Gamma radiolysis and post-irradiation leaching of ion exchange resins

La connaissance du comportement sous irradiation γ et en présence d'eau des Résines Echangeuses d'Ions est nécessaire pour prévoir leur impact sur l'environnement pendant la phase d'entreposage et dans un éventuel stockage en profondeur géologique. Les REI étudiées sont la résine MB400 en lit mélangé ainsi que ses composants anionique et cationique « purs ». La stratégie expérimentale suivie a été basée sur l'utilisation d'outils chimiométriques qui ont permis d'étudier l'effet du milieu d'irradiation, du débit de dose, de la dose et de la température de lixiviation. Les produits de radiolyse gazeux et hydrosolubles ont été analysés par Spectrométrie de Masse gaz et Chromatographie Ionique. Les REI génèrent principalement du H2g, du CO2g et des amines dont les quantités dépendent de la nature de la résine et des conditions d'irradiation. L'analyse des résines solides irradiées a été effectuée par spectroscopie Infrarouge à Transformée de Fourrier et par Résonance Magnétique Nucléaire. Ces techniques révèlent des modifications structurales différentes suivant les conditions d'irradiation. Le comportement sous eau des REI a été étudié sur une période de 143 jours en caractérisant la matière organique relarguée après lixiviation post-irradiation. Les études cinétiques montrent qu'au premier contact avec l'eau, toutes les espèces hydrosolubles sont relarguées. La quantité de Carbone Organique Total dépend, selon la nature de la résine, soit de la dose, soit du milieu d'irradiation. Le débit de dose n'a pas d'effet sur la dégradation et la lixiviation de la résine MB400 qui, néanmoins se comporte d'une façon différente de ses composants pris séparément.The knowledge of the behavior under irradiation and in presence of water of Ion Exchange Resins (IER) is very necessary to predict their impact on the environment during the storage phase and in a possible deep geological disposal. The IER studied are the MB400 mixed bed resin and its « pure » anionic and cationic components. The experimental strategy used in this work was based on the use of chemometric tools permitting to estimate the effect of the irradiation atmosphere, the dose rate, the absorbed dose and the leaching temperature. The gaseous and water-soluble radiolysis products were analyzed by gas Mass Spectrometry (MS) and Ion Chromatography (IC). The IER generated principally H2g, CO2g and amines for which quantities depended of the resin nature and the irradiation conditions. The analysis of solid irradiated resins was investigated by Fourier Transformed Infrared (FTIR) and Nuclear Magnetic Resonance (13C NMR) techniques. The last ones revealed structural modifications of the IER solid matrix in function of the experimental conditions. Their behavior in presence of water was studied during 143 days by characterization of the organic matter released after their post-irradiation leaching. The kinetics showed that all the water-soluble components were releasing at the first contact with water. The Total Organic Carbon (TOC) quantity released depends, according to the resin nature, either on the dose, either on the irradiation atmosphere. The dose rate has no effect on the degradation and the leaching of the MB400 resin, which behaved differently than its pure components