Undersökning av mekanismen bakom strålningsinducerad korrosion av koppar

• Main Author: Petersson, Fredrik
• Format: Others
• Language: Swedish
• Published: KTH, Skolan för kemi, bioteknologi och hälsa (CBH) 2021
• Subjects: koppar; korrosion; väteperoxid; KBS-3; strålningsinducerad; radikalinfångare; Chemical Engineering; Kemiteknik
• Online Access: http://urn.kb.se/resolve?urn=urn:nbn:se:kth:diva-299645

KBS-3 är den svenska modellen för hantering och förvaring av utbränt kärnbränsle. Tanken är att det utbrända bränslet kommer att förvaras i kopparkapslar 500 meter ner i berggrunden i minst 100 000 år. Valet av koppar beror på att koppar har ett högt motstånd mot korrosion. I framtiden kommer grundvattnet att stå i direkt kontakt med kopparkapseln med det starkt radioaktiva bränslet och en process kallad radiolys av vatten kommer att ske. Delar av gammastrålningen från det utbrända kärnbränslet kommer att gå rakt igenom kapseln och sönderdela vattnet och bilda bland annat väteperoxid. Väteperoxiden kommer i sin tur att sönderfalla på kopparytan och bilda syrgas. Syrgasen föreslogs nyligen vara den aktiva oxidanten för bildandet av kopparoxid. Processen har undersökts genom användandet av en radikalinfångare för att förhindra bildandet av syre och därmed även korrosionen av koppar.  Kopparbitar har exponerats i väteperoxid under en veckas tid och metanol har använts som radikalinfångare. Tjockleken på oxidskiktet bestämdes genom katodisk reduktion där kopparoxiden reducerades tillbaka till metallisk koppar. Det syntes tydligt att väteperoxid inducerar korrosion av koppar. Från användning av radikalinfångare syntes en liten trend där tjockleken på oxidskiktet ökade något under koncentrationer av 200 mM metanol och minskade vid högre koncentrationer. Försök gjordes endast upp till koncentrationer på 500mM, försök vid ännu högre koncentrationer behövs för att säkerställa att oxidskiktet fortsätter att minska.  === KBS-3 is the Swedish model for processing and storage of spent nuclear fuel. The idea is that the spent fuel will be store in copper canisters 500 meters down in the bedrock for at least 100,000 years. The choice of copper is due to the fact that copper has a high resistance to corrosion. In the future the ground water will be in direct contact with the copper canister that contains the highly radioactive fuel and a process called radiolysis of water will occur. Part of the gamma radiation from the spent fuel will go straight trough the cannister, decomposing the water and forming hydrogen peroxide for example. The hydrogen peroxide is going to decompose on the copper surface and form oxygen. The oxygen was recently suggested to be the active oxidant for the formation of copper oxide. The process has been investigated using a radical scavenger to prevent the formation of oxygen and thus also the corrosion of copper.  Copper pieces have been exposed in hydrogen peroxide for a week and methanol has been used as a radical scavenger. The thickness of the oxide layer was determined by cathodic reduction where the copper oxide was reduced back to metallic copper. It was clear that hydrogen peroxide induces corrosion on copper. From the use of radical scavenger, a small trend was observed in which the thickness of the oxide layer increased slightly under concentrations of 200 mM methanol and decreased at higher concentrations. Experiments were only performed up to concentrations of 500 mM, experiments with higher concentrations are needed to ensure that the oxide layer continues to decrease.