В настоящее время многие государства разрабатывают планы по безопасному захоронению радиоактивных отходов. Практические подземные исследования, дополненные передовыми вычислительными методами, способствовали пониманию процессов миграции радионуклидов в горных породах.
Моделирование, проведенное американскими учеными, основывалось на данных, полученных на полигоне Мон-Терри в Швейцарии. Там, с 1996 года, функционирует исследовательский центр, специализирующийся на изучении характеристик горных пород (толщины, плотности, состава) и разработке методов долгосрочного захоронения радиоактивных отходов.
Глинистую формацию Опалинус (Opalinus Clay) определили в качестве одного из наиболее перспективных участков для глубокого геологического хранения радиоактивных отходов. Эта порода образовалась около 180 миллионов лет назад, в юрский период. Залежи встречаются на глубинах до 900 метров, при этом мощность слоев достигает 100 метров. Благодаря своим свойствам, глина выступает в качестве эффективного изолятора, поскольку она препятствует проникновению грунтовых вод, набухает и герметично закрывает трещины и поры, что делает её оптимальным вариантом для геологически безопасного захоронения радиоактивных отходов.
В этом месте проводят эксперименты, благодаря которым можно применить на практике десятки наборов данных, описывающих взаимодействие глины и цемента. Это связано с тем, что в хранилищах используются как природные, так и искусственные материалы, например бетон. Ранее инструменты, предназначенные для моделирования взаимодействия радионуклидов с цементно-глиняными барьерами, не рассматривали электростатические эффекты, обусловленные отрицательно заряженными глинистыми минералами. Авторы статьи, опубликованной в журнале Proceedings of the National Academy of Sciences, исследовали этот аспект.
Используя программу CrunchODiTi, созданную на базе CrunchFlow, ученые воссоздали процесс в трехмерной модели. С ее помощью был проанализирован опыт, продолжавшийся почти три года, и изучалось влияние радионуклидов на глиняно-цементную смесь. В скважину, находящуюся рядом с цементным пластом, добавляли ионы как с положительным, так и с отрицательным зарядом.
В первые 450 дней цемент сохранял изотропные характеристики, не изменяя своих свойств. Однако впоследствии свойства глины начали трансформироваться: отрицательный заряд минералов стал оказывать влияние на перемещение заряженных растворенных веществ. Полученные в ходе исследований экспериментальные данные были сопоставлены с результатами компьютерного моделирования, что подтвердило их соответствие.
Различная реакционная способность и транспортные характеристики материалов позволяют прогнозировать концентрацию захораниваемых отходов в недрах земли, учитывая электростатическое воздействие на перенос радионуклидов (особенно анионов) в глинистых породах.