Pour comprendre comment les radio-isotopes se déplacent dans les sols, les scientifiques ont utilisé les mêmes techniques d'imagerie que celles utilisées pour suivre les isotopes lors des tests médicaux, en se concentrant sur le transport à travers les interfaces. La recherche a utilisé différents types de tomodensitogrammes d'interfaces dans une colonne contenant des billes de tailles différentes (dans l'image en haut à gauche, les cercles blancs sont des billes de 2 millimètres) pour comprendre le flux et l'accumulation des espèces radioactives. Les zones de radioactivité plus élevée sont indiquées par les régions bleues dans l'image en bas à gauche. Dans les images en accéléré à droite, des phénomènes d'écoulement non uniformes local (A) et global (D) sont observés (mm=millimètres, t=temps). Dans l'image en bas à droite, le "E" indique l'emplacement des papiers filtres dans la colonne. Crédit :Département américain de l'Énergie
L'élimination des déchets de production d'armes nucléaires est importante pour la sécurité nationale. Il est essentiel de connaître le comportement du technétium et d'autres isotopes sur les sites de stockage souterrains. Les études antérieures sur la mobilité des radionucléides se sont limitées à un échantillonnage destructeur après coup du sol. Cette étude a adapté deux techniques d'imagerie médicale bien connues pour effectuer une analyse non destructive. L'imagerie SPECT (tomographie calculée par émission à un seul photon) a révélé un transport non uniforme. La tomographie par ordinateur à rayons X a corrélé les pores et d'autres caractéristiques structurelles.
Cette étude a montré que la combinaison de ces techniques d'imagerie médicale courantes offre une résolution suffisante pour l'imagerie non invasive des processus de transport dans le sol et la roche. Il fournit également des informations sur les chemins d'écoulement préférentiels et le transport réactif. Ces travaux pourraient conduire à de meilleures prévisions à grande échelle du rejet et du transport d'isotopes radioactifs. Comprendre comment les isotopes se déplacent est essentiel pour l'analyse des risques de l'élimination des déchets sous la surface.
Les techniques existantes pour comprendre le transport des radionucléides dans l'environnement ne capturent pas entièrement la complexité 3-D du transport dans les sols et les déchets. Pour comprendre l'influence des processus couplés sur le transport dans l'environnement, une équipe dirigée par des chercheurs de l'Université de Clemson a combiné des techniques d'imagerie médicale pour surveiller des expériences de radionucléides dynamiques dans des mélanges de sol et de billes de verre. Ils ont utilisé de la terre et des billes de verre comme modèle pour étudier la viabilité de ces techniques d'imagerie pour étudier le transport potentiel dans l'environnement si les formes de déchets échouaient ou étaient rompues. Ils ont combiné la SPECT (tomographie par émission monophotonique) couramment utilisée avec la tomographie par ordinateur (CT) à rayons X bien établie. Les images SPECT en accéléré illustraient à la fois les phénomènes de transport non uniformes locaux et mondiaux, et les données CT à haute résolution ont permis des corrélations de non-uniformité avec des caractéristiques structurelles dans les matériaux, comme les macropores.
Ces données combinées peuvent être utilisées efficacement pour détecter les fractures, macropores, et les variations de perméabilité ainsi que les chemins d'écoulement non uniformes. L'imagerie directe des changements de concentration pendant le transport peut permettre de tester et d'affiner des modèles décrivant comment les radionucléides interagissent avec les matériaux géologiques et fabriqués par l'homme. Ces connaissances pourraient approfondir notre compréhension fondamentale des processus biogéochimiques dans les milieux poreux, ce qui est important dans les analyses de risques environnementaux à grande échelle.
