Avaliação térmica da vitrificação de um rejeito saturado com Cs

Resumo

A geração de energia nuclear continua tem aumentado em todo o mundo ao longo dos anos, ajudando a evitar a emissão de bilhões de toneladas de dióxido de carbono (CO₂), quando comparada com a geração de energia à carvão, sendo um método confiável para o fornecimento de energia verde. No entanto, como subproduto dos reatores nucleares, bem como das fábricas de processamento de combustível, hospitais e institutos de pesquisa, são gerados rejeitos radioativos. Esses rejeitos representam alto risco à saúde humana e ao meio ambiente, devido à penetração da radioatividade nos tecidos causando danos ao DNA. Portanto, necessitam ser gerenciados adequadamente antes do descarte a longo prazo em repositórios geológicos. Entre os muitos radionuclídeos encontrados nos rejeitos de alta atividade, o ¹³⁷Cs é de particular preocupação, devido à sua elevada mobilidade através de sistemas hídricos, requerendo métodos especiais para a sua captura e imobilização em matrizes estáveis. Neste estudo, a imobilização de radionuclídeos ¹³⁷Cs em vidro borossilicato dopado com nióbio (Nb) foi avaliada termicamente através de um processo de vitrificação, utilizando uma zeólita sintética do tipo A saturada com ¹³³Cs (estável) como rejeito radioativo simulado. A incorporação de 40,0% em massa deste material na composição do vidro resultou em um rejeito vitrificado com boa homogeneidade de fusão e estabilidade térmica. Diversas alterações decorrentes da incorporação foram detectadas na análise térmica (DTA), com eventos como a transição vítrea, a cristalização inicial, a cristalização completa e a subsequente fusão todos deslocando para temperaturas mais altas. As alterações composicionais devido à vitrificação projetou o sistema para novas localizações nos diagramas ternários de equilíbrio de fases dos subsistemas, em diferentes triângulos de compatibilidade e próximos a temperaturas “liquidus” mais altas do que as observadas para a matriz de vidro bruto. Através da cristalização induzida por tratamento térmico, foram obtidas fases cristalinas, de acordo com a indicação nos diagramas de fases. Átomos de Cs previamente imobilizados na estrutura de rede do vidro tornaram-se componentes de cristais de polucita (CsAlSi₂O₆) durante o aquecimento até 800 ºC. Estes resultados são promissores para o uso desta composição de vidro para imobilizar rejeitos contendo ¹³⁷Cs, uma vez que os átomos de Cs apresentaram excelente interação com este sistema tanto na fase vítrea quanto na fase cristalina.