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Technischer Bericht NTB 85-22
Überlegungen zur Thermodynamik und Kinetik der Reaktion zwischen Eisen und Wasser in Bentonit
Le rapport présente les relations thermodynamiques permettant de calculer le potentiel d'équilibre d'une électrode de magnétite saturée en fer, la pression partielle d'hydrogène à l'équilibre ainsi que le produit de solubilité de la magnétite en fonction de la température et de la pression du système; les valeurs de ces fonctions thermodynamiques sont calculées à partir des enthalpies standards, des chaleurs spécifiques et des volumes spécifiques. Pour les températures comprises entre 300 K et 600 K et pour les pressions jusqu'à 400 bar la valeur la plus probable de la pression partielle d'hydrogène est proche de 1 kbar et l'activité du fer divalent en équilibre avec la magnétite est de l'ordre de quelques µM. La valeur du pH correspondant à la solubilité à l'équilibre dans l'eau pure est proche de celle de l'eau dans la bentonite. Du fait des incertitudes sur les données thermodynamiques de base ces calculs ne peuvent être considérés que comme des ordres de grandeur.
On discute en outre le comportement en corrosion du fer dans la bentonite en fonction du temps. Le taux de corrosion est largement déterminé par la formation d'une couche d'oxyde selon une loi parabolique. L'on peut s'attendre à ce que même à 150 °C le taux de corrosion diminue jusqu'à atteindre une valeur de 0,1 µm a-1 en l'espace d'au plus quelques années. Se basant sur cette valeur et admettant que le taux de corrosion s'y stabilise, on montre que la pression partielle d'hydrogène à la surface du conteneur ne dépassera pas environ 60 bar. Ces résultats ont été obtenus en utilisant les données de la Nagra, surtout en ce qui concerne la géométrie du dépôt.
Même en régime non-stationnaire, pour lequel les taux de corrosion sont plus élevés, on peut s'attendre à ce que la pression partielle ne dépasse pas quelques bar à la surface du conteneur. Pour des pressions hydrostatiques de 100 bar et plus il ne faut pas s'attendre à un dégagement d'hydrogène sous forme gazeuse en raison de la cinétique des processus.