Author´s name: Bc. Stanislav Klimek School: Brno University of Technology, Faculty of Mechanical Engineering, Energy institute Title: Determining the life storage of a carbon steel cask Consultant: Prof. Ing. Oldřich Matal, CSc. Number of pages: 70 Year: 2009 The assignment of this diploma thesis is to estimate the lifetime of spent fuel container made from carbon steel grade. This container is designed for deep geological disposal of spent nuclear fuel. Basic mechanism of corrosion are described in detail in the first part. Further on, this work deals with the other specific phenomena and influences, which affect at corrosion of steel in conditions of a deep geological repository. Heat, radiation and surroundings are considered of particular importance. In the following part an estimate of the lifetime of model container is introduced, which is affected by temperature and radiation. Here recommendations for protection of container are introduced, arising from the model calculation. Finally, the relevancy of incidence of particular parameters is evaluated, which affect the corrosion.

Monte-Carlo calculations are used to simulate the stochastic effects of fast neutron-induced chemical changes in the radiolysis of the ferrous sulfate (Fricke) dosimeter. To study the dependence of the yield of ferric ions, G(Fe[superscript 3+]), on fast neutron energy, we have simulated, at 25 [degree centigrade], the oxidation of ferrous ions in aerated aqueous 0.4 M H[subscript 2]SO[subscript 4] (pH 0.46) solutions when subjected to ~0.5-10 MeV incident neutrons, as a function of time up to ~50 s. The radiation effects due to fast neutrons are estimated on the basis of track segment (or"escape") yields calculated for the first four recoil protons with appropriate weighting according to the energy deposited by each of these protons. For example, a 0.8-MeV neutron generates recoil protons of 0.505, 0.186, 0.069, and 0.025 MeV, with linear energy transfer (LET) values of ~41, 69, 82, and 62 keV/[micro]m, respectively. In doing so, we consider that further recoils make only a negligible contribution to radiation processes. Our results show that the radiolysis of dilute aqueous solutions by fast neutrons produces smaller radical yields and larger molecular yields (relative to the corresponding yields for the radiolysis of water by [superscript 60]Co [gamma]-rays or fast electrons) due to the high LET associated to fast neutrons. The effect of recoil ions of oxygen, which is also taken into account in the calculations, is shown to decrease G(Fe[superscript 3+]) by about 10%. Our calculated values of G(Fe[superscript 3+]) are found to increase slightly with increasing neutron energy over the energy range covered in this study, in good agreement with available experimental data. We have also simulated the effect of temperature on the G(Fe[superscript 3+]) values in the fast neutron radiolysis of the Fricke dosimeter from 25 to 300 [degree centigrade]. Our results show an increase of G(Fe[superscript 3+]) with increasing temperature, which is readily explained by an increase in the yields of free radicals and a decrease in those of molecular products. For 0.8-MeV incident neutrons (the only case for which experimental data are available in the literature), there is a ~23% increase in G(Fe[superscript 3+]) on going from 25 to 300 [degree centigrade]. Although these results are in reasonable agreement with experiment, more experimental data, in particular for different incident neutron energies, would be needed to test more rigorously our Fe[superscript 3+] ion yield results at elevated temperatures.

Résumé : Le contrôle de la chimie de l'eau dans un réacteur nucléaire refroidi à l'eau nécessite une compréhension détaillée des effets de la radiolysede l'eau afin de limiter la corrosion et la dégradation des matériaux par oxydation générée par les produits de cette radiolyse. Toutefois, la mesure directe de la chimie dans le cœur des réacteurs est extrêmement difficile, sinon impossible, en raison des conditions extrêmes de haute température et haute pression, et les champs d’irradiation mixtes neutrons/γ, qui ne sont pas compatibles avec l'instrumentation chimique normale. Pour ces raisons,des modèles théoriques et des simulations sur ordinateur sont essentielles pour la prédiction de la chimie sous rayonnement de l'eau de refroidissement dans le cœur et son impact sur les matériaux. Dans ce travail, des simulations Monte Carlo ont été utilisées pour calculer les rendements des principales espèces (e[indice supérieur -][indice inférieur aq], H[indice supérieur •], H[indice inférieur 2], [indice supérieur •]OH et H[indice inférieur 2]O[indice inférieur 2]) formées lors de la radiolyse de l’eau liquide neutre par des neutrons mono-énergétiques de 2 MeV à des températures entre 25 et 350 °C. Le choix des neutrons de 2 MeV comme énergie d'intérêt est représentatif du flux de neutrons rapides dans un réacteur. Pour l'eau légère, la contribution la plus significative à la radiolyse vient des quatre premières collisions des neutrons qui produisent, dans la majorité des cas, des protons avec des énergies de recul de ~1.264, 0.465, 0.171 et 0.063 MeV et des transferts d’énergie linéique (TEL) moyens respectivement de ~22, 43, 69et 76 keV/[micro]m. Par ailleurs, nous avons négligé les effets des radiations dus aux ions de recul de l’oxygène. Les rendements moyens finaux peuvent alors être estimés comme étant la somme des rendements résultant de l’action de ces protons après pondérations en fonction de l’énergie déposée. Les rendements ont été calculés à 10[indice supérieur -7], 10[indice supérieur -6] et 10[indice supérieur -5] s. Les valeurs obtenues sont en accord avec les données expérimentales disponibles. En comparant nos résultats avec les données obtenues pour les rayonnements à faible TEL (rayons γ de [indice supérieur 60]Co ou électrons rapides), nos rendements calculés pour les neutrons rapides ont montré une dépendance en température essentiellement similaire, mais avec des valeurs plus faibles pour les rendements en radicaux libres et des valeurs plus élevées pour les rendements moléculaires. Nous avons également utilisé les simulations Monte Carlo pour étudier l'existence de la chute rapide de la constante de vitesse de réaction de l'électron hydraté (e[indice supérieur -][indice inférieur aq]) sur lui-même – l’une des principales sources de formation de H[indice inférieur 2] – au-dessus de 150 °C. Cette dépendance en température a été observée expérimentalement en milieu alcalin par divers auteurs, mais jamais en milieu neutre. Lorsque cette baisse de la constante de vitesse d’auto-réaction de e[indice supérieur -][indice inférieur aq] est incluse dans nos codes de simulation, tant pour des rayonnements de bas TEL (grappes isolés) que de haut TEL (trajectoires cylindriques), g(H[indice inférieur 2]) montre une discontinuité marquée à la baisse à ~150°C, ce qui n'est pas observée expérimentalement. Les conséquences de la présence de cette discontinuité dans le rendement en H[indice inférieur 2] pour les rayonnements à bas et haut TEL sont discutées. Enfin, nous avons tenté d’expliquer l'augmentation – considérée comme anormale – du rendement en H[indice inférieur 2] en fonction de la température au-dessus de 200 °C par l’intervention de la réaction des atomes H[indice supérieur •] avec l'eau, préalablement proposée par Swiatła-Wojcik et Buxton en 2005. La constante de vitesse de cette réaction est toujours controversée. // Abstract : Controlling the water chemistry in a water-cooled nuclear power reactor requires understanding and mitigating the effects of water radiolysis to limit the corrosion and degradation of materials by oxidizing radiolysis products. However, direct measurement of the chemistry in reactor cores is extremely difficult due to the extreme conditions of high temperature, pressure, and mixed neutron/γ-radiation fields, which are not compatible with normal chemical instrumentation. For these reasons, theoretical models and computer simulations are essential for predicting the detailed radiation chemistry of the cooling water in the core and the impact on materials. Monte Carlo simulations were used to calculate the yields for the primary species (e[superscript -][subscript aq], H[superscript •], H[subscript 2], [superscript •]OH, and H[subscript 2]O[subscript 2]) formed from the radiolysis of neutral liquid water by mono-energetic 2-MeV neutrons and the mechanisms involved at temperatures between 25 and 350 °C. In this work, we chose 2-MeV neutron as our energy of interest since it is known as representative of a fast neutron flux in a nuclear reactor. For light water, for that chosen energy, the most significant contribution to the radiolysis comes from the first four neutron collisions that generate mostly ejected protons with energies of ~1.264, 0.465, 0.171, and 0.063 MeV, which had, at 25 °C, mean linear energy transfers (LETs) of ~22, 43, 69, and 76 keV/[micro]m, respectively. In this work, we simply neglected the radiation effects due to oxygen ion recoils. The average final fast neutron yields could be estimated as the sum of the yields for these protons after allowance was made for the appropriate weightings (by using the Eq (2) in Chapter 4) according to their deposited energy. Yields were calculated at 10[superscript -7], 10[superscript -6] and 10[superscript -5] s. Our computed yield agreed reasonably well with the available experimental data. By comparing our results with data obtained for low-LET radiation ([superscript 60]Co γ-rays or fast electrons), our computed yields for fast neutron radiation showed essentially similar temperature dependences over the range of temperature studied, but with lower values for yields of free radicals and higher values for molecular yields. In this work, we also used our Monte Carlo simulation to investigate the existence of drop of hydrated electron (e[superscript -][subscript aq]) self-reaction rate constant at 150 °C. One of the main sources of H[subscript 2] formation is the self-reaction of hydrated electrons. The temperature dependence of the rate constant of this reaction (k[subscript 1]), measured under alkaline conditions, reveals that the rate constant drops abruptly above ~150 °C. However, when this drop in the e[superscript -][subscript aq] self-reaction rate constant is included in our code for low (isolated spurs) and high (cylindrical tracks) linear energy transfer (LET), g(H[subscript 2]) shows a marked downward discontinuity at ~150 °C which is not observed experimentally. The consequences of the presence of this discontinuity in H[subscript 2] yield for both low and high LET radiation are discussed. Another reaction that might explain the anomalous increasing of H[subscript 2] yield with temperature is the reaction of H[superscript •] atoms with water previously proposed by Swiatla-Wojcik and Buxton (2005) whose rate constant is still in controversial.

Résumé : Les ions hydronium (H3O + ) sont formés, à temps courts, dans les grappes ou le long des trajectoires de la radiolyse de l'eau par des rayonnements ionisants à faible transfert d’énergie linéaire (TEL) ou à TEL élevé. Cette formation in situ de H3O + rend la région des grappes/trajectoires du rayonnement temporairement plus acide que le milieu environnant. Bien que des preuves expérimentales de l’acidité d’une grappe aient déjà été signalées, il n'y a que des informations fragmentaires quant à son ampleur et sa dépendance en temps. Dans ce travail, nous déterminons les concentrations en H3O + et les valeurs de pH correspondantes en fonction du temps à partir des rendements de H3O + calculés à l’aide de simulations Monte Carlo de la chimie intervenant dans les trajectoires. Quatre ions incidents de différents TEL ont été sélectionnés et deux modèles de grappe/trajectoire ont été utilisés : 1) un modèle de grappe isolée "sphérique" (faible TEL) et 2) un modèle de trajectoire "cylindrique" (TEL élevé). Dans tous les cas étudiés, un effet de pH acide brusque transitoire, que nous appelons un effet de "pic acide", est observé immédiatement après l’irradiation. Cet effet ne semble pas avoir été exploré dans l'eau ou un milieu cellulaire soumis à un rayonnement ionisant, en particulier à haut TEL. À cet égard, ce travail soulève des questions sur les implications possibles de cet effet en radiobiologie, dont certaines sont évoquées brièvement. Nos calculs ont ensuite été étendus à l’étude de l'influence de la température, de 25 à 350 °C, sur la formation in situ d’ions H3O + et l’effet de pic acide qui intervient à temps courts lors de la radiolyse de l’eau à faible TEL. Les résultats montrent une augmentation marquée de la réponse de pic acide à hautes températures. Comme de nombreux processus intervenant dans le cœur d’un réacteur nucléaire refroidi à l'eau dépendent de façon critique du pH, la question ici est de savoir si ces fortes variations d’acidité, même si elles sont hautement localisées et transitoires, contribuent à la corrosion et l’endommagement des matériaux. / Abstract : Hydronium ions (H3O+) are formed within spurs or tracks of the low or high linear energy transfer (LET) radiolysis of pure, deaerated water at early times. The in situ radiolytic formation of H3O+ renders the spur and track regions temporarily more acid than the surrounding medium. Although experimental evidence for an acidic spur has already been reported, there is only fragmentary information on its magnitude and time dependence. In this work, spur or track H3O+ concentrations and the corresponding pH values are obtained from our calculated yields of H3O+ as a function of time, using Monte Carlo track chemistry simulations. We selected four impacting ions and we used two different spur and track models: 1) an isolated “spherical” spur model characteristic of low-LET radiation and 2) an axially homogeneous “cylindrical” track model for high-LET radiation. Very good agreement was found between our calculated time evolution of G(H3O+) in the radiolysis of pure, deaerated water by 300-MeV incident protons (which mimic 60Co gamma/fast electron irradiation) and the available experimental data at 25 °C. For all cases studied, an abrupt transient acid pH effect, which we call an “acid spike”, is observed during and shortly after the initial energy release. This acid-spike effect is virtually unexplored in water or in a cellular environment subject to the action of ionizing radiation, especially high-LET radiation. In this regard, this work raises a number of questions about the potential implications of this effect for radiobiology, some of which are briefly evoked. Our calculations were then extended to examine the effect of temperature from 25 to 350 °C on the yield of H3O+ ions that are formed in spurs of the low-LET radiolysis of water. The results showed an increasingly acidic spike response at higher temperatures. As many in-core processes in a water-cooled nuclear reactor critically depend on pH, the question here is whether these variations in acidity, even highly localized and transitory, contribute to material corrosion and damage.

L’objectif de cette thèse est de contribuer à la compréhension du mécanisme d’oxydation de Br- dans lequel le radical HO• intervient. Le rendement du radical HO• étant alors intimement lié au rendement d’oxydation de Br-, c’est sur lui que l'influence de différents paramètres physicochimiques a été étudiée : température, TEL, débit de dose, pH, nature du gaz saturant. Les solutions ont été irradiées avec 4 types de rayonnement : rayons X de 13 à 18 keV, électrons de 7 et 10 MeV, faisceaux d’ions C6+ de 975 MeV et He2+ de 70 MeV. Le développement d’un autoclave optique avec circulation de solution compatible avec le rayonnement de TEL élevé a permis de réaliser les premières expériences à TEL élevé constant et à température élevée. Cette cellule s’est avérée être aussi compatible avec les expériences pompe-sonde picoseconde réalisées avec l’accélérateur ELYSE.Le rendement de capture du radical hydroxyle a donc été estimé à TEL élevé mais aussi à haute température. Une meilleure compréhension du mécanisme d’oxydation de Br- en est issue, notamment en milieu acide et en comparant les résultats cinétiques avec les simulations Monte Carlo pour les temps inférieurs à la µs, et Chemsimul pour les produits stables (formation de Br2•- et de Br3-). / The purpose of this thesis is to contribute to the understanding of the oxidation mechanism of Br- in which the HO• radical is involved. The HO• radiolytic yield is strongly connected with the oxidation yield of Br-, and therefore we have studied the influence of different physical and chemical parameters on this global yield: temperature, LET, dose rate, pH, saturation gas. The solutions have been irradiated with 4 types of ionizing rays: X- rays (from 13 to 18 keV), electrons (from 7 to 10 MeV), C6+-ions beam of 975 MeV and He2+-ions beam of 70 MeV.The development of an optical autoclave with solution flow, compatible with high LET ionizing rays has allowed us conduct the first experiments at constant high LET and high temperature. This cell has turned out to be compatible with the picosecond pump-probe experiments performed with the ELYSE accelerator.The HO• scavenging yield has been, therefore, estimated at both high LET and high temperature. A better understanding of the Br- oxidation mechanism has been achieved, in acid medium, in particular, by comparing the kinetics results with Monte Carlo Simulations for time scales inferior to the microsecond and with Chemsimul for the stable products (Br2•- and Br3- formations).

Abstract : Monte Carlo simulations have proven to be very powerful techniques to study the radiolysis of water and the mechanisms underlying this radiolysis. Monte Carlo simulations particularly become important when there are no experimental results available in the literature due, for instance, to the difficulty of performing such experiments. This thesis presents a study of the radiolysis of water irradiated by different types of radiation and at various temperatures, employing Monte Carlo simulations. The first part of the thesis uses Monte Carlo simulations to elucidate the mechanisms involved in the self-radiolysis of tritiated water and to examine the importance of the effects of higher “linear energy transfer” (LET) by comparing [[superscript 3]H [beta][superscript -] radiations (mean initial energy of ~5.7 keV) with [superscript 60]Co [gamma]-rays (~1 MeV electrons). Our simulations showed that, for [superscript 3]H [beta][superscript -], we observe lower radical and higher molecular yields than in γ-radiolysis. These differences in yields are consistent with differences in the nonhomogeneous distribution of primary transient species in the two cases. Overall, our results corroborate well with previously reported work, and support a picture of [superscript 3]H [beta][superscript -] radiolysis mainly driven by the chemical action of “short tracks” of high local LET. This same trend in yields of radical and molecular products was also found under acidic conditions as well as in the aerated Fricke dosimeter. One of our main findings was that the measured Fricke yield G(Fe[superscript 3+]) could be best reproduced if a single, mean “equivalent” electron energy of ~7.8 keV were used to mimic the energy deposition by the tritium [beta][superscript -] particles (rather than the commonly used mean of ~5.7 keV), in full agreement with a previous recommendation of ICRU Report 17. The second part of this thesis investigates the radiolysis of the ceric-cerous sulfate dosimeter at elevated temperatures. In this radiolysis, H[superscript •] (or HO[subscript 2][superscript •] in the presence of oxygen) and H[subscript 2]O[subscript 2] produced by the radiolytic decomposition of water both reduce Ce[superscript 4+] ions to Ce[superscript 3+] ions, while [superscript •]OH radicals oxidize the Ce[superscript 3+] present back to Ce[superscript 4+]. Our simulations showed that the net Ce[superscript 3+] yield decreases almost linearly with increasing temperature up to ~250 °C, in excellent agreement with experiment. Above 250 °C, our model predicts that G(Ce[superscript 3+]) drops markedly with temperature until, instead of Ce[superscript 4+] reduction, Ce[superscript 3+] oxidation is observed. This drop is shown to result from the occurrence of the reaction of H[superscript •] atoms with water in the homogeneous chemical stage.//Résumé : La méthodologie de simulation Monte-Carlo s’est révélée être une très puissante technique dans l’étude des mécanismes de la radiolyse de l’eau. En particulier, la simulation Monte-Carlo se rend même plus importante quand les résultats expérimentaux ne sont pas disponibles, notamment dû aux difficultés techniques. Le mémoire actuel représente une étude sur la radiolyse de l’eau irradiée par différents rayonnements à différentes températures, en utilisant la simulation Monte-Carlo. Dans la première partie de ce mémoire, on examine les mécanismes d’auto-radiolyse de l’eau tritiée ainsi que l’importance de l’effet de « transfert linéaire d'énergie » (TLE) en comparant les électrons [béta][indice supérieur -] de [indice supérieur 3]H avec les rayons [béta][indice supérieur -] de [indice supérieur 60]Co. Nos simulations montrent que, pour les rayons [béta][indice supérieur -] de [indice supérieur 3]H, on observe moins de production de radicaux libres et plus de produits moléculaires. Ces différences de rendement sont en accord avec les différences de distribution non-homogène des espèces primaires transitoires dans les deux cas. En résumé, nos résultats corroborent bien avec les travaux publiés précédemment et donnent une perspective de la radiolyse [béta][indice supérieur -] de [indice [supérieur 3]H qui est en majorité contrôlée par l’action chimique de « trajectoires courtes » de TLE local élevé. La même tendance pour la production des radicaux libres et des produits moléculaires a été trouvée en milieu acide ainsi que pour le dosimètre aéré de Fricke. Un de nos résultats principaux montre que le rendement G(Fe[indice supérieur 3+]) du dosimètre de Fricke peut être mieux reproduit si une seule énergie électronique moyenne « équivalente » de ~7.8 keV est utilisée pour mimer la déposition d’énergie par les particules [béta][indice supérieur -] du tritium (au lieu de la valeur moyenne de ~5.7 keV qui est utilisée fréquemment). Ceci est en complet accord avec une recommandation du rapport 17 de l’ICRU. La deuxième partie de ce mémoire concerne la radiolyse du dosimètre au sulfate cérique-céreux à températures élevées. Lors de cette radiolyse, H[indice supérieur •] (ou HO[indice inférieur 2][indice supérieur •] en présence d’oxygène) et H[indice inférieur 2]O[indice inférieur 2] produits par la décomposition radiolytique de l’eau réduisent les ions cériques Ce[indice supérieur 4+] en ions céreux Ce[indice supérieur 3+], tandis que les radicaux [indice supérieur •]OH oxydent Ce[indice supérieur 3+] en Ce[indice supérieur 4+]. Nos simulations montrent que le rendement G (Ce[indice supérieur 3+]) décroît quasi linéairement avec la température entre 25 et 250 ° C, en excellent accord avec l’expérience . Au-dessus de 250 °C, notre modèle prédit une diminution marquée de G (Ce[indice supérieur 3+]) jusqu’à ce qu’on l’observe, au lieu d’une réduction de Ce[indice supérieur 4+], une oxydation de Ce[indice supérieur 3+]. Nous montrons que cette diminution est due à l’intervention de la réaction des atomes H[indice supérieur •] avec l’eau en milieu homogène.

Abstract: Monte Carlo simulations were used here to compare the radiation chemistry of pure water and aqueous bromide solutions after irradiation with two different types of radiation, namely, tritium β-electrons (~7.8 keV) and [superscript 60]Co γ-rays/fast electron (~1 MeV) or high energy protons. Bromide ions (Br-) are known to be selective scavengers of hydroxyl radicals •OH precursors of hydrogen peroxide H[subscript 2]O[subscript 2]. These simulations thus allowed us to determine the yields (or G-values) of H[subscript 2]O[subscript 2] in the radiolysis of dilute aqueous bromide solutions by the two types of radiations studied, the first with low linear energy transfer (LET) (~0.3 keV/μm) and the second with high LET (~6 keV/μm) at 25 °C. This study was carried out under a wide range of Br- concentrations both in the presence and the absence of oxygen. Simulations clearly showed that irradiation by tritium β-electrons favored a clear increase in G(H[subscript 2]O[subscript 2]) compared to [superscript 60]Co γ-rays. We found that these changes could be related to differences in the initial spatial distributions of radiolytic species (i.e., the structure of the electron tracks, the low-energy β-electrons of tritium depositing their energy as cylindrical “short tracks” and the energetic Compton electrons produced by γ-radiolysis forming mainly spherical “spurs”). Moreover, simulations also showed that the presence of oxygen, a very good scavenger of hydrated electrons (e-[subscript aq]) and H• atoms on the 10[superscript-7] s time scale (i.e., before the end of spur expansion), protected H[subscript 2]O[subscript 2] from further reactions with these species in the homogeneous stage of radiolysis. This protection against e-[subscript aq] and H• atoms therefore led to an increase in the H[subscript 2]O[subscript 2] yields at long times, as seen experimentally. Finally, for both deaerated and aerated solutions, the H[subscript 2]O[subscript 2] yield in tritium β-radiolysis was found to be more easily suppressed than in the case of cobalt-60 γ-radiolysis, and interpreted by the quantitatively different chemistry between short tracks and spurs. These differences in the scavengeability of H[subscript 2]O[subscript 2] precursors in passing from low-LET [superscript 60]Co γ-ray to high-LET tritium β-electron irradiation were in good agreement with experimental data, thereby lending strong support to the picture of tritium-β radiolysis in terms of short tracks of high local LET. / Résumé: Les simulations Monte Carlo constituent une approche théorique efficace pour étudier la chimie sous rayonnement de l'eau et des solutions aqueuses. Dans ce travail, nous avons utilisé ces simulations pour comparer l’action de deux types de rayonnement, à savoir, le rayonnement γ de [indice supérieur 60]Co (électrons de Compton ~1 Me V) et les électrons β du tritium (~ 7,8 keV), sur la radiolyse de l’eau et des solutions aqueuses diluées de bromure. Les ions Br- sont connus comme d’excellents capteurs des radicaux hydroxyles •OH, précurseurs du peroxyde d’hydrogène H[indice inférieur 2]O[indice inférieur 2]. Les simulations Monte Carlo nous ont donc permis de déterminer les rendements (ou valeurs G) de H[indice inférieur 2]O[indice inférieur 2] à 25 °C pour les deux types de rayonnements étudiés, le premier à faible transfert d'énergie linéaire (TEL) (~0,3 keV/μm) et le second à haut TEL (~6 keV/μm). L’étude a été menée pour différentes concentrations d’ions Br-, à la fois en présence et en absence d'oxygène. Les simulations ont montré que l’irradiation par les électrons β du tritium favorisait nettement la formation de H[indice inférieur 2]O[indice inférieur 2] comparativement aux rayons γ du cobalt. Ces changements ont pu être reliés aux différences qui existent dans les distributions spatiales initiales des espèces radiolytiques (i.e., la structure des trajectoires d'électrons, les électrons β du tritium déposant leur énergie sous forme de «trajectoires courtes» de nature cylindrique, et les électrons Compton produits par la radiolyse γ formant principalement des «grappes» de géométrie plus ou moins sphérique). Les simulations ont montré également que la présence d'oxygène, capteur d’électrons hydratés et d’atomes H• sur l'échelle de temps de ~10[indice supérieur -7] s (i.e., avant la fin des grappes), protégeait H[indice inférieur 2]O[indice inférieur 2] d’éventuelles réactions subséquentes avec ces espèces. Une telle «protection» conduit ainsi à une augmentation de G(H[indice inférieur 2]O[indice inférieur 2]) à temps longs. Enfin, en milieu tant désaéré qu’aéré, les rendements en H[indice inférieur 2]O[indice inférieur 2] obtenus lors de la radiolyse par les électrons β du tritium ont été trouvés plus facilement supprimés que lors de la radiolyse γ. Ces différences dans l’efficacité de capture des précurseurs de H[indice inférieur 2]O[indice inférieur 2] ont été interprétées par les différences quantitatives dans la chimie intervenant dans les trajectoires courtes et les grappes. Un excellent accord a été obtenu avec les données expérimentales existantes.