Decontaminatie van radioactieve materialen

Paul op den Brouw, NOST Tokyo

Origineel gepubliceerd op de site van Agentschap NL.

Samenvatting
In Japan worden momenteel de radioactieve adsorptiegegevens van verschillende natuurlijke en synthetische materialen in een publieke database bij het National Institute for Materials Science (NIMS) verzameld. Het doel is om bij het reinigen van de omgeving van de kerncentrale Fukushima Daiichi van radioactieve materialen de meest geschikte materialen in te zetten op de verschillende locaties. Elke locatie stelt vaak zijn eigen eisen aan een optimale decontaminatie, zoals bijvoorbeeld de hoogte van de radioactieve concentratie en de zuurgraad van de grond of het water. Eén bepaald materiaal blijkt niet onder alle omstandigheden het meeste ideale adsorptiemateriaal.

Details
Bij de ramp met de kerncentrale Fukushima Dai-ichi zijn grote hoeveelheden radioactieve deeltjes vrijgekomen. De meest voorkomende nucliden waren jodium, cesium en strontium. Deze deeltjes zijn terecht gekomen op rijstvelden en landbouwgronden, op bossen en boomgaarden, speelplaatsen, straten, gebouwen en woonhuizen, en in het water van rivieren en meren. Ook in het zeewater dat werd gebruikt om de reactoren te koelen is veel radioactief materiaal aanwezig. Dit water wordt tijdelijk opgeslagen in grote bassins bij de centrale en wordt nu continu gezuiverd met behulp van twee speciaal ontworpen waterzuiveringssystemen.

In Japan wordt daarom hard gewerkt aan de ontwikkeling en demonstratie van technologieën die de radioactieve substanties kunnen verwijderen en verzamelen zodat de omgeving weer schoon en vrij van deze verontreiniging wordt. Natuurlijke materialen met een bekende adsorptiefunctie trekken momenteel veel belangstelling. Zeolieten zijn de meer algemeen bekende materialen die geschikt kunnen zijn voor verwijdering van radioactieve verontreinigingen.

Toch  is het zo dat de chemische samenstelling en de kristalstructuur van dit soort materialen uiteindelijk bepalend zijn voor de mate waarin ze radioactieve deeltjes kunnen adsorberen. Ook is de effectiviteit van dit soort materialen afhankelijk van de concentratie, waarin de verontreiniging voorkomt en de condities zoals de zuurgraad van de omgeving. Per locatie moet dus zorgvuldig gekeken worden naar welke materiaal  ter plaatse de optimale adsorptie kansen biedt.

De afgelopen tijd verzamelde het National Institute for Materials Science (NIMS) van zestig kandidaat adsorptiematerialen met een gevarieerde chemische samenstelling uit achthonderd verschillende locaties in Japan fundamentele gegevens. De adsorptiematerialen werden getest in  waterige oplossingen van cesium- en strontiumchloride en jodium in verschillende concentraties. Als oplosmiddel werd gedeïoniseerd water gebruikt en de testen werden uitgevoerd bij 23 graden Celsius. De vloeibare en vaste fasen werden vervolgens van elkaar gescheiden en de resterende concentraties van cesium, strontium en jodium in de vloeistof werden gemeten.

Ondertussen is een enorme hoeveelheid aan gegevens in de NIMS Materials Database “MatNavi” opgenomen en sinds 13 december vorig jaar beschikbaar (1). Dr. Hiroshi Yamada, de leider van de onderzoeksgroep functionele geomaterialen (2), heeft zich vooral bezig gehouden met het ontwerp en de ontwikkeling van technologieën die toegepast kunnen worden in omgevingen met een zeer lage concentratie aan radioactieve deeltjes en toch een uitstekende adsorptie leveren. Bovendien heeft hij een manier gevonden om de gegevens op een effectieve manier in de database op te slaan. In tabel 1. is een lijstje van de verschillende onderzochte natuurlijke en synthetische materialen opgenomen (zie verder de database).

Tabel 1. Onderzochte radioactieve adsorptie eigenschappen van natuurlijke en synthetische materialen (bron: NIMS NOW no. 5 June 2012).

Bronnen

1. NIMS MatNavi database/READS: http://mits.nims.go.jp/.
2. Dr. Hirohiso Yamada, Group Leader of Functional Geomaterials Group, Environmental Remediation  Materials Unit, Environment and Energy Materials Division, National Institute for Materials Science (NIMS).