Verspreiding van gassen in gedeeltelijk verzadigde klei - gebaseerde materialen

In veel landen in Europa worden materialen op basis van klei beschouwd als veilig voor de berging van hoog- en middelradioactief afval, hetzij als een belangrijke component in het aangelegde barrièresysteem, hetzij als geologische formatie om de berging te herbergen. Bovendien hebben alle onderzochte klei een hoge sorptiecapaciteit voor veel radionucliden (Altmann et al., 2012; Maes et al., 2008; Maes et al., 2004), een laag hydraulisch geleidingsvermogen (Enssle et al., 2011; Yu et al., 2013) en interessante zelfdichtende eigenschappen (Van Geet et al., 2008; Zhang, 2013). Aangezien deze materialen op basis van klei een lage waterdoorlaatbaarheid hebben, is diffusie het belangrijkste transportmechanisme. Daarom is een goede kennis van relevante diffusiecoëfficiënten belangrijk om de veiligheidsfunctie van deze kleimaterialen te beoordelen. In de literatuur zijn voornamelijk diffusiecoëfficiënten voor radionucliden gerapporteerd als onderdeel van de inventarisatie. Naast de inventarisatie van radionucliden komen echter ook gassen vrij (voornamelijk afkomstig van anaërobe metaalcorrosie) en kennis van de diffusiecoëfficiënten van opgeloste gassen is ook van belang omdat deze een essentiële parameter zijn voor de beoordeling van het evenwicht tussen gasvorming en gasdissipatie door diffusie. Wanneer deze laatste niet in evenwicht is, zal er een vrije gasfase ontstaan, wat leidt tot gasdrukopbouw, die de barrièrefunctie van kleimaterialen kan beïnvloeden. Onlangs heeft het SCK-CEN een unieke, grote dataset van diffusiecoëfficiënten van verschillende gassen (binaire gassen H2/N2, edelgassen en lichte koolwaterstoffen) voor verschillende materialen (Boomklei, Eigenbilzenzand, Opalinus-klei, Callovo-Oxfordiaklei, bentoniet, schalie, cementpasta en beton) opgesteld. Alle diffusiemetingen zijn uitgevoerd op volledig verzadigde monsters, waarbij gassen zijn opgelost in water. In bepaalde stadia van de ontwikkeling van de opslagplaats kunnen echter onverzadigde omstandigheden bestaan. De diffusiecoëfficiënten van gassen in kleigesteente en buffermateriaal bij gedeeltelijk verzadigde omstandigheden zijn momenteel onbekend. Gezien het feit dat het transport van gassen een grote invloed heeft op de evolutie van afvalbergingen, hebben verschillende afvalbeheerorganisaties (WMO's) de noodzaak uitgedrukt om het effect van desaturatie op diffuus transport van gassen te beoordelen binnen het eerste Europese gezamenlijke project voor het beheer en de berging van radioactief afval (EURAD). Het doctoraat zal worden uitgevoerd in de internationale context van het EC-project, met nauwe samenwerking tussen het SCK-CEN en het Paul Scherrer Instituut (PSI, CH) en andere partners die betrokken zijn bij EURAD. Het hoofddoel van het doctoraat is te onderzoeken hoe desaturatie de diffusieve eigenschappen van de monsters voor gassen beïnvloedt. Dit zal gebeuren door diffusie-experimenten uit te voeren op verschillende kleirijke materialen (bv. Boomklei, Opalinusklei, bentoniet, zandbentonietmengsels, ...) in verschillende verzadigingsgraden (maar nog steeds sterk verzadigd om een continue gasweg te vermijden), met behulp van verschillende gassen (He, Ne, CH4, C2H6). Er bestaan verschillende methoden om transportexperimenten uit te voeren onder onverzadigde omstandigheden (bv. osmosemethode, verzadigde zoutmethode ...), maar geen van deze methoden is gebruikt om de diffusie van opgeloste gassen te meten. De diffusiegegevens zullen worden aangevuld met een volledige petrofysische karakterisering van alle monsters om het effect van veranderende petrofysische eigenschappen op de diffusie te beoordelen en de waarnemingen te vergelijken met die van volledig verzadigde monsters. Vertaald met www.DeepL.com/Translator (gratis versie)