Energia

Scorie nucleari, arriva il super cemento di contenimento con acciaio rinforzato

I metalli incorporati nel calcestruzzo possono erodersi, arrugginirsi e indebolirsi fino a quando il calcestruzzo si spacca e la struttura che sostiene cade. Questa corrosione è una delle più grandi sfide di durabilità globale in tutte le infrastrutture in tutti i campi, secondo Juan Pablo “JP” Gevaudan, assistente professore di ingegneria architettonica e ricercatore principale di una sovvenzione triennale di 800.000 dollari dal programma universitario di energia nucleare del Dipartimento dell’Energia degli Stati Uniti (DOE) che esplorerà ulteriormente la scienza della degradazione elettrochimica della corrosione del calcestruzzo come si applica alle scorie nucleari ad alto livello (HLNW).

Definito dal DOE come qualsiasi materiale radioattivo che richiede un isolamento permanente, HLNW può derivare dalla lavorazione del combustibile nucleare e produrre radionuclidi, atomi radioattivi che sono intrinsecamente instabili e dannosi per la vita. Attualmente, HLNW è confezionato in cataste metalliche e incorporato nel calcestruzzo.

“Comprendere e prevenire la corrosione, specialmente nelle infrastrutture, è una delle nostre grandi sfide globali in termini di durata”, ha affermato Gevaudan. “La scienza del degrado del calcestruzzo si applica a molti campi dell’ingegneria e tutti vogliamo migliorare le nostre infrastrutture”.

“In questo progetto unico, il nostro obiettivo è quello di creare un nuovo materiale in grado di proteggere i contenitori metallici HLNW, che contengono i sottoprodotti di scarto delle reazioni che si verificano nei reattori nucleari”, ha detto Gevaudan. “Speriamo di sviluppare un nuovo materiale tampone a base di cemento in grado di immobilizzare i radionuclidi dannosi che, in una situazione critica, potrebbero fuoriuscire dai contenitori HLNW e impedire ai rifiuti di raggiungere l’ambiente e gli esseri umani – il che sarebbe una catastrofe”.

Per questo progetto, Gevaudan sfrutterà i recenti progressi del suo gruppo di ricerca, Responsive and Adaptive Infrastructure Materials (Re-AIM), utilizzando le interazioni chimiche organiche e inorganiche per sviluppare materiali concreti moderni e progettati con precisione. Il team prevede di trascorrere i primi 18 mesi del periodo di sovvenzione, che inizia a ottobre, sviluppando un calcestruzzo in grado di legare i rifiuti nocivi che fuoriescono dal contenitore metallico di un reattore. Durante i secondi 18 mesi, hanno in programma di migliorare il materiale tampone per aiutare a prevenire la corrosione del contenitore metallico.

Per aiutare a ottenere un materiale duraturo ed efficace, ha detto Gevaudan, il team sta acquistando un reattore automatizzato da Mettler Toledo, una società che produce strumenti di precisione per una vasta gamma di campi. Con il reattore, i ricercatori possono sintetizzare i moderni materiali cementizi con le proprietà desiderate in condizioni controllate con precisione con elevata ripetibilità. La macchina aiuta anche a tracciare le fasi formate nei nuovi cementi, il che consente ai ricercatori di saperne di più su specifiche configurazioni minerali che si evolvono man mano che viene creato il materiale cementizio.

“Saremo in grado di identificare rapidamente quale fase lega meglio i radionuclidi di interesse, il che ci aiuterà ad accelerare lo sviluppo del materiale”, ha detto Gevaudan. “Questa sovvenzione ci ha permesso di portare questa tecnologia avanzata alla ricerca sul cemento, che ha tradizionalmente utilizzato metodologie bloccate nel passato”.