瑞士联邦材料科学与技术实验室 蒙特特里国际岩石实验室的探测隧道
自1996年以来，这里已经研究了可能在放射性废物储存中起作用的岩层
信用:BGR 当芭芭拉·洛森巴赫推进她的研究项目时，她知道她不会活着看到最终结果:她所做的工作应该持续10万到100万年
Empa“混凝土和沥青”实验室的研究人员正在研究适用于处理放射性废物的水泥基材料
根据《核能法》，瑞士的深层地质处置库将在未来接收低、中和高水平的核废料
为此，必须有稳定的岩石层来封闭废物容器
然而，因为材料科学家知道，没有什么材料是不可改变的，所以必须选择地质上尽可能稳定和致密的岩层——历经数千年
例如，已有1.8亿年历史的奥帕莱纳斯粘土(Opalinus Clay)在瑞士奥尔登和沙夫豪森之间延伸600米深，已被证明是一种合适的寄主岩石
因为它具有低的水传导性，所以它具有优异的绝缘性能
岩石坚实地密封在山中 但是当时间的侵蚀导致变化时，奥帕莱纳斯粘土的晶体结构和粘土矿物是如何与水泥基安全屏障反应的呢？国家放射性废物处置合作组织(纳格拉)需要有关这一问题的数据，以便最终的核废料储存库能够在环境保护和安全方面像岩石一样嵌入地球
芭芭拉·洛森巴赫和她的团队通过在现实条件下在圣特里山岩石实验室进行实验来进行所需的分析
乌尔桑尼，它是在奥帕莱纳斯粘土层中建造的
与国际合作伙伴和瑞士的研究团体(如伯尔尼大学和保罗·舍勒研究所)一起，模拟了水泥基材料和周围的奥帕莱纳斯粘土的反应
研究人员正在研究和模拟非常不同的材料系统之间的边界层的长期发展，实验方法在20到70摄氏度之间的不同温度下持续数年
Empa的研究人员与国际合作伙伴和瑞士的研究团体一起，正在研究水泥基材料和周围的Opalinus粘土的反应
作者:皮埃尔·蒙塔冯 一个老相识的归来 这里特别重要的是水泥的强碱性酸碱度，在传统的波特兰水泥中可高达13
5或更高
为了确保碱性环境不会侵蚀周围地区的粘土矿物，一种新的发展，即所谓的“低碱”水泥，似乎是耐用的水泥基防护屏障的良好候选物
酸碱度为12
2或更低，其碱浓度低十倍以上
因此，洛森巴赫和她的团队使用热力学模型和x光衍射分析比较了不同酸碱度的水泥类型
这是第一次获得长期的结果，使水泥的类型和他们在山区的演变得以表征
原来低碱水泥对粘土矿物确实更温和
然而，当使用传统的波特兰水泥时，随着时间的推移会形成化合物，从而在安全屏障中产生类似的有利条件
洛森巴赫说:“因此，更便宜、更成熟的波特兰水泥再次成为人们关注的焦点。”
复杂的放射性 此外，如果水泥基材料是为了防止放射性物质泄漏到环境中，在任何情况下，核废料和水泥之间的反应都不得损害储存设施的安全屏障
因此，Empa研究人员在吸附研究中研究了放射性废物中存在的放射性同位素，如元素硒的同位素
结果表明，水泥大量吸收硒化合物
“一个由混凝土制成的保护屏障延缓了放射性向生物圈的释放，因为水泥矿物结合了放射性物质，从而阻止了它们的扩散，”洛森巴赫总结道
然而，研究者指出，并不是所有发生在相互接触的材料的复杂相互作用中的过程都可以如此容易地被评估
她希望新的低碱水泥的开发将为安全屏障的耐久性提供优势
然而，研究人员发现了其他性质的缺点:结合热力学模型和实验数据，洛森巴赫的团队可以看到这种类型的水泥对放射性碘化物等物质的结合不太好
危险腐蚀 绝缘层是理想的，它尽可能防水但不气密
在一个很深的地质仓库里，气体可以产生，例如，通过腐蚀封闭的钢制容器，从而形成氢氧化铁并释放出氢气
这种气体随着时间的推移会产生少量，必须能够逸出，以防止产生过大的压力
为了追踪铁在水泥材料边界腐蚀的长期反应，研究人员使用化学分析和光谱学进行了研究
初步结果表明，高酸碱度硅酸盐水泥比低碱水泥更有效
现在计划进行更多的实验来揭示这些鲜为人知的腐蚀过程
此外，洛森巴赫的团队还对水泥和欧巴纳斯粘土相互作用区的相进行了表征，这些相是粘土矿物与水泥成分相互作用的结果，例如硅酸镁相
这种中间层的形成和有助于保护层的密封还没有得到最终的澄清
洛森巴赫确信，这类发现有助于开发整个建筑业都感兴趣的新材料系统
尽管波特兰水泥具有良好的材料性能，但人们仍在不断寻找更环保、有助于节约自然资源的替代品，这些替代品也可用于除深层地质储存以外的其他应用
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