Российские ученые создали керамические матрицы для надежного захоронения радиоактивных отходов

Ученые Дальневосточного федерального университета (ДВФУ) совместно с коллегами из Кольского научного центра РАН (КНЦ РАН) и Санкт-Петербургского государственного университета (СПбГУ) разработали технологию переработки материалов, используемых для очистки воды от радиоактивных веществ. Насыщенный радионуклидами сорбент исследователи предложили превращать в прочную керамику, способную надежно удерживать опасные элементы, препятствуя их попаданию в окружающую среду.

При очистке жидких радиоактивных отходов опасные радионуклиды, такие как цезий-137 и стронций-90, поглощаются сорбентом, который после этого сам становится радиоактивным отходом. Поэтому важно, чтобы сорбент не только удалял опасные вещества из воды, но и надежно фиксировал их после этого.

Для решения этой проблемы авторы исследования предложили двухэтапную технологию: сначала сорбент извлекает радионуклиды из воды, а затем его превращают в плотный керамический материал. При этом цезий и стронций оказываются «запертыми» внутри кристаллической структуры керамики.

Основой для исследования стал искусственный аналог природного минерала иванюкита — натриевого титаносиликата. Его синтезировали специалисты КНЦ РАН. Благодаря своей кристаллической структуре этот материал способен эффективно захватывать из воды ионы цезия и стронция. В ходе экспериментов сорбент показал высокую способность поглощать радионуклиды — до 176,4 мг цезия и 192,6 мг стронция на один грамм материала.

«Разработанная методика синтеза аналога данного минерала позволяет получать его на основе доступного минерального сырья Мурманской области, что открывает возможности для развития его производства совместно с горнорудными предприятиями региона», — отметил один из авторов исследования, сотрудник Центра исследований наноматериалов и Геологического института КНЦ РАН, кандидат геолого-минералогических наук Виктор Яковенчук.

Специалисты ДВФУ превратили насыщенный радионуклидами сорбент в керамику с помощью искрового плазменного спекания. Для этого порошок помещали в специальную форму, одновременно нагревали и сжимали. Под воздействием высокой температуры и давления частицы материала соединялись между собой в плотный прочный блок.

Затем исследователи проверили, насколько хорошо образцы, полученные при температурах 600 и 1000 °C удерживают радиоактивные элементы. Для этого их в течение 30 дней выдерживали в воде и регулярно анализировали ее состав, отслеживая, сколько цезия и стронция покидает керамику и переходит в воду.

«После 14 дней испытаний скорость выхода этих элементов в воду стабилизировалась на очень низком уровне (10⁻⁷–10⁻⁸ г/см²·сут), причем в дальнейшем она не увеличивалась. Это говорит о высокой устойчивости полученного материала к воздействию воды и о надежной фиксации радионуклидов внутри керамики», — рассказал один из авторов исследования, научный сотрудник лаборатории ядерных технологий ДВФУ, кандидат химических наук Олег Шичалин.

Источник: Официальный ресурс Министерства образования и науки Российской Федерации