Bentoniittisaven käyttäytymistä ydinjätteen loppusijoittamisessa voidaan simuloida

Kimmo Salvén - 11.2.2016 - 10:20:48

Bentoniittisavea käytetään korkea-aktiivisen ydinjätteen loppusijoituksen puskurimateriaalina. Se estää veden tunkeutumisen ydinjätesäiliöiden lähelle ja suojaa niitä kallioperän liikkeiden ja maanjäristysten aiheuttamilta mekaanisilta voimilta. Bentoniittisavi turpoaa ollessaan yhteydessä pohjaveteen. Turpoaminen rajoittaa veden liikettä, tiivistää ja pitää jätesäiliöt paikallaan ja aiheuttaa paineen, joka rajoittaa bakteerien kasvua.

Bentoniittipuskurin paisumiskäyttäytyminen on merkittävä tekijä ydinjätteen loppusijoituksessa ja siten keskeinen puskurimateriaalin valintakriteeri. Bentoniittisaven paisumiskäyttäytymiseen vaikuttavat saven rakennetekijät, kuten ionit, savilevyjen kerrosvaraus ja varausjakautuma. Siihen vaikuttavat myös ympäristön lämpötila, paine ja pohjaveden suolakoostumus.

FM Linlin Sunin väitöstutkimuksessa on käytetty molekyylidynamiikkaa saven turpoamiseen vaikuttavien tekijöiden tutkimisessa. Savilevyjen atomitason vuorovaikutuksien simulointiin on kehitetty jousimalli, joka toistaa hyvällä tarkkuudella kokeellisesti mitattuja paisumispaineita.

Väitöskirjatyön simulointitulokset antavat hyödyllistä tietoa saven paisumisesta sellaisille savirakenteille ja ympäristöolosuhteille, joita on vaikeaa tutkia kokeellisesti. Natriumioneja sisältävien savien joutuessa veteen kehittyy suuri paisumispaine, joka korreloi käänteisesti kerrosvarauksen ja varauksen sijainnin suhteen. Kalsiumioneja sisältävissä savissa paisumispaine heikkenee nopeasti paisumisen edetessä. Pohjaveden suolapioisuus pienentää paisumistaipumusta erityisesti kalsiumioneja sisältävässä vedessä.

Väitöstutkimuksessa kehitettyä simulointimenetelmää voidaan käyttää laajasti paisuvien savien ominaisuuksien tutkimisessa. Bentoniittisaven paisumispaine on ennustettavissa erilaisille savikoostumuksille ja olosuhteill,e mahdollistaen puskurimateriaalien käyttäytymisen arvioinnin teollisissa sovelluksissa kuten erityisesti ydinjätteen loppusijoituksessa.

FM Linlin Sunin kemian alaan kuuluva väitöskirja The Effects of Structural and Environmental Factors on the Swelling Behavior of Montmorillonite-Beidellite Smectites: a Molecular Dynamics Approach (Montmorilloniitti-beidelliitti smektiittien paisumiskäyttäytymiseen vaikuttavien rakenne- ja ympäristötekijöiden molekyylidynamiikkatutkimus) tarkastetaan Itä-Suomen yliopistossa 19.2.2016.