Investigation of safety barriers filtration properties for radioactive waste disposal on the alumina concrete example
Authors
- Mikhail A. Tsarev Scientific and Technical Center for Nuclear and Radiation Safety; Moscow State University , Федеральное бюджетное учреждение «Научно-технический центр по ядерной и радиационной безопасности» (ФБУ «НТЦ ЯРБ»); ; Московский государственный университет им. М.В. Ломоносова https://orcid.org/0009-0007-7331-7649
- Ivan Yu. Lobodenko the Federal Budgetary Institution of Scientific and Technical Center for Nuclear and Radiation Safety , Федеральное бюджетное учреждение «Научно-технический центр по ядерной и радиационной безопасности» (ФБУ «НТЦ ЯРБ») https://orcid.org/0000-0001-8809-6403
- Alexey A. Malofeev Scientific and Technical Center for Nuclear and Radiation Safety , Федеральное бюджетное учреждение «Научно-технический центр по ядерной и радиационной безопасности» (ФБУ «НТЦ ЯРБ») https://orcid.org/0009-0007-2498-0217
- Nadezhda Eu. Eremina Scientific and Technical Center for Nuclear and Radiation Safety; Moscow State University , Федеральное бюджетное учреждение «Научно-технический центр по ядерной и радиационной безопасности» (ФБУ «НТЦ ЯРБ»)
- Andrey Borisovich Ermolinsky Lomonosov Moscow State University
- Mikhail S. Chernov Lomonosov Moscow State University
- Eugene N. Samarin Lomonosov Moscow State University
- Anton P. Penzev Lomonosov Moscow State University
DOI:
https://doi.org/10.34753/HS.2024.6.1.52+ Keywords
+ Abstract
The presented work is the result of studying the filtration properties of engineering safety barriers materials for Class 3 and 4 near-surface radioactive waste disposal facility, as well as the assessment of computational hydrogeological modeling of several near-surface radioactive waste disposals for compliance with certain provisions of the current regulatory documentation in the field of atomic energy use. Since the composition of the materials used for barriers materials is different, predictive calculations of material degradation time using thermodynamic constants can have a high margin of error (300 % and more), and long-term contact of barriers materials with groundwaters or storage solutions can result in changes to the composition, porosity, and, consequently, the filtration, sorption, strength properties of the barrier material. Approaches to studying the evolution of weakly permeable barriers materials under varying engineering-geological conditions over the long-term application of barriers materials require further development. In the present work a methodical approach to long-term filtration experiments in barriers samples is proposed, on the example of cement stone modified with clay additive, the results of filtration flow rate data through the sample are presented, after which the changes in the sample composition and its pore space structure are evaluated. The present work shows an attempt to apply the equilibrium dissolution model to calculate the inverse problem – calcium loss in the solid phase is estimated by the dissolution time of calcium hydroxide at the moment of increased filtration flow rate, and then a direct calculation of the degradation time of the barrier of the required thickness at the filtration rate possible under burial conditions is performed. The change of properties in barriers shown in the present work agree with the works of researchers, the approach can be useful and can be applied to study the evolution of barrier materials to confirm the lifetime of barriers and justify the intensity of radionuclide release beyond their limits. The work demonstrates the methodological possibility of estimating the long-term stability of the insulating properties of barriers, considering experimental data and modeling of the kinetics of dissolution of components. Experimental evaluations are the main source of information regarding the justification of the service life of safety barriers.
+ Author Biographies
senior Researcher of Scientific and Technical Center for Nuclear and Radiation Safety, Leading Specialist of the Laboratory for the Protection of the Geological Environment and the Relationship of Surface and Groundwater (LOGS) of Moscow State University. IstinaResearcherID (IRID): 243132301, SPIN-code: 6435-2695, ORCID 0009-0007-7331-7649, Web of Science ResearcherID KRP-1473-2024. Candidate of Geological and Mineralogical Sciences, Head of the Department of Resistance to External Influences of the Federal Budgetary Institution of Scientific and Technical Center for Nuclear and Radiation Safety SPIN- code: 8210-2956, AuthorID: 723772, ORCID 0000-0001-8809-6403. senior Researcher of Scientific and Technical Center for Nuclear and Radiation Safety ORCID 0009-0007-2498-0217 junior Researcher of Scientific and Technical Center for Nuclear and Radiation Safety ORCID 0000-0002-6553-1932 Postgraduate student of the Department of Engineering and Environmental Geology (Faculty of Geology) Lomonosov Moscow State University SPIN- code: 7781-3572 ORCID: 0009-0009-5566-1221 PhD (Geology and Mineralogy), senior Researcher of Department of Engineering and Environmental Geology (Faculty of Geology) Lomonosov Moscow State University SPIN- code: 6078-3979 ORCID: 0000-0002-2707-9340 Scopus Author ID: 24537120900 Doctor of sciences (Geology and Mineralogy), Professor, senior Researcher of Department of Engineering and Environmental Geology (Faculty of Geology) Lomonosov Moscow State University IstinaResearcherID (IRID): 392739, ResearcherID: O-3332-2015, Scopus Author ID: 6505974003. Postgraduate student of the Department of Engineering and Environmental Geology (Faculty of Geology) Lomonosov Moscow State University SPIN: 1869-6181 ORCID 0009-0007-5679-403X IstinaResearcherID (IRID): 328513508
Mikhail A. Tsarev
Ivan Yu. Lobodenko
Alexey A. Malofeev
Nadezhda Eu. Eremina
Andrey Borisovich Ermolinsky
Mikhail S. Chernov
Eugene N. Samarin
Anton P. Penzev
+ References
Анисимов Н. А., Куваев А. А. Численное моделирование влагопереноса в конструкциях приповерхностного пункта захоронения радиоактивных отходов // Радиоактивные отходы. 2022. № 3 (20). С. 97106. DOI: 10.25283/2587-9707-2022-3-97-106.
Воронков М.Е. Взаимодействия кремнеземсодержащих добавок в цементных композициях в условиях щелочного расширения. Диссертация на соискание ученой степени кандидата наук. Санкт-Петербург, 2013, 117 с.
Гольдберг В. М., Скворцов Н. П. Проницаемость и фильтрация в глинах. М.: Изд-во Недра, 1986. 160 c.
Иванов И.А., Шатков Е.М., Сорокин В.Т., Гулин А.Н. Диффузия радионуклидов в цементосодержащих материалах // Радиохимия. 1994. Т. 36, вып. 2.
Игин И. М., Минин А. В., Бамборин М. Ю., Кузьмин Е. В., Трофимова Ю. В. Определение прогнозных сроков долговременной безопасности пунктов приповерхностного захоронения радиоактивных отходов при различных сценариях их эксплуатации // Радиоактивные отходы. 2022.
№ 3 (20). С. 50–60. DOI: 10.25283/2587-9707-2022-3-50-60.
Лаверов Н.П., Величкин В.И., Омельяненко Б.И., Юдинцев С.В., Петров В.А., Бычков А.В. Т. 5: Изоляция отработавших ядерных материалов: геолого-геохимические основы. — М.: ИГЕМ РАН; ИФЗ РАН, 2008. 280 с.
Лотов В. А. Применение модифицированного жидкостекольного вяжущего в производстве строительных материалов // Строительные материалы. 2015. №1. C. 72–75.
Павилонский В.М. К вопросу о начальном градиенте напора в глинистых грунтах // Труды института ВОДГЕО, выпуск 19. 1968. с. 78–85.
Райтбурд Ц. М., Слонимская М. В. Кристаллохимия поверхности глинистых минералов и микроструктура глин. Физические и химические процессы и фракции. М.: Наука, 1968. 41 с.
Румынин В.Г. Теория и методы изучения загрязнения подземных вод. Санкт-Петербург: Наука, 2020. 144 с.
Семенов В. Б., Клюев А. Н. Щелочно-силикатный бетон с добавкой целлюлозы // Гидротехническое строительство. 2009. № 4. С. 59–61.
Сорокин В. Т., Гатауллин Р. М., Свиридов Н. В., Павлов Д. И. Долговечность железобетонных контейнеров типа НЗК-150-1,5П при захоронении радиоактивных отходов 2 класса // Радиоактивные отходы. 2022. № 3 (20). С. 37–49. DOI: 10.25283/2587-9707-2022-3-37-49.
Толыпина Н. М. Физико-химические основы повышения коррозионной стойкости цементных систем путем оптимизации вещественного состава. Диссертация на соискание ученой степени доктора технических наук. Белгород, 2016. 393 с.
Царев М. А., Лободенко И. Ю. Методы оценки коэффициента фильтрации слабопроницаемых материалов, учет воздействий на проницаемость. Фундаменты. — М.: Изд-во «Международная ассоциация фундаментостроителей IAFC». ISSN: 2713-3354. 2024. №1. С. 44–48.
Царев М. А. Экспериментальная оценка устойчивости фильтрационных параметров искусственных грунтов. — М.: Материалы XVIII общероссийской научно-практической конференции и выставки «Перспективы развития инженерных изысканий в строительстве в Российской Федерации». 2023а. 269 с.
Царев М. А., Лободенко И. Ю. Экспериментальная оценка противофильтрационных свойств пористых материалов для долговременной защиты зданий и сооружений. — Сочи, 9–13 октября. Сборник тезисов докладов XV Российской Национальной Конференции по сейсмостойкому строительству и сейсмическому районированию (с международным участием). 2023b. С. 172–178.
Царев М. А., Лободенко И. Ю., Понизов А. В., Родин А. В. Экспериментальная оценка изменения фильтрационных свойств геохимического барьерного материала на основе бетона при растворении. — Томск. Геологическая эволюция взаимодействия воды с горными породами: труды V всероссийской научной конференции с международным участием им. проф. С. Л. Шварцева. 2023c. С. 95–100.
Царев М. А. Результаты использования экспериментального фильтрационного комплекса с автоматизированной системой сбора информации для оценки коэффициента фильтрации слабопроницаемых материалов. — М.: Материалы XVII общероссийской научно-практической конференции и выставки «Перспективы развития инженерных изысканий в строительстве в Российской Федерации». 2022. 442 с.
Шестаков В. М. Гидрогеодинамика. М.: Изд-во «КДУ», 2009. C. 37–41.
Элбакидзе М. Г. Фильтрация воды через бетон и бетонные гидротехнические сооружения: учебное пособие. Библиотека гидротехника и гидроэнергетика. М.: Изд-во «Энергоатомиздат», 1988. 104 c.
Ageing management of concrete structures in nuclear power plants // International Atomic Energy Agency. Series: IAEA nuclear energy series, ISSN 1995–7807. 2016. no. NP-T-3.5
Dixon D.A., Graham J., Gray M.N. Hydraulic conductivity of clays in confined tests under low hydraulic gradients // Canadian Geotechnical Journal. 1999. 36 (5). P 815–825. DOI:10.1139/t99-057.
Dron R., Privot F. Thermodynamic and kineic approach to the alkali-silica reaction: Part I. Concepts // Cement Concrete Res. 1992. Vol. 22. P. 941–948.
Jacques D., Perko J., Seetharam S., Mallants D., Govaerts J. Modelling long-term evolution of cementitious materials used in waste disposal // Behaviours of Cementitious Materials in Long Term Storage and Disposal. Publisher: IAEA. 2013. P.26. DOI:10.13140/RG.2.2.15374.77129.
Medvedev V., Pustovgar A., Adamtsevich A., Adamtsevich L. Concrete Carbonation of Deep Burial Storage Constructions under Model Aging Conditions // Buildings. 2024. Vol. 14. 8. DOI:10.3390/buildings14010008.
+ Read article online
Downloads
Published
Issue
Section
License
Copyright (c) 2024 Hydrosphere. Hazard processes and phenomena

This work is licensed under a Creative Commons Attribution 4.0 International License.