Estudios de corrosión microbiológica en una instalación nuclear

• Autores: Forte Giacobone, Ana Florencia
• Año de publicación: 2012
• Idioma: español castellano
• Tipo de recurso: tesis doctoral
• Colaborador/a o director/a de tesis: Pizarro, Ramón Augusto; Cortón, Eduardo
• Materia: BIOCORROSION; AA6061; ALUMINIO; BACILLUS SP.; PSEUDOMONAS SP.; NUCLEAR; REPOSITORIO; BIOCORROSION; AA6061; ALUMINUM; BACILLUS SP.; PSEUDOMONAS SP.; NUCLEAR; REPOSITORY
• Institución: Universidad Nacional de Buenos Aires. Facultad de Ciencias Exactas y Naturales

El objetivo de este trabajo ha sido analizar las poblaciones bacterianas y los mecanismos de corrosión microbiológica en un depósito de almacenamiento interino en húmedo de elementos combustibles gastados provenientes del reactor de investigación y producción de radioisótopos, también llamado repositorio. Se realizaron análisis de la población bacteriana cultivable presente en el repositorio, identificándose 18 microorganismos diferentes, con presencia mayoritaria de Bacillus cereus, seguido del género Pseudomonas. Se investigó el efecto de una de las cepas aisladas de B. cereus, B. cereus RE10 tanto en la aleación de aluminio 6061 empleada en la fabricación de elementos combustibles como en aluminio de alta pureza (Al 99,999%). Los experimentos fueron llevados a cabo en un medio altamente diluido, con la finalidad de reproducir las condiciones ambientales presentes en el repositorio. Se observó la presencia de picaduras no cristalográficas en forma de túnel en las muestras de AA6061 expuestas a B. cereus RE10 pero no así en Al 99,999%. Dichas picaduras se encontraron cubiertas de depósitos blancos, de tipoglobular, compuestos por una mezcla de biofilm y óxido de aluminio. Sedeterminó la existencia de una correlación entre las zonas atacadas y la presencia de inclusiones de tipo Al-Fe-Si. Se postuló que dicha correlación podría estar relacionada con el pH generado en torno a las inclusiones, el cual favorecería el desarrollo del biofilm, contribuyendo a generar un fenómeno decorrosión bajo depósito. Uno de los mayores problemas en el estudio de los biofilms, en particularen presencia de óxidos, es la dificultad de seguir su desarrollo por técnicas noinvasivas, ya que habitualmente se emplean métodos basados en tratamientos tales como desecación, tinción con colorantes, etc. El uso de microorganismos genéticamente modificados capaces de producir la proteína verde fluorescente (GFP) propuesto en este trabajo, ha permitido superar este obstáculo ya quehace posible el seguimiento de los biofilms sin ningún tipo de tratamiento,mediante microscopía de epifluorescencia. Por este motivo se decidió evaluaren forma comparativa la capacidad de formación de biofilms en diferentescondiciones y el efecto sobre AA6061 en medio diluido de la cepa Pseudomonasaeruginosa PAO1, de su derivada PAO1-GFP y de dos cepas de Pseudomonasaisladas del repositorio. El empleo de la cepa PAO1-GFP como modelo enestudios de corrosión microbiológica permitiría el estudio del fenómeno enforma rápida, fácil y de bajo costo. Los resultados muestran que, en todos loscasos se observó formación de depósitos y ataque debajo de los mismos, conuna morfología similar a la encontrada para el caso de B. cereus RE10. No seencontraron diferencias significativas entre las cepas analizadas, lo quepermitiría el uso de PAO1-GFP en futuros estudios de biocorrosion. Este trabajo muestra una primera aproximación al estudio de la corrosióninducida microbiológicamente en repositorios nucleares en Argentina. Losresultados obtenidos permiten destacar la importancia de dicho fenómeno, aúnen medios con una baja concentración de nutrientes, así como también enfatizarlas ventajas del empleo de microorganismos portadores de genes reporteros enestudios de corrosión microbiológica. Como conclusión general puede decirseque la profundización de estudios de los mecanismos de corrosión inducidamicrobiológicamente podría contribuir a la prevención y control del proceso decorrosión ya que es o puede llegar a ser un fenómeno de importancia en lo referente a la vida útil, costo operativo y seguridad de este tipo de instalaciones nucleares.
The aim of this Thesis was to analyze the bacterial population and themechanisms of microbial corrosion in a spent nuclear fuel pool storage systemfrom a research reactor. Analyses of the cultivable bacterial population present in the pool wereperformed and 18 different microorganisms were identified, with apreponderance of Bacillus cereus, followed by the genus Pseudomonas. The effect of one of the isolates of B. cereus, B. cereus RE10 was investigated bothin the aluminum alloy 6061 (used for the manufacture of fuel elements) and inhigh purity aluminum (Al 99.999%). To simulate the environmental conditions,the experiments were performed using a highly diluted medium. After theexposure to B. cereus RE10 non crystallographic, tunnel-like pitting was foundon AA6061 samples but not on Al 99.999%. These pits were covered with white,lumpy, globular deposits, comprised of a mixture of biofilm and aluminumoxide. We found a correlation between the areas under attack and the presenceof inclusions such as Al-Fe-Si. It was postulated that this correlation could bethe result of the pH generated around these kinds of inclusions, which couldfavor the development and survival of the biofilm, contributing to under deposit corrosion. One of the main problems in the study of biofilms, particularly in thepresence of oxides, is the difficulty of following their development bynoninvasive techniques, since most commonly used methods are based ontreatments such as drying, staining with dyes, etc. The use of geneticallymodified microorganisms capable of producing green fluorescent protein (GFP)proposed in this Thesis, has overcome this obstacle as it allows for monitoringof biofilms without any treatment by epifluorescence microscopy. For thisreason we decided to evaluate and compare the ability to form biofilms underdifferent conditions and the effect on AA6061 in a diluted medium of the strain Pseudomonas aeruginosa PAO1, its derivative PAO1-GFP and two strains of Pseudomonas isolated from the storage system. The use of the strain PAO1-GFPas a model for microbiologically induced corrosion experiments allows thestudy of the phenomenon in a fast, easy and low cost way. The results showthat all tested Pseudomonas strains developed biofilms and initiated underdeposit corrosion on AA6061 in a diluted medium, independently of the originof the strain. The morphology of the attack was similar between the samplesexposed to the different Pseudomonas strains and the samples exposed to B.cereus RE10. This work shows a first approach to the study of microbiologicallyinduced corrosion in nuclear storage facilities in Argentina. The resultsobtained allow us to highlight the importance of this phenomenon, even inmedia with a low concentration of nutrients, as well as emphasize theadvantages of using microorganisms carrying reporter genes in studies ofmicrobiologically induced corrosion. As a general conclusion, it is possible tosay that the studying of microbiologically induced corrosion mechanisms couldcontribute to the prevention and control of a process that is or may become aphenomenon of importance in relation to the life, operating cost and safety ofnuclear installations.
Fil: Forte Giacobone, Ana Florencia. Universidad de Buenos Aires. Facultad de Ciencias Exactas y Naturales; Argentina.