Bilden klarnar om mätfel i experiment

Ett experiment med miniatyrkapslar i berget har orsakat en hel del huvudbry för SKB:s experter då vissa mätningar gett orimligt höga värden på korrosionshastigheten för koppar. Under 2011 togs en av fem kapslar upp och under 2012 har bilden klarnat. Det verkar som att mätfelen har orsakats av järnsulfid som bildats på i stort sett alla mätinstrument utanför kapseln.

Experimentet MiniCan startade 2006 då fem miniatyrkapslar sattes ner i berget i Äspölaboratoriet. Syftet var att ta reda på vad som händer med kapselns järninsats om det från början finns ett fabrikationsfel som kunde ge genomgående mikroskopiska hål i kapselns svetsfog. Miniatyrkapslarna utrustades med en rad olika mätinstrument. Ganska snart började vissa instrument ge oväntade mätvärden. Det var de elektrokemiska mätningarna av korrosionshastigheten på koppar som plötsligt gav höga värden för några av kapslarna.

För att ta reda på vad som orsakade de orimliga mätvärdena togs en kapsel upp från berget i augusti 2011. I laboratorier har noggranna analyser av den omgivande bentonitbufferten, kopparkapseln, järninsatsen och instrumenten gjorts och under 2012 har bilden klarnat. Johannes Johansson som är doktor i kemisk fysik och en av SKB:s experter inom kapselmaterial förklarar:

– Det mesta tyder på att det är järnsulfid som orsakat de orimliga mätvärdena. Den syns som en svart beläggning på i stort sett alla instrument i försöket och även på vissa ställen på kopparkapseln, berättar han.

Järnsulfid ger mätstörningar

Det är alltså järnet i mätinstrumenten som korroderat och bildat järnsulfid. Även den kopparelektrod som använts till att mäta korrosionshastigheten har belagts med järnsulfid vilket troligen varit orsaken till de felaktiga mätvärdena.

För att kunna översätta signaler från elektrokemiska mätningar till korrosionshastigheter krävs att man vet vad mätelektroden består av för material. De korrosionshastigheter som rapporterats för MiniCan tidigare har beräknats med antagandet att kopparelektroden bestått av ren koppar under hela experimentet.

– Men nu i efterhand kan vi konstatera att kopparytan varit belagd med järnsulfid, vilket gett en felaktig tolkning av mätsignalen, förklarar Johannes Johansson. Vi visste ju inte att det bildats en beläggning av järnsulfid förrän vi öppnade kapseln.

För att ta reda på i vilken takt kopparen faktiskt har korroderat har forskarna istället jämfört massan före och efter experimentet för en noga invägd kopparbit som installerats bland mätinstrumenten. De kunde då konstatera att den verkliga kopparkorrosionen varit låg, till och med något lägre än tidigare mätningar i andra experiment i Äspölaboratoriet.

Mikrobaktiviteten studerades

Forskarna har också utrett varför det bildats så mycket järnsulfid. Förklaringen hittade de när de studerade mikrobaktiviteten i det borrhål där miniatyrkapseln placerats.

– Mikrobaktiviteten har varit högre än förväntat och särskilt aktiviteten för sulfatreducerande bakterier som bildar sulfid, berättar Johannes Johansson.

Sulfid är ett ämne som reagerar med och korroderar metaller och runt miniatyrkapseln har mikroberna alltså bildat en hel del av detta ämne. Sulfiden har främst angripit järnet i konstruktionsmaterial och mätutrustning utanför kapseln och därmed bildat järnsulfid.

Viktiga lärdomar

Hur gick det då med den ursprungliga frågeställningen om vad som händer med kapselns insats om det finns ett hål i svetsfogen? I experimentet kunde man se lite korrosion på järninsatsen, precis innanför de förborrade hålen, men ingen påverkan på insatsens hållfasthet eller själva kapseln.

I och med att SKB har bytt svetsmetod till friktionsomrörningssvetsning, så är risken i stort sett obefintlig för den här typen av fabrikationsfel.

– Man skulle kunna anse att experimentet saknar betydelse för en slutförvarssituation, men experimentet är ändå betydelsefullt för oss eftersom vi har lärt oss en del om mikrobaktiviteten i bufferten, säger Johannes Johansson och poängterar att experimentet MiniCan på flera sätt skiljer sig från de förhållanden som kommer att råda i slutförvaret.

– I MiniCan fanns konstruktionsmaterial och mätinstrument av järn som reagerat med vatten och sulfid och bildat vätgas. Vätgas är en näringskälla för mikroberna men i slutförvaret kommer det inte att finnas järn som kan korrodera och bilda vätgas i kopparkapselns närhet. Här kommer vi att gå vidare med ytterligare laboratorieförsök för att bättre ta reda på hur hög densitet bufferten behöver ha för att mikroberna inte ska trivas där, säger Johannes Johansson.

SKB planerar dessutom att ta upp ytterligare två av de fyra återstående miniatyrkapslarna som ingår i experimentet MiniCan. En av dem har högkompakterad bentonitbuffert runt sig, motsvarande den som ska användas i slutförvaret av använt kärnbränsle. Den andra kapseln har ingen buffert alls. Därmed hoppas man få ytterligare kunskap om mikrobaktiviteten i bufferten.