Production and optimization of an UO2 electrode by electrodeposition to perform corrosion studies in hyper-alkaline conditions with calcium and silicium electrolytes

Abstract

The nuclear waste generated due to the production of electricity is confined into isolated repositories. Because of the use of cement in the isolation barriers and also its use as sealing material, it is important to study the effect of cementitious waters in contact with the spent fuel, since these materials might play an important role as physical and chemical barriers to the release of radionuclides into the far field. A review of the UO2 electrodeposition process was done to modify commercial electrodes (Dropsens), subsequently to perform electrochemical experiments and therefore understand the behavior of fuel matrix in hyper-alkaline conditions, with Ca and Si dissolutions. Two deposition times were used, 15-min and 60-min; the most reproducible results were shown by the 60-min electrodeposited electrode and this was used for the rest of the experiments. Following this, cyclic-voltammograms were recorded using three types of electrolytes: Na+Cl- 0,1 M; Na+Cl- 0,1 M, SiO3 -2 0,001M; Na+Cl- 0,1 M, SiO3 -2 0,001M and Ca2+ 0,0001 M, all with pH=12. Potentiostatic and corrosion potential experiments were performed to determine the effect of the Ca and Si ions in the oxidation process. The CVS showed six defined regions where oxidation and reduction process occurred; the potentiostatics results revealed the highest current density was obtained for SiO3 -2 and Ca2+, SiO3 -2 , and the lowest current density was obtained for Na+Cl- . The corrosion potential value obtained for Na+Cl- was 42 mV, 40 mV for SiO3 -2 and -2 mV for SiO3 -2 , Ca2+. These results exhibit that both ions reinforce the formation of protective corrosion products on the surface electrode, working as inhibitors and/or blocking the fuel corrosion process.

Los residuos radioactivos generados debido a la producción de electricidad están confinados en repositorios aislados. Puesto que el cemento es usado en las barreras de aislamiento, así como material de sellado, es importante estudiar el efecto de las aguas cementosas en contacto con el combustible usado ya que estos materiales pueden jugar un rol importante como barreras químicas y física para la liberación de radionuclideo en el entorno. Se realizó una revisión del proceso de electrodeposición del UO2 para modificar electrodos comerciales (Dropsens). Ello permitió realizar experimentos electroquímicos y así como comprender el comportamiento de la matriz de combustible en condiciones hiper alcalinas con disoluciones de Ca y Si. Se usaron dos tiempos de deposición: 15-min y 60-min; los resultados más reproducibles fueron obtenidos por el electrodo electrodepositado en 60-min así que este fue usado para realizar el resto de los experimentos. Se registraron ciclo-voltamogramas usando tres tipos de electrolitos: Na+Cl- 0,1 M; Na+Cl- 0,1 M, SiO3-2 0,001M; Na+Cl- 0,1 M, SiO3-2 0,001M y Ca2+ 0,0001 M, todos ellos a pH=12. Se realizaron experimentos potencioestáticos y de potencial de corrosión para determinar el efecto de los iónes Ca y Si en el proceso de oxidación. Los CVS mostraron seis regiones definidas donde ocurrieron los procesos de oxidación y reducción, los resultados potencioestáticos revelaron que la densidad de corriente más alta fue obtenida para el SiO3 -2 y Ca2+, SiO3 -2 , y la densidad de corriente más baja fue obtenidapara el Na+Cl. El valor del potencial de corrosión obtenido para Na+Clfue de 42mV, 40 mV para el SiO3 -2 y -2 mV para el SiO3 -2 y Ca2+. Estos resultados demuestran que ambos iones refuerzan la formación de productos de corrosión protectores en la superficie del electrodo, actuando como inhibidores y/o bloqueando el proceso de corrosión del combustible.