Modelling long-term redox processes and oxygen scavenging in fractured crystalline rocks

Under de senaste decennierna har i många länder, inkluderat Sverige, långt gångna planer utvecklats för ett djupförvar av högaktivt kärnavfall. Som en del i det svenska förvarskonceptet skall avfallet inneslutas i kopparkapslar som omslutes av återfyllnadsmaterial med mycket låg genomsläpplighet av vatten. Dessutom skall kapslarna förläggas på ca 500 meters djup i granitberggrunden, vilken fungerar som en naturlig barriär för transport av radionuklider till markytan. Dessa naturliga och konstruerade barriärer väljs och utformas så att förvarets funktion kan säkras under hundra tusentals år. En viktig fråga för säkerhetsanalysen för ett sådant förvar är utvecklingen av redoxförhållandena över långa tider. Korrosionen av kopparkapslarna går fortare under oxiderande förhållanden och rörligheten hos frisläppta radionuklider ökar. I den första delen av avhandlingen studerades förmågan hos berget att upprätthålla reducerande förhållanden på förvarsdjupet över långa tider. En modellstruktur har utvecklats med målet att ta hänsyn till alla processer som bedömts viktiga för utarmning av inträngande syre från markytan över långa tider. Förenklingar introducerades så att transparenta analytiska lösningar kunde erhållas som förenklar utvärdering av resultat och tillåter identifiering av osäkra parametrar. Komplexa system löstes numeriskt för fall då analytiska lösningar ej kunde erhållas, samt för att validera förenklingar som ligger till grund för de analytiska lösningarna. Resultat redovisades för rådande förhållanden samt för förhållanden som bedömdes rimliga under smältfasen av en glaciationsperiod. Det visade sig att de hydrauliska egenskaperna har stor påverkan på inträngningsdjupet av syre längs flödesvägar i berget. Kvoten mellan den flödesvätta ytan och flödet visade sig vara en viktig parameter som bestämmer omfattningen av interaktionen mellan löst syre i grundvattnet och reducerande mineral i berget. Resultaten visar att för korta tider, beroende på mängd reducerande mineral och reaktionshastighet, kan kemisk reaktionskinetik bestämma förbrukningshastigheten av syre. För längre tider begränsas förbrukningen av intern diffusion i stora partiklar och bergmatrisen. Det visade sig att hänsyn måste tas till många osäkerheter för att kunna göra tillförlitliga kvantitativa uppskattningar av omfattningen av syreinträngningen. I den andra delen av avhandlingen undersöktes konsekvenserna av inträngande syre på korrosion av kopparkapslarna. En mekanism föreslogs ocks