Отверждение — перевод жидких радиоактивных отходов в состав прочной и стабильной матрицы. Это необходимая мера для препятствования попаданию радионуклидов в среду обитания человека. Ученые представили новый тип материалов, которые в перспективе можно использовать для отверждения радиоактивных отходов, содержащих летучие компоненты. Разработка позволит обеспечить радиационную безопасность технологии отверждения и увеличить срок эксплуатации оборудования. Работа выполнена специалистами подведомственного Минобрнауки России Института геохимии и аналитической химии (ГЕОХИ) имени В. И. Вернадского РАН.
Летучие радионуклиды — это радиоизотопы элементов, которые обладают летучестью при повышенных температурах. Соответственно, часть радионуклидов из состава отходов может уходить в атмосферу при отверждении высокотемпературными методами.
Так, в России единственная освоенная в промышленности форма для отверждения наиболее опасных отходов высокого уровня активности — это стекло. При этом остекловывание проводится при высокой температуре (не менее 900 °С), поэтому проблема включения летучих радионуклидов крайне актуальна и требует решения. К таким радионуклидам относятся, например, цезий-137 и технеций-99, заметно улетучивающиеся при такой температуре. Кроме того, высокотемпературное остекловывание может осложнять присутствие, например, хлоридов в отдельных типах отходов, в частности отработавшего электролита пирохимической переработки облученного топлива.
Улетучивание радионуклидов и других компонентов обязывает оснащать промышленное оборудование дорогостоящими системами газоочистки. По этим причинам ученые продолжают искать новые менее высокотемпературные материалы для включения в них и надежной консервации радиоактивных отходов.
Сотрудники ГЕОХИ РАН предложили использовать в качестве формы для отверждения отходов стеклокомпозитные фосфатные материалы, изготавливаемые из стекольного порошка при средних температурах (около 600–700 °С). Это значительно повысит включение летучих компонентов отходов, которые будут входить в состав твердой стабильной матрицы, не позволяющей им мигрировать в окружающую среду и обеспечивающей длительное безопасное хранение.
«Мы установили, что стеклокомпозитный материал, содержащий 40 и 60% в пересчете на оксиды железа и фосфора соответственно, полученный из неактивного стеклопорошка в результате его последующего прессования и спекания при 650–750 °С, обладает необходимыми характеристиками, отвечающими требованиям к отвержденным отходам», — говорит заместитель директора по научной работе ГЕОХИ РАН, доктор химических наук Сергей Винокуров.
По словам авторов, снижение температуры синтеза материалов для отверждения опасных отходов на несколько сотен градусов может радикально снизить требования к конструкции плавильного оборудования и увеличить срок его эксплуатации.
В ближайшее время исследователи намерены развивать технологию в лабораторных условиях, а также провести апробацию предложенных материалов на предприятиях атомной отрасли.
Исследование проведено при финансовой поддержке Российского научного фонда (проект 22-29-01523), его результаты опубликованы в одном из международных научных журналов.
Рис. Внешний вид фосфатных стеклокомпозитных материалов.
