【材料科学】核廃棄物貯蔵容器内の材料界面で進行する腐食
Nature Materials
Materials science: Increased nuclear waste storage corrosion at material interfaces
核廃棄物形態としてのガラス固化体とセラミックス固化体は、金属製キャニスターに接触すると腐食が加速されることを報告する論文が掲載される。この異種材料間の相互作用は、核廃棄物貯蔵パッケージの寿命に顕著な影響を及ぼす可能性がある。
深地層処分は、高レベル放射性廃棄物を管理するための解決策と考えられている。一部の放射性廃棄物は、ガラスまたはセラミックスで固化された後、周囲環境との相互作用を防ぐために金属製キャニスターに封入され、その後、地下深くの貯蔵所で貯蔵されることになる。長期間にわたって貯蔵を実施するうちに、いずれは貯蔵所の環境物質が廃棄物に浸透する。現在の安全・性能評価モデルでは、個々の材料群の腐食を別々に評価しているにすぎず、貯蔵システムで併用される異種材料間で起こり得る相互作用を無視している。
Gerald Frankelらは、圧力をかけてステンレス鋼とモデル核廃棄物固化材料（ホウケイ酸ガラスとチタン酸塩系セラミックス）を接触させ、模擬貯蔵条件下で腐食を調べた。その結果、ガラスとセラミックスのいずれの場合もステンレス鋼との接触部において腐食が促進されることがわかった。
そうした腐食促進効果が放射性核種の環境中への放出を激化させる可能性があるとFrankelらは示唆している。廃棄物処分の安全性を評価する際や、性能向上に向けて適合可能なバリア材料を選定する際、このことを熟慮すべきであるとFrankelらは結論付けている。
The corrosion of glass and ceramic nuclear waste forms is accelerated when in contact with metallic canisters, according to a study in Nature Materials. This interaction between dissimilar materials could significantly affect the service life of nuclear waste storage packages.
Deep geological disposal is considered a solution for the management of high-level nuclear wastes. Some radioactive wastes will be immobilized in glass or ceramics and then enclosed in metallic canisters to prevent interaction with the environment, and then stored in a repository deep underground. However, over the long period of performance, the repository environment will eventually penetrate to the waste. The current safety and performance evaluation models only assess the corrosion of individual material groups independently, neglecting the potential interactions between different materials that are used together for a repository system.
Gerald Frankel and colleagues pressed stainless steel against model nuclear waste immobilization materials (a borosilicate glass and titanate-based ceramics) and studied the corrosion under simulated repository conditions. The authors found that the corrosion of both glass and ceramics are enhanced at the contact area with stainless steel.
The authors suggest that such an accelerating effect on corrosion may exacerbate the release of radionuclide into the environment. They conclude that this should be considered carefully in assessing the safety of waste disposal and the selection of compatible barrier materials for improving the performance.
doi: 10.1038/s41563-019-0579-x
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