Published October 12, 1992 | Version v1
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Geochemical behaviour study of radionuclides and their radiogenic daughters in the vicinity of Oklo 10 and 13 natural nuclear reactors (Gabon) - Application to high-level radioactive waste disposal

Description

Since 1981, the discovery of new and almost unaltered natural nuclear reactors in the uranium mine of Oklo (Gabon) renewed the interest of scientific community. Indeed, due to their specific features, these reactors could be extensively investigated as natural analogues to better understand the geochemical processes which may occur in a high level nuclear waste repository. The aim of this PhD thesis is to determine the present distribution of a few radionuclides or their radiogenic daughters initially formed within the reaction zones and to infer their geochemical behaviour, subsequently to the stopping of nuclear reactions. Our study was focused on reactors 10 and 13 and their immediate sandstone surroundings in order to decipher the fate of U, Y and light rare earth elements which are assumed to be chemical analogues of actinides and fission products. Mineralogical observations, chemical and isotopic analyses on bulk rocks, led us to conclude that a part of radionuclides, as well as their daughters, remained confined within the reactions zones, in association with secondary mineral phases, whereas another part migrated towards tbe reactor rims. The radionuclides were concentrated at the reactor border or migrated within the first few metres of the surrounding sandstone, according to the intensity of nuclear reactors and the presence of the so-called 'facies argile de pile' which constitutes an intermediate facies between that of reactor cores and that of the surrounding sandstone. In the latter, long range elemental transfers occurred via fissures. Some of them, contemporaneous to the nuclear reactions drained radionuclides-rich fluids at temperatures of about 150-170 deg. C. More recent fissures, observed only in the environment of reactor 13, have allowed the transport of hotter hydrothermal fluids (about 310 deg. C), likely related to the nearby intrusion of dolerite dyke. The principal implications of this work for the disposal of nuclear wastes concern notably the long term stability of U dioxide in a reducing geological environment and its retention capability for various radionuclides. Our results also suggest that interfaces within the near field of a repository may act as sinks for radionuclides. Finally, this study confirms that fissures are likely to play an essential role in the transport of fluids and thus in the dispersion of radionuclides. (author)

Abstract (French)

Depuis 1981, la decouverte de reacteurs nucleaires naturels depourvus d'alteration supergene dans le gisement d'uranium d'Oklo (Gabon) a susciteun regain d'interet au sein de la communaute scientifique qui a vu la possibilite de les etudier en tant qu'analogues naturels d'un site de stockage de dechets nucleaires de haute activite. L'objectif de cette these est de determiner la repartition actuelle de quelques radioelements ou descendants radiogeniques initialement formes dans les zones de reaction et d'en deduire leur devenir au cours des deux milliards d'annees qui ont suivi le fonctionnement des reacteurs nucleaires. Nous avons particulierement etudie les reacteurs 10 et 13 et leurs environnements greseux proches respectifs afin d'identifier le comportement geochimique de l'U en tant qu'actinide et de l'Y et des terres rares comme representants des produits de fission. Des observations mineralogiques, des analyses chimiques et des analyses isotopiques sur roche totale nous ont permis de conclure qu'une partie des radioelements et de leurs descendants est restee concentree dans les zones de reaction, associee a des phases minerales secondaires, tandis qu'une autre fraction a migre vers la bordure du reacteur. Suivant l'intensite des reactions nucleaires et la presence ou non du facies argile de pile, qui constitue souvent un facies intermediaire entre le coeur du reacteur et le gres encaissant, les radioelements sont restes concentres a la bordure du reacteur ou ont migre dans les premiers metres de gres encaissant massif. Dans le gres, des fissures ont assure des transferts elementaires plus lointains. Certaines fissures, contemporaines du fonctionnement des reacteurs nucleaires, ont draine des fluides charges en radioelements a des temperatures de l'ordre de 150-170 deg. C. D'autres, mises en evidence uniquement dans l'environnement du reacteur 13, sont plus tardives. Elles ont draine un fluide hydrothermal plus chaud (environ 310 deg. C) et seraient liees a l'intrusion d'un filon de dolerite proche. Les principaux enseignements de ce travail pour le stockage de dechets nucleaires de haute activite concernent la stabilite a long terme des oxydes d'uranium dans un environnement geologique reducteur et la capacite de retention des phases minerales secondaires et de la barriere argileuse vis-a-vis de plusieurs radioelements. Nos resultats indiquent egalement que les interfaces entre les differentes barrieres artificielles d'un site de stockage peuvent limiter la migration des radioelements en champ proche. Par ailleurs, cette etude confirme que des transferts de radioelements peuvent s'effectuer par l'intermediaire de fissures. (auteur)

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Original title (French)
Etude du comportement geochimique des radioelements et de leurs descendants autour des reacteurs nucleaires naturels 10 et 13 d'Oklo (Gabon) - Application au stockage de dechets nucleaires de haute activite

Publishing Information

Imprint Pagination
227 p.
Report number
FRCEA-TH--6967

Optional Information

Notes
139 refs.; Available from the INIS Liaison Officer for France, see the 'INIS contacts' section of the INIS website for current contact and E-mail addresses: http://www.iaea.org/inis/Contacts/