Kuparin korroosio ydinjätteen loppusijoitusolosuhteissa

No Thumbnail Available
Journal Title
Journal ISSN
Volume Title
Kemian tekniikan korkeakoulu | Master's thesis
Ask about the availability of the thesis by sending email to the Aalto University Learning Centre oppimiskeskus@aalto.fi
Date
2016-08-23
Department
Major/Subject
Soveltava materiaalitiede
Mcode
MT3001
Degree programme
MTE - Materiaalitekniikan koulutusohjelma
Language
fi
Pages
64 + 1
Series
Abstract
Käytetyn ydinpolttoaineen loppusijoituksessa tulee Suomessa perustumaan KBS 3-konseptiin, jossa käytetty ydinpolttoaine suljetaan teräksestä ja kuparista valmistettuun kapseliin ja haudataan Olkiluodon kiinteään peruskallioon noin 400 metrin syvyyteen. Tässä diplomityössä tutkittiin kuparin korroosiota Olkiluodon loppusijoitusolosuhteita vastaavissa koeympäristöissä. Diplomityön kirjallisessa osiossa käsitellään lyhyesti korroosiota yleisellä tasolla ja kuparilla loppusijoitusolosuhteissa todennäköisimmin esiintyviä korroosiomuotoja. Tämän jälkeen työssä esitellään ydinjätteen tämän hetkinen loppusijoituskonsepti ja arviot kuparikapselin korroosionopeudesta Olkiluodon peruskallion olosuhteissa. Kokeellisessa osiossa tutkittiin kuparin ja hapetetun kuparin ohuen pinnoitteen massan muuttumista ajan kuluessa Olkiluodon loppusijoitussyvyyden olosuhteissa. Kokeiden tarkoituksena oli selvittää reaktioympäristön pH:n, suolaisuuden, lämpötilan ja kaasufaasin vaikutukset kuparin ja hapettuneen kuparin korroosionopeuteen. Kuparin korroosionopeudet vaihtelivat välillä 1-670 μm/a ja hapettuneen kuparin korroosionopeudet vaihtelivat välillä 5-2100 μm/a. Korroosionopeuteen eniten vaikuttaneet muuttujat olivat tuloksista laskettujen regressiomallien perusteella koeympäristön lämpötila ja kaasufaasi, eli hapelliset tai hapettomat olosuhteet. Kokeissa havaitut korroosionopeudet olivat osittain 100–10000-kertaisia kirjallisuudessa esitettyihin lukuarvoihin verrattuna. Erot olivat suurimpia normaalia pohjavettä väkevämmissä ja happamammissa vesissä. Havaintoon liittyy kuitenkin massamuutos vs. aika-kuvaajien epälineaarisuudesta johtuen epävarmuuksia, koska osassa kokeissa korroosio eteni selvästi kahdessa eri vaiheessa. Aiheeseen liittyviä jatkotutkimuksia erityisesti Cu-OF-kuparilla on tulosten pohjalta suositeltavaa tehdä.

In Finland spent nuclear fuel is planned to be disposed based on KBS 3-concept using canisters made out of Cu-OF-copper. Canisters are planned to be sealed and buried 400 meters deep in bedrock of Olkiluoto repository facility. The aim of this master’s thesis was to examine the corrosion of copper and oxidized copper in conditions which are similar to those in Olkiluoto bedrock at repository depth. In the theoretical part the corrosion of copper is briefly discussed with corrosion mechanisms of copper, which are most likely going to happen during the repository period. The concept of management of spent nuclear fuel is presented together with estimations of the corrosion rate of the copper capsule during the repository period. In the experimental part the mass change of copper and oxidized copper was measured in the conditions corresponding to the repository conditions. The aim of the experiment was to find out which of the variables including pH, salinity, temperature and atmosphere were important for the corrosion of copper and how fast copper and oxidized copper corroded in different experiment conditions. The corrosion rate of copper was 1 to 670 μm/a and corrosion rate of oxidized copper was 5 to 2100 μm/a. The most important variables based on the regression models calculated from results were temperature and gas phase, either oxic air or anoxic nitrogen. The corrosion rates were sometimes 100–10000 times higher than the rates given in literature. Largest differences were found in tests with higher salinity and lower pH than normal ground water. Main error source can be two-stage dissolution that does not give reliable corrosion rate value for analysis. However based on the results there is a clear demand for more research especially concerning the corrosion of Cu-OF grade and its oxides.
Description
Supervisor
Lundström, Mari
Thesis advisor
Aromaa, Jari
Keywords
kupari, kuparioksidi, korroosio, KBS 3, loppusijoitus, ydinpolttoaine
Other note
Citation