Lorsque les composés du combustible nucléaire usé se décomposent, ils peuvent libérer des éléments radioactifs et contaminer le sol et l'eau. Les scientifiques savent qu'un composé de combustible usé, dioxyde de neptunium, réagit avec l'eau, mais ils ne comprennent pas complètement le processus. Une étude a utilisé des techniques avancées de microscopie électronique pour étudier comment la structure microscopique du dioxyde de neptunium entraîne des réactions chimiques qui le conduisent à se dissoudre dans l'environnement. Les résultats ont révélé que le neptunium a tendance à se dissoudre là où les grains du matériau se rejoignent, connu sous le nom de joints de grains. Le neptunium est moins enclin à se dissoudre aux joints de grains de gros grains de matériau par rapport aux grains de matériaux plus petits.

Impacter

Les centrales nucléaires produisent des déchets hautement radioactifs sous forme de combustible nucléaire usé. Pour empêcher le rayonnement de s'échapper, les exploitants de centrales stockent le combustible usé dans des piscines et des emballages secs sur les sites de réacteurs nucléaires. Cependant, ce n'est pas une solution permanente. Pour stocker en toute sécurité des matières radioactives pendant des centaines de milliers d'années, il faut un stockage souterrain dans des sites géologiquement stables. La planification de ce stockage nécessite des prédictions approfondies sur la façon dont les déchets peuvent se transformer chimiquement pour s'assurer qu'ils sont sans danger pour l'environnement. Cette étude révèle que le traitement du dioxyde de neptunium de manière à produire des grains plus gros et moins de défauts réduit considérablement la solubilité du neptunium, c'est-à-dire sa capacité à se dissoudre. Cela réduit l'impact environnemental des déchets nucléaires. Ces informations aideront à éclairer les décisions politiques sur l'élimination des déchets nucléaires hérités.

Sommaire

Le dioxyde de neptunium se trouve dans les déchets nucléaires hérités qui présentent une structure complexe avec des grains nanométriques et des joints de grains proéminents. Les joints de grains sont des sites où l'ordre cristallin du solide est perturbé et conduisent souvent à une diffusion et une réactivité chimique accrues. Les joints de grains dans le dioxyde de neptunium contiennent une phase hydroxyde soluble, qui s'oxyde et se dissout facilement au contact de l'eau et peut entraîner une augmentation des concentrations de neptunium dans les eaux naturelles. L'érosion des joints de grains provoque la rupture de grains entiers de la matrice et aboutit finalement au neptunium en solution aqueuse et colloïdale, qui peuvent affecter le devenir environnemental et l'évaluation du transport.

Cette étude approfondie de la microstructure du dioxyde de neptunium a révélé que la taille des grains peut être augmentée d'un ordre de grandeur en traitant le matériau à haute température. La recristallisation à haute température induit la croissance des grains, qui diminue les défauts de surface et la surface, en diminuant l'énergie libre du matériau. Des grains de dioxyde de neptunium plus gros entraînent une stabilité accrue et une solubilité réduite de deux ordres de grandeur. En examinant les mécanismes de dissolution à l'interface solide-eau, cette étude comble une lacune clé pour comprendre la libération dans l'environnement d'éléments radioactifs. Les résultats devraient avoir des implications environnementales de grande envergure pour l'évaluation des performances.