Immobilizzare le scorie nucleari nel vetro

[topquark]

Can radioactive waste be immobilized in glass for millions of years?

November 3, 2016 by Todd B. Bates



How do you handle nuclear waste that will be radioactive for millions of years, keeping it from harming people and the environment?

It isn't easy, but Rutgers researcher Ashutosh Goel has discovered ways to immobilize such waste – the offshoot of decades of nuclear weapons production – in glass and ceramics.
Goel, an assistant professor in the Department of Materials Science and Engineering, is the primary inventor of a new method to immobilize radioactive iodine in ceramics at room temperature. He's also the principal investigator (PI) or co-PI for six glass-related research projects totaling $6.34 million in federal and private funding, with $3.335 million going to Rutgers.
"Glass is a perfect material for immobilizing the radioactive wastes with excellent chemical durability," said Goel, who works in the School of Engineering. Developing ways to immobilize iodine-129, which is especially troublesome, is crucial for its safe storage and disposal in underground geological formations.
The half-life of iodine-129 is 15.7 million years, and it can disperse rapidly in air and water, according to the U.S. Environmental Protection Agency. If it's released into the environment, iodine will linger for millions of years. Iodine targets the thyroid gland and can increase the chances of getting cancer.
Among Goel's major funders is the U.S. Department of Energy (DOE), which oversees one of the world's largest nuclear cleanups following 45 years of producing nuclear weapons. The national weapons complex once had 16 major facilities that covered vast swaths of Idaho, Nevada, South Carolina, Tennessee and Washington state, according to the DOE.
The agency says the Hanford site in southeastern Washington, which manufactured more than 20 million pieces of uranium metal fuel for nine nuclear reactors near the Columbia River, is its biggest cleanup challenge.
Hanford plants processed 110,000 tons of fuel from the reactors. Some 56 million gallons of radioactive waste – enough to fill more than 1 million bathtubs – went to 177 large underground tanks. As many as 67 tanks – more than one third – are thought to have leaked, the DOE says. The liquids have been pumped out of the 67 tanks, leaving mostly dried solids.

The Hanford cleanup mission commenced in 1989, and construction of a waste treatment plant for the liquid radioactive waste in tanks was launched a decade later and is more than three-fifths finished.
"What we're talking about here is highly complex, multicomponent radioactive waste which contains almost everything in the periodic table," Goel said. "What we're focusing on is underground and has to be immobilized."
Goel, a native of Punjab state in northern India, earned a doctorate in glasses and glass-ceramics from the University of Aveiro in Portugal in 2009 and was a postdoctoral researcher there. He worked as a "glass scientist" at the Pacific Northwest National Laboratory in 2011 and 2012, and then as a senior scientist at Sterlite Technologies Ltd. in India before joining the Rutgers faculty in January 2014.
The six projects he's leading or co-leading are funded by the DOE Office of River Protection, National Science Foundation and Corning Inc., with collaborators from Washington State University, University of North Texas and Pacific Northwest National Laboratory.
One of his inventions involves mass producing chemically durable apatite minerals, or glasses, to immobilize iodine without using high temperatures. A second innovation deploys synthesizing apatite minerals from silver iodide particles. He's also studying how to immobilize sodium and alumina in high-level radioactive waste in borosilicate glasses that resist crystallization.
At the Hanford site, creating glass with radioactive waste is expected to start in around 2022 or 2023, Goel said, and "the implications of our research will be much more visible by that time."
The research may eventually help lead to ways to safely dispose of highly radioactive spent nuclear fuel that is stored now at commercial nuclear power plants.
"It depends on its composition, how complex it is and what it contains," Goel said. "If we know the chemical composition of the nuclear waste coming out from those plants, we can definitely work on it."


Explore further: Ancient glass-glued walls studied for nuke waste solutions
Provided by: Rutgers University
Read more at: Can radioactive waste be immobilized in glass for millions of years?
http://phys.org/news/2016-11-radioac...ons-years.html


In Italiano:

Come si fa a gestire i rifiuti nucleari che sarnno radioattivi per milioni di anni, evitando nuocere persone e l'ambiente?


Non è facile, ma Ashutosh Goel ha scoperto il modo di immobilizzare tali rifiuti - risultato di decenni di produzione di armi nucleari - in vetro e ceramica.
Goel, un professore assistente presso il Dipartimento di Scienza dei Materiali e Ingegneria, è l'inventore primario di un nuovo metodo per immobilizzare iodio radioattivo in ceramica a temperatura ambiente. E 'anche il ricercatore principale per sei progetti di ricerca per un totale di $ 6,34 milioni in fondi federali e privati.
"Il vetro è un materiale perfetto per immobilizzare i rifiuti radioattivi con una durata eccellente chimica", ha detto Goel, che lavora nella Facoltà di Ingegneria. Lo sviluppo di modi per immobilizzare lo iodio-129, che è particolarmente pericoloso, è fondamentale per il suo stoccaggio e lo smaltimento sicuri in formazioni geologiche sotterranee.
L'emivita dello iodio-129 è 15,7 milioni di anni, e si può disperdere rapidamente in aria e acqua, secondo l'Agenzia di Protezione Ambientale degli Stati Uniti. Se è rilasciato nell'ambiente, lo iodio si soffermerà per milioni di anni. Lo iodio colpisce la ghiandola tiroide e può aumentare le probabilità di ammalarsi di cancro.
Tra i principali finanziatori del Goel è il Dipartimento statunitense dell'Energia (DOE), che sovrintende uno dei più grandi smaltimenti nucleari del mondo dopo 45 anni di produzione di armi nucleari. Il complesso nazionale armi una volta aveva 16 strutture principali che coprivano vaste aree di Idaho, Nevada, South Carolina, Tennessee e stato di Washington, secondo il DOE.
L'agenzia dice che il sito di Hanford nel sud-est di Washington, che produceva più di 20 milioni di pezzi di combustibile uranio metallico per nove reattori nucleari nei pressi del fiume Columbia, è la sua sfida più grande di smaltimento.
Hanford ha usato 110.000 tonnellate di carburante dai reattori. Circa 56 milioni di galloni di rifiuti radioattivi - abbastanza per riempire più di 1 milione di vasche da bagno - è andato a finire in 177 grandi serbatoi sotterranei. Ben 67 serbatoi - più di un terzo - si pensa abbiano avuto perdite, il DOE dice. I liquidi sono usciti fuori dei 67 serbatoi, lasciando solo la parte solida.


La missione di smaltimento di Hanford e' iniziata nel 1989, e la costruzione di un impianto di trattamento di rifiuti per i rifiuti radioattivi liquidi in vasche è stato lanciato un decennio più tardi, ed è per più di tre quinti finito.
"Quello che stiamo parlando qui è molto complesso, un multicomponente che contiene quasi tutto nella tavola periodica", ha detto Goel. "Quello su cui stiamo concentrando è sotterraneo e deve essere immobilizzato."
Goel, nativo di stato del Punjab, nel nord dell'India, ha conseguito un dottorato in vetri e vetri-ceramici presso l'Università di Aveiro in Portogallo nel 2009 e fu un ricercatore post-dottorato lì. Ha lavorato come uno "scienziato dei vetri" presso il Pacific Northwest National Laboratory nel 2011 e 2012, e poi come scienziato senior presso Sterlite Technologies Ltd. in India prima di entrare alla facoltà di Rutgers nel gennaio 2014.


Una delle sue invenzioni coinvolge la produzione di massa di minerali di apatite chimicamente resistente capace di di immobilizzare lo iodio senza l'utilizzo di alte temperature. Una seconda innovazione distribuisce sintetizzando minerali apatite dalle particelle di ioduro d'argento. Ha anche studiando il modo di immobilizzare sodio e allumina in rifiuti radioattivi di alto livello con gli occhiali borosilicato che resistono cristallizzazione.
Presso il sito di Hanford, vetro creando con i rifiuti radioattivi è previsto l'avvio in circa 2022 o 2023, Goel ha detto, e "le implicazioni della nostra ricerca saranno molto più visibili in quel momento."
La ricerca può eventualmente aiutare portare a modi per smaltire in modo sicuro altamente radioattivo combustibile nucleare esaurito memorizzato ora a centrali nucleari commerciali.
"Dipende dalla sua composizione, quanto sia complesso e ciò che contiene", ha detto Goel. "Se conosciamo la composizione chimica dei rifiuti nucleari che esce da quelle piante, possiamo sicuramente lavorare su di esso."

[parassita calabrese]

è possibile distruggere le scorie nucleare usando un piccolo ciclotrone che accelera nuclei di elio e poi li fa collidere con un bersaglio di berillio.

La collisione di nuclei di elio con un bersaglio di berillio provoca intensa emissione di neutroni che andando a penetrare la scoria radioattiva la distruggono trasmutandola in altro materiale.

Il fatto interessante è che la trasmutazione nucleare di scorie radioattive produce moltissimo calore che potrebbe essere utilizzato per vaporizzare acqua e quindi pressione.

La pressione fa girare la turbina, la turbina fa girare l'alternatore, l'alternatore produce energia elettrica.

L'energia elettrica è molto utile, per esempio può essere utile per illuminare le strade durante la notte.

Senza illuminazione durante la notte, c'è il rischio che non ci vedi bene, inciampi e ti sloghi una caviglia, quindi poi occorre chiamare un'ambulanza che ti porterà al pronto soccorso.

[Menelik]

è possibile distruggere le scorie nucleare usando un piccolo ciclotrone che accelera nuclei di elio e poi li fa collidere con un bersaglio di berillio.

La collisione di nuclei di elio con un bersaglio di berillio provoca intensa emissione di neutroni che andando a penetrare la scoria radioattiva la distruggono trasmutandola in altro materiale.

Il fatto interessante è che la trasmutazione nucleare di scorie radioattive produce moltissimo calore che potrebbe essere utilizzato per vaporizzare acqua e quindi pressione.

La pressione fa girare la turbina, la turbina fa girare l'alternatore, l'alternatore produce energia elettrica.

L'energia elettrica è molto utile, per esempio può essere utile per illuminare le strade durante la notte.

Senza illuminazione durante la notte, c'è il rischio che non ci vedi bene, inciampi e ti sloghi una caviglia, quindi poi occorre chiamare un'ambulanza che ti porterà al pronto soccorso.

Vorrei capirci qualcosa:
innanzitutto, i nuclei di elio sono le particelle alfa.
Semplici, elementari particelle alfa, quelle che si liberano nei processi di decadimento atomico, appunto con modalità alfa.
Collisione con Be, questo è il modo classico per ottenere neutroni ad alta energia.
Il testo non lo dice, ma i neutroni dovranno senz'altro essere termalizzati, cioè la loro energia cinetica deve essere ridotta.
Questi neutroni termalizzati vanno a collidere con i nuclei degli elementi radioattivi.
Risultato: si forma un nucleo composito, instabile.
Il nucleo composito si stabilizza prendendo due vie:
una è la fissione, generando due nuclei leggeri, è questo è ciò che succede al combustibile nucleare nel nocciolo dei reattori.
due è la trasmutazione ad altro nucleo a diverso numero atomico, dunque si origina un altro elemento.
In quest'ultimo caso bisogna vedere se il nuovo nuclide è radioattivo.
Tu scrivi che la trasmutazione produce molto calore da cui ecc...ecc... A me pare che hai sommariamente descritto il processo di fissione nucleare dei nuclei pesanti con neutroni lenti, quello che succede nelle centrali atomiche.
Praticamente il combustibile esausto è una brodaglia di scorie radioattive.
E queste scorie radioattive sarebbero a loro volta del nuovo combustibile nucleare per fissione ????
Questa cosa mi sa molto dubbia.
Bisognerebbe avere l'articolo originale perché così com'è, mi lascia molto perplesso.

[parassita calabrese]

Certamente i neutroni devono essere rallentati, ma questo dettaglio non avevo voluto scrivere perché altrimenti dovrei anche spiegare come collegare i fili per fare un ciclotrone.

Insomma !
il nove novembre volli essere riassuntivo perché avevo un impegno e dovevo uscire.

Si possono rallentare con acqua, meglio se pesante.
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Quello che volevo dire era che le tante disprezzate scorie radioattive sono una formidabile fonte di energia se irradiati con neutroni.

Ma perché sono tanto disprezzate ?
Sono tanto disprezzate perché nelle scorie radioattive ci sono tracce di plutonio, materiale che va bene per fare la bomba atomica.

Anche facile da filtrare mediante centrifuga, essendo il plutonio un elemento chimico con massa specifica altissima.

Prima o poi il petrolio finirà, e quando finirà, i governi saranno costretti a chiudere un occhio sul rischio che ne deriva che un terrorista islamico potrebbe centrifugare scorie radioattive per estrarre cose strane pesantissime.

[Menelik]

Certamente i neutroni devono essere rallentati, ma questo dettaglio non avevo voluto scrivere perché altrimenti dovrei anche spiegare come collegare i fili per fare un ciclotrone.

Insomma !
il nove novembre volli essere riassuntivo perché avevo un impegno e dovevo uscire.

Si possono rallentare con acqua, meglio se pesante.
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Quello che volevo dire era che le tante disprezzate scorie radioattive sono una formidabile fonte di energia se irradiati con neutroni.

Ma perché sono tanto disprezzate ?
Sono tanto disprezzate perché nelle scorie radioattive ci sono tracce di plutonio, materiale che va bene per fare la bomba atomica.

Anche facile da filtrare mediante centrifuga, essendo il plutonio un elemento chimico con massa specifica altissima.

Prima o poi il petrolio finirà, e quando finirà, i governi saranno costretti a chiudere un occhio sul rischio che ne deriva che un terrorista islamico potrebbe centrifugare scorie radioattive per estrarre cose strane pesantissime.

Io continuo ad essere molto scettico.
Perché le scorie radioattive possono essere costituite da due classi di nuclidi:
1) quelli derivanti dalla fissione del combustibile, e si tratta di nuclei leggeri e come tali non daranno più luogo a fissioni, dunque sono tagliati fuori da un possibile riutilizzo, resta solo la radioattività da smaltire con la vetrificazione e seppellimento in ammassi evaporitici del sottosuolo,
2) quelli derivanti da assorbimento di neutroni durante il ciclo del combustibile, formando nuclidi a numero atomico maggiore (praticamente anziché fissionare trasmutano emettendo in beta negativo, tipo appunto U238----neutrone assorbito----U239----beta negativo----nettunio239------beta negativo------Pt239).
Il 2 è il passaggio da un isotopo fertile ad uno fissile, si fa nei reattori convertitori, ma i prodotti vengono isolati ed hanno un loro uso, non necessariamente militare, anche civile.
Dall'1, invece, non capisco come si possa ricavare energia irraggiando con neutroni i prodotti di una fissione, e questi diventerebbero ancora isotopi fissili.....mi sembra una cosa troppo irreale.
Non so se mi spiego.
Praticamente dei prodotti di fissione a basso numero atomico fissionerebbero un'altra volta generando nuclidi a numero atomico ancora dimezzato? Cioè dimezzato due volte rispetto al nuclide di partenza?
La fissione può aver luogo con nuclidi resi instabili per irraggiamento neutronico a neutroni lenti, di numero atomico molto elevato, cioè nuclei pesanti.
Che dei nuclei leggeri possano fissionare mi sembra troppo strano, questa è la mia obiezione e ciò che mi rende scettico.
Comunque la vetrificazione delle scorie di fissione e la cementificazione dell'ammasso vetroso con seppellimento di tutto il blocco in ammassi evaporitici sotterranei, si fa da tempo.

[parassita calabrese]

Il trizio decade dopo 12 anni, altri materiali radioattivi decadono dopo milioni di anni.
Ogni materiale radioattivo ha i suoi tempi di decadimento.

Dopo che è decaduto è innocuo.

[topquark]

Io continuo ad essere molto scettico.
Perché le scorie radioattive possono essere costituite da due classi di nuclidi:
1) quelli derivanti dalla fissione del combustibile, e si tratta di nuclei leggeri e come tali non daranno più luogo a fissioni, dunque sono tagliati fuori da un possibile riutilizzo, resta solo la radioattività da smaltire con la vetrificazione e seppellimento in ammassi evaporitici del sottosuolo,
2) quelli derivanti da assorbimento di neutroni durante il ciclo del combustibile, formando nuclidi a numero atomico maggiore (praticamente anziché fissionare trasmutano emettendo in beta negativo, tipo appunto U238----neutrone assorbito----U239----beta negativo----nettunio239------beta negativo------Pt239).
Il 2 è il passaggio da un isotopo fertile ad uno fissile, si fa nei reattori convertitori, ma i prodotti vengono isolati ed hanno un loro uso, non necessariamente militare, anche civile.
Dall'1, invece, non capisco come si possa ricavare energia irraggiando con neutroni i prodotti di una fissione, e questi diventerebbero ancora isotopi fissili.....mi sembra una cosa troppo irreale.
Non so se mi spiego.
Praticamente dei prodotti di fissione a basso numero atomico fissionerebbero un'altra volta generando nuclidi a numero atomico ancora dimezzato? Cioè dimezzato due volte rispetto al nuclide di partenza?
La fissione può aver luogo con nuclidi resi instabili per irraggiamento neutronico a neutroni lenti, di numero atomico molto elevato, cioè nuclei pesanti.
Che dei nuclei leggeri possano fissionare mi sembra troppo strano, questa è la mia obiezione e ciò che mi rende scettico.
Comunque la vetrificazione delle scorie di fissione e la cementificazione dell'ammasso vetroso con seppellimento di tutto il blocco in ammassi evaporitici sotterranei, si fa da tempo.

lascia perdere quello che dice il parassita calabrese... non ha molto senso.

sei un esperto di energia nucleare?

[Menelik]

lascia perdere quello che dice il parassita calabrese... non ha molto senso.

sei un esperto di energia nucleare?

Non propriamente.
Sono un chimico, mi occupo anche di radioattività, ma solo sorgenti naturali, in ambito geologico.