Tecnologia de tamís molecular: trampes de radionúclids modificades de zeolita-
La capacitat d'adsorció bàsica d'aquesta grava prové de la modificació precisa de la zeolita natural. Els equips tècnics seleccionen volcànicscòdols(10-15 cm de diàmetre) ric en clinoptilolita, optimitzant l'estructura microporosa de la zeolita (0,3-0,8 nm de mida de porus) en canals d'"adsorció dirigida" mitjançant l'activació àcida (tractament amb àcid clorhídric al 5%) i l'intercanvi d'ions (immersió en solució de sal d'amoni). L'estructura interna d'aluminosilicat porta càrregues negatives, la qual cosa permet una forta captura de radionúclids catiònics com el cesi (Cs⁺) i l'estronci (Sr²⁺) mitjançant l'atracció electrostàtica.
Les dades de les proves mostren que els còdols modificats aconsegueixen una capacitat d'adsorció de cesi superior a 120 mg/g i estronci superior a 90 mg/g-3 vegades la de la zeolita no modificada i superant amb escreix la solidificació tradicional del ciment (només 5 mg/g per al cesi). Més important encara, l'estabilitat de l'adsorció és excepcional: en entorns de pH 3-11 (simulant l'aigua subterrània en diverses condicions geològiques), la taxa de desorció de radionúclids és <0,1%; després de la irradiació de raigs (dosi de fins a 10⁶Gy, equivalent a la intensitat de la radiació al voltant de l'HLW), la capacitat d'adsorció només disminueix un 2%, evitant el dany estructural induït per la radiació.
El mecanisme d'adsorció aconsegueix "doble bloqueig": físicament, els microporus de zeolita creen un obstacle estèric per als radionúclids; químicament, els radionúclids formen enllaços de coordinació estables amb l'estructura de la zeolita, evitant el re{0}}alliberament fins i tot a altes temperatures (150 graus) o pressions (10 MPa)- solucionant el defecte de "fàcil desorció" dels adsorbents tradicionals.
Indicadors de seguretat: rendiment de la barrera de permeabilitat gairebé -zero
La grava-de bloqueig de radionúclids ha superat la verificació dels estàndards d'eliminació de residus nuclears més estrictes del món. Les proves de l'Autoritat de Seguretat Nuclear i de Radiació de Finlàndia (STUK) mostren que la seva permeabilitat global és de ＜10⁻⁹m/s-, és a dir, ＜10⁻⁹ metres cúbics d'aigua per metre quadrat diari (equivalent a una milionèsima part de gota), cosa que fa gairebé impossible l'escapada dels radionúclids per difusió.
Aquesta permeabilitat ultra-baixa prové d'una estructura composta de "grava-bentonita": cada còdol està recobert d'una capa de 2 mm de bentonita de sodi (capacitat d'inflació > 30 ml/g), que s'expandeix ràpidament en un gel dens en contacte amb l'aigua subterrània, omplint els buits entre els còdols. Mentrestant, l'estructura naturalment densa del còdol (porositat <2%) bloqueja encara més els camins de permeació. Les proves de-lixiviació a llarg termini (que simulen 1.000 anys d'erosió de les aigües subterrànies) mostren que la taxa de lixiviació del cesi és <10⁻⁸g/(cm²·d), molt per sota del límit de seguretat de l'Agència Internacional d'Energia Atòmica (OIEA) (10⁻⁶g/(cm²·d)).
A més, la seva estabilitat mecànica és excepcional: la resistència a la compressió de 150MPa suporta la pressió de sobrecàrrega en l'eliminació subterrània (normalment <5MPa); no es produeix cap esquerda després de 100 cicles de congelació-descongelació (-20 graus a 20 graus ), cosa que garanteix la integritat estructural en climes extrems.
Cost d'eliminació: revolució econòmica a l'abocador de residus nuclears
L'aplicació pràctica a la central nuclear d'Olkiluoto (Finlàndia) confirma els avantatges de costos de la grava. En el projecte d'eliminació d'HLW de la planta de 2024, la substitució de la solidificació de vidre tradicional per grava de bloqueig de radionúclids-va aconseguir estalvis múltiples de costos:
Costos del material un 50% més baixos: costos de producció de grava modificada ~ 80 $/tona, la meitat de la solidificació del vidre (160 $/tona);
Millora de l'eficiència del transport i de l'abocador: 1 kg per còdol permet la càrrega mecanitzada, triplicant l'eficiència del transport en comparació amb la solidificació del vidre (que requereixen contenidors especialitzats de blindatge);
Eliminació dels costos de manteniment{0}}a llarg termini: l'adsorció estable i la permeabilitat ultra-baixa eliminen la necessitat de pous de monitorització o capes de reparació addicionals, i una reducció del 60% dels costos de manteniment operacional de 100 anys.
La comptabilitat completa mostra que els costos d'eliminació subterrània de les unitats van baixar de 2.000 $/m³ a 1.200 $/m³-una reducció del 40%. Per a una central nuclear d'1 GW que genera 200 m³ de HLW anualment, això suposa un estalvi d'uns 1,6 milions de dòlars anuals.
Més profundament, escurça el cicle d'eliminació de residus nuclears: la solidificació tradicional del vidre requereix 6-12 mesos de refredament i solidificació, mentre que la grava modificada es pot utilitzar directament després del tractament inicial dels residus, comprimint el procés d'"anys" a "setmanes" i reduint significativament els riscos d'emmagatzematge temporal. Com s'indica a l'avaluació de STUK: "Aquesta grava transforma els residus nuclears de 'difícils d'eliminar' a 'eliminació controlable', un avenç material crític per al desenvolupament sostenible de la indústria nuclear".