Redox Reactions of Uranium-Based Materials in Aqueous Systems and Under UHV Conditions.
Two models mimicking radiation-induced oxidation of spent nuclear fuel.
Tid: Fr 2021-06-04 kl 14.00
Plats: https://kth-se.zoom.us/meeting/register/u5Uvc-yrqjssGtLShlHs_vE9HPUmHnv2zEM5, Stockholm (English)
Ämnesområde: Kemi
Respondent: Ghada El Jamal , Tillämpad fysikalisk kemi, KTH, Nuclear Chemistry
Opponent: Doctor Christophe Jégou, Commissariat à l’Energie Atomique DE2D/SEVT/LCLT
Handledare: Professor Mats Jonsson, Kemi, Tillämpad fysikalisk kemi
Abstract
Efterfrågan på ren elektricitet är ett problem i Europa. Kärnkraft betraktas som enväxthusgasfri teknik för elproduktion, men jämfört med andra energikällor genererar detett mycket giftigt avfall.I Sverige kallas den långsiktiga lösningen av avfallshanteringsfrågan för KBS-3-metoden.Den är baserad på skyddande naturliga och konstruerade barriärer som omger det användakärnbränslet för att isolera det från biosfären och därigenom skydda miljön från ökadenivåer av radioaktivitet. Problemet med använt kärnbränsle gäller också länder som intelängre använder kärnkraft men som fortfarande har stora mängder avfall att hantera.De senaste åren har forskningen rörande djupa geologiska förvar för använt kärnbränsleväckt stor uppmärksamhet. Forskare har undersökt olika aspekter av det värsta tänkbarafallet där barriärsystemets integritet förloras. Om grundvatten kommer i kontakt medbränslet, kommer strålning från bränslet att inducera radiolys av vatten. De produkter somdå bildas har förmåga att oxidera och lösa upp bränslematrisen, vilket riskerar att spridaradionuklider i miljön. Bränslematrisen består i de flesta fall av uranoxid. Små mängder avandra aktinidoxider förekommer också i bränslet.Inte överraskande är aktinidoxider centrala i många experimentella studier. I många fallinteraktioner mellan oxidytor och vattnets radiolysprodukter viktiga för att kunna förutsebränslematrisens stabilitet i olika miljöer. Huvudmålet med detta arbete är att bättre förståmekanismen för bränslekorrosion och upplösning. Många tidigare studier har utförts påganska komplexa system vilket gör det svårt att dra tillförlitliga mekanistiska slutsatser.I denna avhandling har de kemiska processerna som är involverade i strålningsinduceradoxidativ upplösning av UO2 studerats experimentellt på två modellsystem: H2O2-induceradoxidativ upplösning av UO2 i vattenlösning och exponering av tunna uranoxid filmer förplasmaprodukter under UHV-förhållanden. H2O2 har visats vara den radiolytiska oxidantsom driver den oxidativa upplösningen av bränslematrisen. Effekten avgrundvattenkomponenter på mekanismen för H2O2-förbrukning och UO2 oxidation harundersökts.Plasma från vattenånga genererar produkter som delvis är identiska med de som bildas vidradiolys av flytande vatten. Tre olika typer av uranoxid (UO2, U2O5 och UO3) undersöktesmed röntgen och UV-fotoelektronspektroskopi före och efter exponering för vattenplasma,ren eller blandad med H2. En omfattande undersökning gjordes av redoxreaktioner somliknar strålningseffekter. Analys av U5f-emission användes för att bestämmaytoxidationstillståndet. Egenskaperna för hydroxylgrupper adsorberade till de olikauranoxiderna undersöktes också för att identifiera de betingelser under vilkahydroxylradikalbindning till uranoxidytor gynnas.