The Effect of Sulphide-Containing Groundwater on Creep Behaviour of Copper

Suomessa käytetyn ydinpolttoaineen loppusijoitus aiotaan tehdä ruotsalaisen KBS-3-konseptin mukaan. Konseptissa hapettomasta ja fosforiseostetusta kuparista (OFP-kupari) valmistetun ulkokuoren omaava loppusijoituskapseli sijoitetaan 400-500 metrin syvyydelle peruskallioon. Kapseli eristetään muusta ympäristöstä bentoniittisavella. Loppusijoitustilan lämpötila nousee käytetyn ydinpolttoaineen säteilyn vuoksi, minkä lisäksi kapseliin kohdistuu mekaanisia rasituksia. Nämä seikat altistavat kuparin virumiselle. Loppusijoituskapselin kanssa kontaktiin pääsevä pohjavesi sisältää erilaisia aineksia, joiden tiedetään aiheuttavan kuparin korroosiota. Viime vuosina on saatu viitteitä ennen tuntemattomasta sulfidiperäisestä kuparin korroosiomekanismista, jonka vaikutuksesta kuparin virumiseen ei ole olemassa näyttöä. Tämän työn tavoitteena oli selvittää sulfidialtistuksen vaikutusta OFP-kuparin virumiskäyttäytymiseen. Lisäksi arvioitiin Wilshiren yhtälön toimivuutta murtoaikojen ennustamisessa. Työn teoriaosuudessa on esitetty taustatietoa käytetyn ydinpolttoaineen loppusijoituksesta, loppusijoitustilan ympäristöolosuhteiden kehittymisestä, kuparin alttiudesta korroosiolle, kuparin in situ-korroosion seurantamenetelmistä sekä virumisesta. Kokeellisessa osassa OFP-kuparista valmistettuja koesauvoja altistettiin viiden viikon ajan tekopohjavedelle, johon oli lisätty 200 mg/l sulfidia. Sulfidialtistuksen vaikutusta koesauvojen pintaan tutkittiin pyyhkäisyelektronimikroskoopilla SEM- ja EDS-analyysien avulla. Virumis- ja vetokokeita suoritettiin sekä sulfidipitoiselle tekopohjavedelle altistetuilla että altistamattomilla referenssikoesauvoilla. Kirjallisuudessa saatavilla olevan virumisdatan perusteella luotiin Wilshiren kuvaaja OFP-kuparille. Virumis- ja vetokoetulokset osoittavat, että sulfidialtistus heikentää jonkin verran materiaalin sitkeysominaisuuksia. Sulfidin/rikin kulkeutumista bulkkimateriaaliin ei havaittu samoissa määrin kuin aikaisemmissa tutkimuksissa. Tämä saattaa johtua näytteiden erilaisesta altistustavasta. Sulfidin diffuusiomallin kehittämisen tulisi olla osana tulevia tutkimuksia. Wilshiren yhtälö todettiin potentiaaliseksi menetelmäksi murtoaikojen ennustamiseen virumisessa, mutta kyseinen malli tarvitsee enemmän dataa toimiakseen luotettavasti ennustettaessa pitkiä murtoaikoja

The Effect of Sulphide-Containing Groundwater on Creep Behaviour of Copper

Suomessa käytetyn ydinpolttoaineen loppusijoitus aiotaan tehdä ruotsalaisen KBS-3-konseptin mukaan. Konseptissa hapettomasta ja fosforiseostetusta kuparista (OFP-kupari) valmistetun ulkokuoren omaava loppusijoituskapseli sijoitetaan 400-500 metrin syvyydelle peruskallioon. Kapseli eristetään muusta ympäristöstä bentoniittisavella. Loppusijoitustilan lämpötila nousee käytetyn ydinpolttoaineen säteilyn vuoksi, minkä lisäksi kapseliin kohdistuu mekaanisia rasituksia. Nämä seikat altistavat kuparin virumiselle. Loppusijoituskapselin kanssa kontaktiin pääsevä pohjavesi sisältää erilaisia aineksia, joiden tiedetään aiheuttavan kuparin korroosiota. Viime vuosina on saatu viitteitä ennen tuntemattomasta sulfidiperäisestä kuparin korroosiomekanismista, jonka vaikutuksesta kuparin virumiseen ei ole olemassa näyttöä. Tämän työn tavoitteena oli selvittää sulfidialtistuksen vaikutusta OFP-kuparin virumiskäyttäytymiseen. Lisäksi arvioitiin Wilshiren yhtälön toimivuutta murtoaikojen ennustamisessa. Työn teoriaosuudessa on esitetty taustatietoa käytetyn ydinpolttoaineen loppusijoituksesta, loppusijoitustilan ympäristöolosuhteiden kehittymisestä, kuparin alttiudesta korroosiolle, kuparin in situ-korroosion seurantamenetelmistä sekä virumisesta. Kokeellisessa osassa OFP-kuparista valmistettuja koesauvoja altistettiin viiden viikon ajan tekopohjavedelle, johon oli lisätty 200 mg/l sulfidia. Sulfidialtistuksen vaikutusta koesauvojen pintaan tutkittiin pyyhkäisyelektronimikroskoopilla SEM- ja EDS-analyysien avulla. Virumis- ja vetokokeita suoritettiin sekä sulfidipitoiselle tekopohjavedelle altistetuilla että altistamattomilla referenssikoesauvoilla. Kirjallisuudessa saatavilla olevan virumisdatan perusteella luotiin Wilshiren kuvaaja OFP-kuparille. Virumis- ja vetokoetulokset osoittavat, että sulfidialtistus heikentää jonkin verran materiaalin sitkeysominaisuuksia. Sulfidin/rikin kulkeutumista bulkkimateriaaliin ei havaittu samoissa määrin kuin aikaisemmissa tutkimuksissa. Tämä saattaa johtua näytteiden erilaisesta altistustavasta. Sulfidin diffuusiomallin kehittämisen tulisi olla osana tulevia tutkimuksia. Wilshiren yhtälö todettiin potentiaaliseksi menetelmäksi murtoaikojen ennustamiseen virumisessa, mutta kyseinen malli tarvitsee enemmän dataa toimiakseen luotettavasti ennustettaessa pitkiä murtoaikoja