High temperature aqueous chemistry for sustainable nuclear power generation

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Through the NSERC Industrial Research Chair program, the University of Guelph has developed a world-class laboratory for high-temperature aqueous chemistry, equipped with custom-made, state-of-the-art, high-precision spectroscopic and thermochemical instruments to study the properties of aqueous solutions at the extreme conditions used in Canada's nuclear industry. The proposed research seeks to use this expertise to identify key chemical reactions and measure the thermochemical parameters needed for the development of internationally accepted databases for modelling and chemistry-control of new or refurbished CANDU Pressurized Heavy Water nuclear reactors and proposed Small Modular Reactors (SMRs); and for evaluating/licencing sites for the geological storage of nuclear spent fuel. The program consists of five projects. (i) A definitive laboratory study to provide quantitative data and predictive tools to model the deuterium isotope effects on metal oxide solubilities under CANDU D2O primary coolant conditions will be completed. (ii) Calorimetric and spectroscopic studies will determine the properties of newly proposed organic additives for redox and pH control in steam generator circuits up to 325 C. (iii) Pressure vessel and Raman spectroscopic studies will measure thermodynamic properties needed to predict the onset of corrosive transition metal "hideout" reactions in secondary coolant circuits (250 - 325 C), at concentrations up to their solubility limits. (iv) "Hideout" reactions and critical locus effects in primary and secondary coolant circuits of water-based SMR reactors, including supercritical steam generators (> 373 C) will be examined. (v) Experiments to measure formation constants for the aqueous UO2(2+) and lanthanide Ln(3+) complexes will be completed and, in Year 3, experiments will begin on Th(4+) systems. These are surrogates for NpO2(2+), Cm(3+) and U(4+), which are difficult to study because of high radioactivity or extremely low solubilities. Our partners are the University Network of Excellence in Nuclear Engineering, CANDU Owners Group, the Nuclear Waste Management Organization and the Electric Power Research Institute.#(cr)#(lf)L'université de Guelph a développé un laboratoire de classe mondiale en chimie de l'eau à haute température, équipé d'instruments spectroscopiques et thermodynamiques de pointe et de grande précision fabriqués sur mesure pour étudier les systèmes aqueux aux conditions extrêmes rencontrées dans l'industrie nucléaire au Canada. La recherche proposée vise à utiliser cette expertise pour identifier des réactions chimiques clefs et mesurer les paramètres thermochimiques nécessaires au développement de bases de données internationalement acceptées pour la modélisation et le contrôle chimique des réacteurs nucléaires à eau lourde pressurisée CANDU neufs ou remis à neuf et des petits réacteurs modulaires (PRM); et pour évaluer / autoriser les sites de stockage géologique du combustible usé. (i) Une large étude de laboratoire pour fournir des données quantitatives et des modèles prédictifs pour simuler les effets isotopiques sur la solubilité des oxydes métalliques dans des conditions de refroidissement primaire CANDU sera terminée. (ii) Des études calorimétriques et spectroscopiques détermineront les propriétés d'additifs organiques novateurs pour les contrôles redox et pH dans les circuits des générateurs de vapeur jusqu'à 325 C. (iii) Des études spectroscopiques Raman et de solubilité mesureront les propriétés thermodynamiques nécessaires pour prédire le début des réactions de desséquestration des métaux de transition corrosifs dans les circuits de refroidissement secondaires (250 à 325 C), à des concentrations jusqu'aux limites de solubilité. (iv) Les réactions de desséquestration et les effets de criticalité dans les circuits de refroidissement primaire et secondaire des réacteurs PRM à eau, et dans les générateurs de vapeur supercritique (> 373 C) seront examinés. (v) Des exp