Новое исследование показало, что результаты моделирования взаимодействий радиоактивных отходов под землей, полученные с помощью передового программного обеспечения для высокопроизводительных вычислений, точно совпадают с экспериментальными данными из исследовательского центра в Швейцарии. Этот прорыв значительно повышает уверенность в долгосрочной безопасности геологического захоронения отходов.
Над исследованием работала международная команда ученых: аспирант Массачусетского технологического института Даурен Сарсенбаев и доцент Харуко Уэйнрайт, а также Кристоф Турнасса и Карл Стифел из Национальной лаборатории имени Лоуренса в Беркли (LBNL) и Орлеанского университета во Франции.
Турнасса и Стифел разработали уникальное программное обеспечение CrunchODiTi для улучшения моделирования взаимодействий между радиоактивными отходами и инженерными барьерами, а также природными материалами. Это единственная в мире программа, способная учитывать электростатические эффекты, связанные с отрицательно заряженными глинистыми минералами, используемыми в барьерах хранилищ, и моделировать эти процессы в трехмерном пространстве. ПО было создано на базе известной программы CrunchFlow и предназначено для параллельной работы на множестве суперкомпьютеров.
Исследование опирается на данные, полученные в рамках международного проекта Mont Terri недалеко от города Санкт–Урзан в Швейцарии. Этот проект посвящен гидрогеологической, геохимической и геотехнической характеристике формации опалиновой глины. Скальная лаборатория, основанная в 1996 году, расположена на глубине около 300 метров под землей.
«Эта площадка считается одной из самых ценных в мире для реальных экспериментов, поскольку она предоставляет нам данные за десятилетия о взаимодействии цемента и глины – ключевых материалов, которые предлагается использовать в большинстве стран мира для инженерных барьерных систем и геологических хранилищ ядерных отходов», – отметил Сарсенбаев.
В ходе недавнего эксперимента в скважину, расположенную в центре цементного блока, была добавлена смесь положительно и отрицательно заряженных ионов. Ученые сосредоточились на зоне толщиной всего в один сантиметр на границе между цементом и глиной, которую они назвали «кожей». Сравнив экспериментальные данные с результатами компьютерного моделирования, они обнаружили практически полное совпадение.
Результаты подтвердили, что модель успешно учла электростатические эффекты, связанные с богатой глиной формацией, и динамику взаимодействия материалов в лаборатории Mont Terri с течением времени. Теперь эта новая модель может заменить устаревшие аналоги, которые ранее использовались для оценки безопасности и производительности пунктов глубинного захоронения радиоактивных отходов (ПГЗРО).
«Эти мощные новые вычислительные инструменты в сочетании с реальными экспериментами, подобными тем, что проводятся на исследовательской площадке Mont Terri в Швейцарии, помогают нам понять, как радионуклиды будут мигрировать в сложных подземных системах», – пояснил Сарсенбаев. Харуко Уэйнрайт добавила: «Такие исследования, объединяющие вычисления и эксперименты, важны для повышения нашей уверенности в оценках безопасности захоронения отходов. Поскольку атомная энергетика вновь становится ключевым инструментом для борьбы с изменением климата и обеспечения энергетической безопасности, крайне важно подтвердить надежность путей утилизации».
Авторы исследования надеются, что их работа «укрепит доверие политиков и общественности к долгосрочной безопасности подземного захоронения ядерных отходов».
Пункт глубинного захоронения радиоактивных отходов (ПГЗРО) представляет собой сеть высокотехнологичных подземных хранилищ и туннелей, построенных для постоянной изоляции высокоактивных радиоактивных отходов таким образом, чтобы вредные уровни радиации никогда не достигали поверхности. Такие страны, как Финляндия, Швеция, Франция, Канада, Великобритания и США, активно развивают проекты по созданию подобных объектов.
