Estudio de la evolución del óxido de uranio (IV) en condiciones relevantes para el almacenamiento geológico profundo (AGP) mediante espectroscopia fotoelectrónica de rayos X (XPS)

Abstract

La generación de productos radiolíticos del agua, debido a la radiación α emitida por el combustible nuclear gastado (CNG), es un fenómeno clave que produce agentes oxidantes y reductores cerca del CNG. En el presente trabajo se estudia la evolución de la superficie de una muestra de óxido de uranio (IV) (UO2) en contacto con dos de estos agentes generados: el hidrógeno (H2) y el peróxido de hidrógeno (H2O2). Se ha confeccionado una pastilla de dicho compuesto de 0,010 m de diámetro y 0,001 m de grosor y se ha introducido en un dispositivo de espectroscopia fotoelectrónica de rayos X (XPS). Este dispone de una cámara de presión donde se ha expuesto la muestra a los diferentes tratamientos con los reactivos mencionados anteriormente y otros de referencia como son el oxígeno (O2) y el argón (Ar). Se han realizado un total de 12 tratamientos, de los cuales 6 han sido tratamientos de reducción con H2 y los 6 restantes han sido tratamientos de oxidación. De estos 6, sólo uno se ha realizado con O2 y los otros 5 se han realizado con H2O2. Para todos los tratamientos mencionados se ha recogido el espectro de XPS correspondiente. Los espectros obtenidos se analizan mediante la deconvolución del pico característico de uranio U 4f7/2 en dos picos. Cada uno de ellos corresponde al U (IV) y al U (VI). Las disoluciones de H2O2 se han analizado mediante la técnica de análisis de quimioluminiscencia (QL). Para el análisis se ha tenido que realizar la recta de calibrado del dispositivo y analizar todas las muestras en un mismo día. Los resultados obtenidos han sido representados gráficamente de forma que se puede observar la evolución de la superficie de UO2. Se ha podido observar que el proceso de oxidación del uranio (IV) a uranio (VI) es más favorable y, por tanto, será mucho más probable la presencia de U (VI) en la superficie del combustible nuclear. Este resultado es muy importante debido a que las fases de U (VI) son más solubles en agua que las fases de U (IV). En consecuencia, la oxidación de la matriz del combustible provocaría una mayor liberación de U y otros radionucleidos a las aguas subterráneas.