Diretrizes para o dimensionamento de repositórios de rejeito radioativo escavados em rocha

Abstract

O programa nuclear brasileiro inclui centrais nucleares abastecidas por urânio enriquecido, o qual requer solução definitiva para descarte. Uma opção viável de repositório subterrâneo para combustível nuclear usado são os repositórios geológicos profundos. Este trabalho tem por objetivo estabelecer diretrizes para o dimensionamento de repositórios de rejeitos radioativos escavados em rocha, em particular para o caso brasileiro, por meio de simulação do desempenho termo-hidro-mecânico de um maciço rochoso sujeito à ação de calor radiogênico advindo de combustível nuclear usado em um repositório geológico profundo, utilizando um conceito barreiras múltiplas. As temperaturas registradas foram maiores que aquelas obtidas de analises estritamente térmicas, com temperatura máxima de 131.79 ° C e variações de tensão superiores a 55 MPa entre contêineres. A camada isolante de bentonita reduziu efetivamente a temperatura e tensões entre os contêineres e o maciço rochoso. O comportamento das fases líquida e gasosa, assim como temperaturas máximas em pontos distintos do repositório se mostraram mais complexos que aqueles obtidos de análises estritamente térmicas, e a separação entre contêineres de 10 m, inicialmente prescrita para mitigação da migração de radionuclídeos, se mostrou efetiva, também, para a estabilidade do repositório em longo-prazo. A modelagem por elementos finitos mostrou que a viabilidade de um conceito de repositório é função, não apenas da geometria de escavação e do estado inicial de tensões no maciço rochoso, mas também dos limites do repositório. Um índice de viabilidade para os conceitos de repositório é proposto para o caso geral com um fator operacional arbitrário baseado na complexidade de cada tipo de escavação e distribuição de contêineres por metro linear de túnel.

The Brazilian nuclear program includes nuclear power plants fueled by enriched uranium that require a final disposal solution. A viable option for the underground disposal of spent nuclear fuel is a deep geological repository. This study aims to establish guidelines for the design of rock-excavated radioactive waste repositories, for the specific case of Brazil, through simulation the thermo-hydro-mechanical performance of rock media subjected to the radiogenic heat loads from spent nuclear fuel in a deep geological repository using a multibarrier concept. Temperatures showed to be higher than those calculated from strict thermal analysis, with maximum temperatures as high as 131.79 °C and vertical stress variations greater than 55 MPa between fuel containers. The bentonite isolation buffer effectively reduced the temperature and stress between the containers and rock media. The behavior of gas and liquid phases, as well as maximum temperatures at key points along the repository, showed to be more complex than observed in strict thermal analysis, and the prescribed 10 m separation between canisters, originally aimed to mitigate radionuclide migration, showed to be as effective for long-term stability of the repository. Numerical finite element method modelling showed that the viability of a design concept is not only a function of the excavation geometry and the rock mass undisturbed state of stress but also of the footprint of the repository. A viability index is proposed for a general case with an arbitrary operational factor based on the excavation complexity and distribution of canisters per linear meter of tunnel.