Tomasz Hueckel examina un modelo de evolución de agua capilar entre los granos del suelo durante la evaporación, que es un elemento crítico de los estudios de desecación de barreras de aislamiento. Crédito:Universidad de Duke
La Torre Inclinada de Pisa debe su peligroso ángulo al débil subsuelo sobre el que se construyeron sus cimientos, allá por el siglo XII. Su inclinación que empeoró gradualmente hasta que los ingenieros modernos lo detuvieron a fines de la década de 1990, es un buen ejemplo de cómo los cambios incrementales en la geomecánica pueden sumarse a grandes impactos a lo largo del tiempo.
Comprender la mecánica de los materiales de tierra, y sus interacciones con todo lo demás:fluidos, la atmósfera, minas recursos naturales como petróleo y gas, e incluso estructuras como puentes, casas y puntos de referencia como la torre de Pisa, es la especialidad del profesor de ingeniería civil y ambiental de Duke, Tomasz Hueckel.
Ahora, Hueckel y su colega miembro de la facultad de Duke CEE, Manolis Veveakis, ambos expertos en geomecánica multifísica, usará $ 800, 000 subvención del Departamento de Energía para determinar cómo los procesos físicos y químicos en las profundidades de la tierra podrían interferir o degradar las instalaciones de almacenamiento de desechos nucleares, y cómo los ingenieros podrían mitigar mejor esos efectos.
El almacenamiento de desechos nucleares plantea desafíos únicos, por decir lo menos. Una barra de combustible fuera de servicio sigue siendo altamente radiactiva ya que languidece durante diez años en un tanque de enfriamiento; incluso después de que se haya cumplido su condena en el tanque, registra una temperatura de alrededor de 215 grados Fahrenheit, y el tiempo que tardará en llegar a un punto en el que ya no sea peligrosamente radiactivo es de unos 10, 000 años de distancia.
En la actualidad, la mayoría de los desechos nucleares se almacenan temporalmente alrededor de la planta donde se produjeron, pero esos lugares son vulnerables, como lo ilustra el colapso de 2011 en Fukushima, Japón, tras un devastador tsunami que inundó el sitio de la planta nuclear con agua salada. Un lugar más seguro para almacenar desechos nucleares, según Hueckel, está entre un cuarto de milla y media milla por debajo de la superficie de la tierra.
Medición del desplazamiento interno de las paredes de un pozo para la futura colocación de un paquete de desechos nucleares. en un laboratorio subterráneo francés. Crédito:T. Hueckel
Por décadas, Los países con capacidad nuclear de todo el mundo han estado ocupados diseñando depósitos terrestres profundos para sus desechos. Cada diseño varía, pero muchas de las características propuestas son las mismas:un túnel vertical proporciona acceso a una serie de cámaras o galerías, cada uno revestido con gránulos o ladrillos de arcilla bentonita, u otra roca triturada o pulverizada; las grietas entre los ladrillos se rellenan con más arcilla, luego humedecido para sellar herméticamente toda la construcción. Los desechos en sí están encerrados en botes gruesos de titanio o acero inoxidable, y cada bote se inserta como un tapón en una sola cámara, donde sus múltiples barreras lo mantienen aislado de las interacciones humanas y ambientales en un futuro lejano.
Pero, dice Hueckel, el calor constante emitido por los desechos nucleares tiene un efecto perturbador en la roca circundante; después de solo unos pocos cientos de años, puede secarse y agrietarse, derrumbando la barrera protectora y permitiendo que los radionucleidos migren hacia nuestra ecosfera.
Otros procesos geoquímicos también podrían degradar los materiales de barrera, corroyendo los botes de metal o transformando las arcillas.
"Con la nueva subvención, estamos encargados de comprender cómo la temperatura y la presión contribuyen al secado y al agrietamiento en el depósito planificado, y qué tipo de remedios podemos proponer, "dijo Hueckel.
Un enfoque se inspira en los inventores antiguos, quienes mezclaron barro con pelo de animales para reforzar los pisos de sus establos. Hueckel planea probar la misma técnica, Reemplazo del pelo de animales con fibras modernas de tamaño nanométrico o micro.
También está buscando formas de organizar los elementos de las barreras de ingeniería de una manera que induzca grietas por cizallamiento en lugar de grietas por tracción más perjudiciales. "En muchos lugares donde ve grietas inclinadas en los materiales, como en un iceberg, las dos superficies se deslizan una al lado de la otra, pero no se abren, "Explica Hueckel." Podría reducir el potencial de migración de radionúclidos ".
