Diffusion of radioactive waste elements from underground water and leachates of phosphate waste forms in pore solution of clay materials

Cover Page

Cite item

Full Text

Open Access Open Access
Restricted Access Access granted
Restricted Access Subscription Access

Abstract

Using through diffusion method at room temperature, migration of RW element simulators (P, Se, Br, Mo, Cs, U) in compacted samples of clay materials of various mineral compositions was studied during porous diffusion from model solutions: underground water and leachates of phosphate waste forms having a total salt content of up to 500 mg/L. Based on the results of experiments, effective diffusion coefficients and sorption distribution coefficients of elements in barrier materials were determined. Numerical models are proposed to describe diffusion transfer of selenium, cesium and uranium depending on porosity, mineral composition of materials, and concentration of elements in pore solution. Patterns of diffusion of elements from solutions of different salt composition were revealed.

Full Text

Restricted Access

About the authors

K. V. Martynov

Frumkin Institute of Physical Chemistry and Electrochemistry, Russian Academy of Sciences

Author for correspondence.
Email: mark0s@mail.ru
Russian Federation, Leninskii pr. 31, korp. 4, Moscow, 119071

E. V. Zakharova

Frumkin Institute of Physical Chemistry and Electrochemistry, Russian Academy of Sciences

Email: mark0s@mail.ru
Russian Federation, Leninskii pr. 31, korp. 4, Moscow, 119071

References

  1. Sellin P., Leupin O.X. // Clays Clay Miner. 2013. Vol. 61. N 6. P. 477.
  2. Wang C., Myshkin V.F., Khan V.A., Panamareva A.N. // J. Radioanal. Nucl. Chem. 2022. Vol. 331. P. 3401.
  3. Мартынов К.В., Захарова Е.В. // Тр. Всерос. ежегод. семинара по экспериментальной минералогии, петрологии и геохимии (Москва, 2022) / Отв. ред. О.А. Луканин. М: ГЕОХИ РАН, 2022. С 379.
  4. Мартынов К.В., Коневник Ю.В., Захарова Е.В. // Радиохимия. 2023. Т. 65. № 4. С. 364.
  5. Ильина О.А., Крупская В.В., Винокуров С.Е., Калмыков С.Н. // Радиоактивные отходы. 2019. № 4(9). С. 71.
  6. Абрамов А.А., Большов Л.А., Дорофеев А.Н., Игин И.М., Казаков К.С., Красильников В.Я., Линге И.И., Трохов Н.Н., Уткин С.С. // Радиоактивные отходы. 2020. № 1 (10). С. 9.
  7. Вашман А.А., Демин А.В., Крылова Н.В., Кушников В.В., Матюнин Ю.И., Полуэктов П.П., Поляков А.С., Тетерин Э.Г. Фосфатные стекла с радиоактивными отходами / Под ред. А.А. Вашмана, А.С. Полякова. М.: ЦНИИатоминформ, 1997. 172 с.
  8. Кочкин Б.Т., Мальковский В. И., Юдинцев С.В. Научные основы оценки безопасности геологической изоляции долгоживущих радиоактивных отходов (Енисейский проект). М.: ИГЕМ РАН, 2017. 384 с.
  9. Мартынов К.В., Захарова Е.В., Кулюхин С.А. // Радиоактивные отходы. 2022. № 2 (19). С. 68.
  10. Мартынов К.В., Захарова Е.В. // Радиоактивные отходы. 2023. № 2 (23). С. 63.
  11. Garcia-Gutierrez M., Cormenzana J.L., Missana T., Mingarro M., Molinero J. // J. Iber. Geol. 2006. Vol. 32. N 1. P. 37.
  12. Martynov K.V., Konstantinova L.I., Konevnik Yu.V., Proshin I.M., Zakharova E.V. // Exp. Geosci. 2014. Vol. 20. N 1. P. 94.
  13. Muurinen A., Pemtilä-Hiltunen P., Uusheimo K. // MRS Online Proc. Library. 1988. Vol. 127. P. 743.
  14. Muurinen A., Ollila K., Lehikoinen J. // MRS Online Proc. Library. 1992. Vol. 294. P. 409.
  15. Kozaki T., Sato Y., Nakajima M., Kato H., Sato S., Ohashi H. // J. Nucl. Mater. 1999. Vol. 270. P. 265.
  16. Joseph C., Van Loon L.R., Jakob A., Steudtner R., Schmeide K., Sachs S., Bernhard G. // Geochim. Cosmochim. Acta. 2013. Vol. 109. P. 74.
  17. Tachi Y., Yotsuji K. // Geochim. Cosmochim. Acta. 2014. Vol. 132. P. 75.
  18. Wang Z., Wang H., Li O., Xu M., Guo Y., Li J., Wu T. // Appl. Geochem. 2016. Vol. 73. P. 1.
  19. Wu T., Wang Z., Wang H., Zhang Z., Van Loon L.R. // Appl. Clay Sci. 2017. Vol. 141. P. 104.
  20. Wang Z., Wu T., Ren P., Hua R., Wu H., Xu M., Tong Y. // J. Radioanal. Nucl. Chem. 2019. Vol. 322. P. 801.
  21. Kong J., Lee C.-P., Sun Y., Hua R., Liu W., Wang Z., Li Y., Wang Y. // J. Radioanal. Nucl. Chem. 2021. Vol. 328. P. 717.
  22. Fukatsu Y., Yotsuji K., Ohkubo T., Tachi Y. // Appl. Clay Sci. 2021. Vol. 211. Art. 106176.
  23. Wu T., Geng Z., Feng Z., Pan G., Shen Q. // J. Radioanal. Nucl. Chem. 2022. Vol. 331. N 4. P. 2311.
  24. Zhu C.-M., Ye W.-M., Chen Y.-G., Chen B., Cui Y.-J. // Eng. Geol. 2013. Vol. 166. P. 74–80.

Supplementary files

Supplementary Files
Action
1. JATS XML
Download
2. Fig. 1. Types of yield curves for through diffusion, according to data from [4]: ​​1 – for a non-sorbable radionuclide, 2 – for a sorbable radionuclide, 3 – with precipitation from a pore solution for a non-sorbable radionuclide, 4 – with precipitation from a pore solution for a sorbable radionuclide.

Download (86KB)
Indexing metadata
3. Fig. 2. Through diffusion of Cs through a sample of mylonite TZ (ρт = 1.96 g/cm3, L = 3.5 mm) from the model solution MPVI-6: (a) – change in Cs concentration in the source chamber, (b) – total mass of Cs in the source and receiver, (c) – change in the average value of the difference in Cs concentrations in the source and receiver, (d) – specific total mass yield of Cs into the receiver; DeCs = 7.72 × 10–8 cm2/s, KdCs = 26 cm3/g.

Download (202KB)
Indexing metadata
4. Fig. 3. Stationary sections of the curves of the release of elements during diffusion from model solutions through compacted samples of clay materials: (a) – Cs/MPVI, (b) – Cs/MV, (c) – U/MPVI, (d) – U/MV, (d) – Se/MPVI, (e) – Se/MV.

Download (531KB)
Indexing metadata
5. Fig. 4. Stationary sections of the tritium yield curves (NTO) according to the data of work [4] and simulators of radioactive waste elements through compacted samples of clay materials during diffusion from model groundwater (MPVI): (a) – KB, (b) – TB, (c) – TZ, (d) – HB, (d) – KV.

Download (526KB)
Indexing metadata
6. Fig. 5. Stationary sections of the curves of the release of radioactive waste element simulators through compacted samples of clay materials during diffusion from model phosphate glass (PG) leaches: (a) – KB, (b) – TZ, (a) – HB.

Download (348KB)
Indexing metadata
7. Fig. 6. Experimental data on the dependence of the effective diffusion coefficients of selenium, cesium and uranium on the skeleton density of clay materials: this work and [4] – different clays (Table 3); [11] – FEBEX bentonite (Spain): 93% Ca-smectite; [13, 14, 21] – MX-80 bentonite (USA): 88.6% Na-smectite; [15] – Kunipia-F: enriched with 95% Na-montmorillonite from Kunigel-V1 bentonite (Japan); [16] – Opalinus Clay (Switzerland); [17] – Kunipia-P: enriched with 99.9% Na-montmorillonite from Kunigel-V1 bentonite (Japan); [18, 19, 20, 23] – GMZ bentonite (China): 75.4% Na-Ca-montmorillonite; [22] – Ca-montmorillonite (95%) obtained from Kunipia-F.

Download (153KB)
Indexing metadata
8. Fig. 7. Dependences of the effective pore diffusion coefficient of cesium, uranium and selenium from model solutions of MPVI and MV on the total diffusion factor for compacted clay materials: (a) – Cs/MPVI, (b) – Cs/MV, (c) – U/MPVI, (d) – U/MV, (d) – Se/MPVI, (e) – Se/MV.

Download (404KB)
Indexing metadata

Copyright (c) 2024 Russian Academy of Sciences

Согласие на обработку персональных данных с помощью сервиса «Яндекс.Метрика»

1. Я (далее – «Пользователь» или «Субъект персональных данных»), осуществляя использование сайта https://journals.rcsi.science/ (далее – «Сайт»), подтверждая свою полную дееспособность даю согласие на обработку персональных данных с использованием средств автоматизации Оператору - федеральному государственному бюджетному учреждению «Российский центр научной информации» (РЦНИ), далее – «Оператор», расположенному по адресу: 119991, г. Москва, Ленинский просп., д.32А, со следующими условиями.

2. Категории обрабатываемых данных: файлы «cookies» (куки-файлы). Файлы «cookie» – это небольшой текстовый файл, который веб-сервер может хранить в браузере Пользователя. Данные файлы веб-сервер загружает на устройство Пользователя при посещении им Сайта. При каждом следующем посещении Пользователем Сайта «cookie» файлы отправляются на Сайт Оператора. Данные файлы позволяют Сайту распознавать устройство Пользователя. Содержимое такого файла может как относиться, так и не относиться к персональным данным, в зависимости от того, содержит ли такой файл персональные данные или содержит обезличенные технические данные.

3. Цель обработки персональных данных: анализ пользовательской активности с помощью сервиса «Яндекс.Метрика».

4. Категории субъектов персональных данных: все Пользователи Сайта, которые дали согласие на обработку файлов «cookie».

5. Способы обработки: сбор, запись, систематизация, накопление, хранение, уточнение (обновление, изменение), извлечение, использование, передача (доступ, предоставление), блокирование, удаление, уничтожение персональных данных.

6. Срок обработки и хранения: до получения от Субъекта персональных данных требования о прекращении обработки/отзыва согласия.

7. Способ отзыва: заявление об отзыве в письменном виде путём его направления на адрес электронной почты Оператора: info@rcsi.science или путем письменного обращения по юридическому адресу: 119991, г. Москва, Ленинский просп., д.32А

8. Субъект персональных данных вправе запретить своему оборудованию прием этих данных или ограничить прием этих данных. При отказе от получения таких данных или при ограничении приема данных некоторые функции Сайта могут работать некорректно. Субъект персональных данных обязуется сам настроить свое оборудование таким способом, чтобы оно обеспечивало адекватный его желаниям режим работы и уровень защиты данных файлов «cookie», Оператор не предоставляет технологических и правовых консультаций на темы подобного характера.

9. Порядок уничтожения персональных данных при достижении цели их обработки или при наступлении иных законных оснований определяется Оператором в соответствии с законодательством Российской Федерации.

10. Я согласен/согласна квалифицировать в качестве своей простой электронной подписи под настоящим Согласием и под Политикой обработки персональных данных выполнение мною следующего действия на сайте: https://journals.rcsi.science/ нажатие мною на интерфейсе с текстом: «Сайт использует сервис «Яндекс.Метрика» (который использует файлы «cookie») на элемент с текстом «Принять и продолжить».