Measuring and modeling transport properties of actinide and fission product contaminants in unsaturated prairie soil


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Abstract

This paper presents the results of measuring and modeling the transport of actinides and fission products in unsaturated prairie soil based on the contamination from a storage tank in Alberta. In 1951, a release occurred from an underground storage tank of some 6.7 L of an acidic, aqueous solution containing an estimated 360 GBq (9.7 Ci) of dissolved mixed fission products in a 6.7 L acidic solution. The site where this occurred remained undisturbed for 50 years before soil samples were collected and analyzed for specific radionuclide content, namely Cs-137, U-238, and Sr-90. The measured diffusion coefficients (Dd) for the selected group of radionuclides were 3.0 × 10−4 cm2 s−1 (Cs-137), 1.5 × 10−5 cm2 s−1 (U-238), and 2.6 × 10−3 cm2 s−1 (Sr-90). Based on transport modeling, after a period of 250 years from the release, the Sr-90 plume would have its maximum concentration at a depth of 2.8 m, while the Cs-137 plume would have its maximum concentration at 0.5 m. It is predicted therefore, that if the three radionuclides should reach the water table depth (50 m) then they will be at a concentration lower than their clearance level values and, hence, will not pose a health hazard.RésuméCet article présente les résultats de la mesure et de la modélisation du transport d'actinides et de produits de fission dans le sol non saturé des prairies; ces résultats sont basés sur la contamination provenant d'un réservoir de stockage en Alberta. En 1951, il s'est produit une libération de contaminants provenant d'un réservoir de stockage souterrain; il s'agissait de 6,7 L de solution aqueuse acide contenant environ 360 GBq (9,7 Ci) de produits de fission mixtes dissous dans une solution acide de 6,7 L. Le site où cela est survenu n'a pas été perturbé pendant 50 ans jusqu'à ce que des échantillons de sol aient été collectés et analysés pour leur contenu en radionucléides spécifiques, à savoir Cs 137, U 238 et Sr 90. Les coefficients de diffusion mesurés (Dd) pour le groupe de radionucléides sélectionnés étaient de 3,0 × 10−4 cm2 s−1 (Cs 137), 1,5 × 10−5 cm2 s−1 (U 238) et 2,6 × 10−3 cm2 s−1 (Sr 90). En se basant sur la modélisation du transport, 250 ans après la libération, le panache de Sr 90 aurait atteint sa concentration maximale à une profondeur de 2,8 m, alors que le panache de Cs 137 aurait atteint sa concentration maximale à 0,5 m. Il est donc prédit que si trois radionucléides devaient atteindre la nappe phréatique (50 m), ils seraient alors à une concentration inférieure à leurs valeurs de seuil et ne présenteraient ainsi aucun risque pour la santé.

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