattata siano troppo piccoli per consentire l’advezione dei colloidi. Studi di laboratorio hanno dimostrato questa realtà o comunque che la mobilità è estremamente bassa.

Il materiale cementizio nel campo prossimo agisce ugualmente da filtro colloidale ma la degradazione del calcestruzzo può produrre colloidi che potrebbero essere mobili ai margini esterni della massa cementizia. L’apprezzamento crescente della potenziale importanza dei colloidi ha comportato un certo numero di studi di analoghi naturali per caratterizzare i colloidi nelle acque profonde e di quantificare gli effetti potenziali per la sicurezza del deposito. Pochi studi di analoghi hanno realizzato i loro obiettivi, in parte per le difficoltà operative del misurare e caratterizzare le particelle colloidali. Lo stesso atto del campionamento può influenzare la natura dei colloidi. La presenza di cationi sui filtri può alterare i rapporti colloidi/soluzione.

I colloidi devono essere studiati nel contesto del flusso delle acque sotterranee e del sistema di trasporto dei radionuclidi. Le alte popolazioni di colloidi in ambienti simili a quelli dei depositi di rifiuti radioattivi sono probabilmente insolite, il che é positivo per la sicurezza del deposito. Data la particolare significatività dei colloidi nell’attivazione del trasporto dei radionuclidi, gli argomenti di maggiore rilevanza che hanno indirizzato, o potranno indirizzare, verso studi di analoghi sono:

popolazioni dei colloidi nei sistemi naturali; stabilità dei colloidi nei sistemi naturali;

assunzione e trasporto dei radionuclidi da parte dei colloidi nei sistemi naturali; colloidi nei sistemi antropogenici;

7.6.1.1 Popolazioni dei colloidi nei sistemi naturali

Popolazioni di colloidi sono state esaminate in molti ambienti di sub superficie. Molti di tali studi in campo hanno comportato esperimenti di iniezione e pertanto non si tratta di veri studi di analoghi. Per questi ultimi possono essere menzionati Cigar Lake, Poços del Caldas, Oklo, Palmottu e Alligators River. Le condizioni chimico-fisiche di Cigar Lake sono simili a quelle di un deposito e quindi veramente significative. La popolazione dei colloidi nelle acque profonde è di circa 8 mg/l. E’ stato calcolato che meno dello 0.01% di radionuclidi in un dato volume di roccia verrebbe assorbito su questi colloidi in qualsiasi momento. Per quanto basso, questo dato potrebbe essere significativo per il trasporto nel tempo di vita di un deposito. La concentrazione media di uranio