Un estudio evalúa el papel de la arcilla en el almacenamiento de residuos radiactivos
Investigadores del Centro de Investigaciones Energéticas, Medioambientales y Tecnológicas y de otras instituciones españolas han estudiado el comportamiento de cuatro radionucleidos al atravesar bentonita FEBEX compactada, una arcilla procedente del yacimiento del Cortijo de Archidona, en Almería, utilizada como material de referencia en España para investigar barreras de ingeniería destinadas a almacenamientos geológicos profundos de residuos radiactivos. Los resultados muestran que la densidad de compactación y la temperatura son factores determinantes en el transporte por difusión de estas sustancias.
Ensayos con cuatro trazadores
El trabajo, publicado en Applied Geochemistry, analiza la difusión de agua tritiada (HTO), cloro-36, azufre-35 y selenio-75 a través de muestras de bentonita compactadas a dos densidades secas, 1,40 y 1,65 g/cm³, y sometidas a temperaturas comprendidas entre 25 y 80 °C. Los investigadores determinaron los coeficientes de difusión aparente de cada trazador para evaluar cómo influyen las condiciones de la barrera en el transporte de sustancias.
La bentonita FEBEX procede del depósito del Cortijo de Archidona, en Almería, y está constituida principalmente por esmectita. Sus características de baja permeabilidad y elevada capacidad de retención hacen que este tipo de arcilla sea estudiado como parte de los sistemas de barreras de ingeniería de los almacenamientos geológicos profundos.
Mayor compactación, menor difusión
Uno de los resultados principales del estudio es que el incremento de la densidad seca de la bentonita reduce los coeficientes de difusión aparente. Al pasar de 1,40 a 1,65 g/cm³ disminuye la porosidad accesible del material y, con ella, la movilidad de los trazadores.
En las condiciones analizadas, la porosidad física pasó aproximadamente del 48,1 % al 38,9 % al aumentar la compactación. Esta reducción del espacio disponible para el transporte contribuye a limitar la difusión a través de la barrera.
El comportamiento observado siguió el mismo orden para los cuatro trazadores: el agua tritiada presentó la mayor movilidad, seguida del cloro, el sulfato y, finalmente, el selenito. Este último mostró los valores de difusión más bajos de los compuestos estudiados.
Los investigadores relacionan este comportamiento con la exclusión de aniones y con las interacciones entre el selenito y las superficies de la arcilla. En particular, la difusión del selenito fue aproximadamente 20 veces inferior a la del sulfato a 25 °C y unas 10 veces inferior a 80 °C, lo que apunta a mecanismos adicionales a la simple exclusión aniónica.
La temperatura aumenta la movilidad
El estudio también confirma que el aumento de temperatura favorece el transporte por difusión. Los experimentos se realizaron a 25, 40, 60 y 80 °C, y los coeficientes de difusión aumentaron sistemáticamente con la temperatura siguiendo un comportamiento descrito mediante la ley de Arrhenius.
Este resultado es relevante para la evaluación del comportamiento de las barreras de ingeniería porque los residuos radiactivos de alta actividad generan calor después de su almacenamiento. Por ello, las condiciones térmicas pueden modificar temporalmente la movilidad de los radionucleidos durante las primeras etapas del almacenamiento.
Los autores señalan que este incremento de la difusión debe considerarse en los modelos de evaluación de seguridad, aunque el efecto térmico se espera que sea temporal, a medida que el sistema evolucione hacia condiciones de menor temperatura.
Datos para evaluar el comportamiento a largo plazo
La obtención de coeficientes de difusión en diferentes condiciones de densidad y temperatura aporta información para mejorar los modelos utilizados en la evaluación del comportamiento a largo plazo de las barreras de bentonita.
El estudio destaca que el transporte por difusión constituye uno de los mecanismos principales de movilidad de solutos y radionucleidos en la bentonita compactada debido a su baja permeabilidad. Por ello, disponer de datos experimentales bajo diferentes condiciones térmicas resulta relevante para evaluar el comportamiento de los sistemas de barreras sometidos a gradientes de temperatura.
Los resultados muestran que la densidad de compactación, la temperatura, la exclusión de aniones y los procesos de sorción interactúan para controlar el transporte de las sustancias estudiadas. En particular, la investigación aporta nuevos datos experimentales sobre especies aniónicas como el sulfato y el selenito, para las que la información disponible sobre su difusión en bentonita compactada es todavía limitada.
