Плутоний Фундаментальные проблемы Том 2 - Надыкто Б.А.
Скачать (прямая ссылка):
Карбонаты, концентрация которых в горе Юкка находится в пределах миллимолей, будут оказывать значительное влияние на перенос нептуния. В обычных грунтовых водах NpO2+ и моно-карбонатный комплекс NpO2CO3- являются преобладающими химическими формами нептуния в растворе. При уменьшении концентрации карбоната NpO2+ и в меньшей степени первый продукт его гидролиза, NpO2OH(BOfl), будут преобладающей формой нептуния в растворе. Изменения состава форм и их зарядов приведут к изменению сорбции нептуния, что, в свою очередь, из-
476
Los Alamos Science Number 26 2000
Гора Юкка
Таблица I. Химия грунтовых вод горы Юкка
Концентрации основных растворенных химических форм в воде из двух скважин в зоне насыщения и в поровой воде из зоны аэрации. В расчетах мы использовали воду двух видов из зоны насыщения, чтобы получить представление о химических свойствах воды в потенциальном хранилище
п , . х Поровая вода
Вода из скважин в зоне насыщения (мг/л) г " , .
v/b зоне аэрации (мг/л)
Формы
Натрий 45
Бикарбонат 143
Кальций 12
Калий 5
Магний 2
Сульфат 18
Нитрат 10
Хлорид 6
Флюорит 2
Кремний 30
pH 6,9
Eh (мВ)а 340
а Окислительно-восстановительный потенциал. ь Может быть меньше (локально).
менит свойства его переноса. Изменения формообразования можно предполагать в различных грунтовых водах в зависимости от особенностей места и при переходе от грунтовых вод в зоне аэрации к водам в зоне насыщения.
При различных физико-химических условиях нептуний может либо накапливаться и образовывать осадок из перенасыщенного раствора, либо переноситься грунтовыми водами как растворенные формы или макрочастицы. Co временем первоначально образовавшиеся осадки могут трансформироваться в более термодинамически устойчивые и поэтому менее растворимые твердые фазы. Несмотря на роль карбоната в образовании молекулярных форм нептуния в растворе твердые карбонаты Np(V) с общей формулой MNpO2CO3 • пН20, где M - любой щелочной элемент, вероятно, не будут устойчивыми из-за низких концентраций катионов щелочных металлов в грунтовых водах горы Юкка. Таким образом, растворимость нептуния в грунтовых водах горы определяют твердые оксиды и/или гидроксиды Np(V). При окислительно-восстановительных потенциалах ниже 300 мВ оксид/гидроксид Np(IV) является твердой фазой нептуния, определяющей его растворимость, при этом в растворе преобладает Np(V).
При расчете переноса и доз излучения установлен предельный уровень
171 26-70
698 20-400
89 27-127
13 5-16
32 5-21
129 39-174
<0,1 0-40
37 34-106
4 -
ЗО 72-100
6,7 6,5-7,5
360 400—600b
растворимости нептуния, равный IO-4 молей, при этом минимальное и максимальное значения составляют IO-6 и 10_3 молей соответственно. Для сравнения: предельная растворимость плутония - 10-8-10-7 молей, т. е. на три порядка величины ниже, чем у нептуния. Более низкий уровень растворимости плутония объясняется наличием Pu(IV) в твердом состоянии. Необходимо искать пути снижения растворимости нептуния в качестве дополнительного барьера переносу нептуния в горе Юкка.
Сорбция. Как только грунтовые воды начинают растворять радионуклиды и переносить их из хранилища, сорбция радионуклидов на поверхностях минералов становится основным геохимическим механизмом ограничения их миграции. Как описано ранее, гора Юкка состоит из слоев вулканических туфов и лавы общей толщиной более
1,5 км (см. рис. 3).
Чтобы определить минеральный состав этих слоев, мы проанализировали тысячи образцов из скважин, которые пронизывают гору и окружающую территорию. Анализ показывает, что туфы можно классифицировать как стекловатые (пепловые), расстеклованные и цеолитовые туфы. Стекловатые туфы состоят в основном из осколков вулканического стекла. Расстеклованный туф, присутствующий в более чем по-
ловине слоев, состоит из стекловидных фрагментов, которые кристаллизовались в полевые пшаты и кварцы, образуя плотно сваренные стратиграфические блоки. Цеолитовый туф состоит в основном из вулканического стекла, которое превратилось в цеолит.
Чтобы охарактеризовать процессы переноса радионуклидов в этих слоях, мы измерили сорбцию радионуклидов в туфах и, для сравнения, в чистых минералах с хорошо известными свойствами. Образцы минералов и раздробленных туфов приводились в равновесие с грунтовой водой, обычной для горы Юкка, до попадания в нее радионуклидов. На основании результатов измерений содержания радионуклидов, оставшихся в растворе (С), и сорбированных на субстрате (F), вычислялся коэффициент сорбции, = FIC.
Величина Kd (мл/г) представляет собой отношение количества молей радионуклидов на 1 г материала в твердой фазе к количеству молей радионуклидов на 1 мл раствора. Большой K^ указывает на высокую степень сорбции радионуклидов в минерале или туфе.
В табл. II представлены значения коэффициентов сорбции нептуния и плутония в образцах стекловатого, рас-стеклованного и цеолитового туфов и нескольких минералов. Как предполагалось, самые высокие коэффициенты сорбции нептуния получены для цеолитового и глинистого стекловатого туфов. Такой же характер сорбции предполагается для ионов нептуния и плутония в том же состоянии окисления. Тот факт, что плутоний характеризуется значительно большей степенью удержания посредством сорбции, чем нептуний, вероятнее всего, отражает наличие нуклидов в различных состояниях окисления: Np(V) и Pu(IV). Низкий коэффициент сорбции нептуния объясняется малой величиной отношения заряда к радиусу, большим размером и слабой тенденцией к реакциям комплексообразования у иона нептунила (Np02+). Благодаря стерическим (пространственным) эффектам, механизмом сорбции нептуния в цеолите может быть реакция на поверхности, а не катионный обмен в ячеистой структуре цеолита.
