Genom att hämta inspiration från naturen har en grupp forskare vid University of Leeds i Storbritannien skapat en mångsidig modell som kan förutspå hur stalagmitliknande strukturer bildas i anläggningar för lagring av kärnbränsle, såväl som hur kalkavlagringar bildas i vattenkokare.
- Det är ett underbart exempel på hur komplexa matematiska modeller kan ha vardagliga tillämpningar, Duncan Borman vid University of Leeds.
Forskningsprojektets huvudsakliga syfte är enligt Borman att minska antalet manuella och potentiellt skadliga inspektioner av de behållare där kärnavfall lagras genom att lösa problemet med att förutsäga formen hos de utfällningar som kan bildas av lösningar från kärnprocesser.
Skadliga saltlösningar
Inom kärnkraftsindustrin kan skadliga saltlösningar uppstå i inneslutningskärl. Då saltet fälls ut bildas konstigt formade strukturer, som påminner om stalagmiter. Om ingenting görs kan dessa strukturer bli tillräckligt stora för att ställa till med problem i inneslutningskärlet. Idag inspekteras därför inneslutningskärlen regelbundet för att förhindra att detta inträffar.
- Vår första tanke var att hitta en lämplig motsvarighet i naturen. Först tittade vi på hur lava flödar från en vulkan till havet, men tillkomsten av stalagmiter i grottor efterliknar processen mycket närmare. Geologer har väl etablerade modeller för hur stalagmiter bildas. Så vi tar modeller från ett forskningsområde och tillämpar dem på ett helt annat ämne, berättar Daniel Lesnic vid University of Leeds, som deltar i forskningsprojektet.
Fysikaliska egenskaper hos saltlösning
En existerande modell för att förutspå tillväxten av stalagmiter under miljontals år anpassades med hänsyn till de kemiska och fysikaliska egenskaperna hos de aktuella saltlösningarna, ett mer realistiskt vätskeflöde och resultatens temperaturkänslighet.
- Det tog många månaders intensiv forskning för att utveckla modellen. Det stora testet kom när vi testade modellen mot riktig data från National Nuclear Laboratory, säger Mike Dawson vid University of Leeds, som startade forskningsprojektet.
Han tillägger också att modellen klarade testet.
- Detta genombrott ger National Nuclear Laboratory och Sellafield Ltd ett nytt redskap, som både kan spara pengar och se till att de ligger i framkant när det gäller världsledande säkerhetsteknik, säger Borman.
Kan tillämpas på vattenkokare
Den nya modellen har dessutom även tillämpningar inom andra industrier, som att förutsäga formen och placeringen av avlagringar i rör och värmeväxlare eller hur kalkavlagringar i en vattenkokare bildas.
- Genom att använda modellen vi utvecklat skulle tillverkare kunna förbättra designen av vattenkokare så att dessa oönskade avlagringar minimeras, kommenterar Borman.
