Corrosie blijkt groter gevaar voor nucleair afval

Zelfs de roestvrijstalen tanks waarmee nucleair afval diep onder de grond gaat worden opgeslagen, zullen uiteindelijk ten prooi vallen aan corrosie. Een onderzoek van wetenschappers uit de Verenigde Staten en Frankrijk werpt nu nieuw licht op hoe corrosie op de stalen tanks ook het afval in de tank kan aantasten, waardoor het verval van het beschermende materiaal versneld kan worden. Zij publiceerden hun onderzoek maandag in het blad Nature materials.

Bij corrosie reageert het metaal met water en zuurstof, waardoor bijvoorbeeld ijzer roest. „De processen die de onderzoekers hier hebben bekeken zijn inderdaad nog niet veel bestudeerd”, zegt Phil Vardon, onderzoeker aan de TU Delft, aan de telefoon. Maar ook: „Corrosie ligt hoe dan ook altijd op de loer. De kunst is om dat proces zo lang mogelijk uit te stellen. Mede daarom bevatten alle ontwerpen voor de eindopslag van nucleair afval meerdere barrières, zoals het vastleggen in glas of keramiek.”

Hoog-radioactief afval bevat stoffen zoals strontium, met een halfwaardetijd van zo’n dertig jaar, maar soms ook plutonium, dat nog tienduizenden jaren straling kan uitzenden. Om te voorkomen dat in de omgeving terechtkomt, kan het afval eerst met vloeibaar glas worden vermengd, waarna het afkoelt tot een massief blok glas, dat vervolgens in een stalen container wordt opgeslagen. Een andere optie is het afval vastleggen in een soort keramiek.

Fijngemalen glas

Het afval komt uiteindelijk in roestvrijstalen tanks diep onder de grond te liggen, waar het voor tienduizenden jaren wordt opgeslagen. En omdat er in de omgeving altijd wel wat water voorkomt, treedt corrosie dan ook vroeg of laat altijd op.

Voor het experiment met verglaasd afval gebruikten de onderzoekers een blokje fijngemalen ‘International Standard Glass’. Dat is speciaal ontworpen voor experimenten met nucleair afval, en bevat onder meer silicium, natrium en boor in zuurstofverbindingen.

Door het materiaal samen te persen en gedurende dertig dagen op een temperatuur van 90 graden in een oplossing van natriumchloride te leggen, bootsten de onderzoekers de opslagcondities na in de Yucca Mountain, een voorgestelde opslagplaats in de Amerikaanse staat Nevada.

Vervolgens keken zij naar hoe en op welke plekken zich corrosie vormde. Ze zagen dat wanneer er op het roestvrijstaal corrosie optrad – zoals het staal in het echt ook als eerste vanuit buiten corrodeert – ook het glas daar dichtbij werd aangetast. Dat komt, schrijven de onderzoekers, omdat de vrijgekomen ionen reageren met water en zo de zuurgraad in die omgeving verhogen. Dat versnelt verder de aantasting van het staal en nu ook het glas.

Bij de afbraak van glas komen bovendien ook weer ionen vrij, die wederom bijdragen aan het corrosieproces. Het in keramiek gegoten afval vertoonde soortgelijk gedrag.

Honderdduizenden jaren

De onderzoekers waarschuwen ervoor dat huidige protocollen voor nucleair afval zich alleen baseren op studies naar hoe staal, glas of keramiek in ‘isolement’ verweren, en geen rekening houden met hoe de materialen onderling met elkaar reageren.

Omdat de opslag in Nederland toch kan verschillen van die in de Verenigde Staten, is het moeilijk te zeggen of dit iets betekent voor de Europese plannen voor de langdurige eindberging, zegt Lars Roobol, stralingsdeskundige bij het RIVM. „Maar het is zeker belangrijk om te onderzoeken of dit effect in voldoende mate is afgedekt.”

Vardon van TU Delft maakt zich weinig zorgen over de kwaliteit van de huidige opslagtanks. „Deze opslagplaatsen zijn ontworpen voor honderdduizenden jaren. De veiligheidsmarges zijn veel hoger dan eigenlijk nodig is, zelfs als zich mogelijk wat sneller corrosie vormt.”

In Nederland wordt hoog-radioactief afval voor ten minste honderd jaar opgeslagen in versterkte gebouwen in Zeeland. Een voorstel is om het afval daarna op te slaan in diepe kleilagen, enkele honderden meters onder de grond in het noordwesten en zuidoosten van het land. Voordeel daarvan is dat water heel moeilijk door de klei naar beneden kan stromen en bij de tanks kan komen.