Российские и белорусские ученые представили новую технологию, способную кардинально изменить подход к обращению с радиоактивными отходами. Разработка позволяет не только безопасно собирать и изолировать опасные вещества на тысячелетия, но и рассматривать их как потенциальный ресурс для будущего. В основе метода лежит синтетический материал, который сначала, подобно губке, впитывает из жидких отходов радиоактивный стронций, а затем спекается вместе с ним в монолитную сверхплотную керамику, надежно запирая радиацию внутри, сообщают «Известия».
Ключевым элементом технологии стал синтетический цеолит типа NaY – материал с уникальной микропористой структурой, работающий по принципу «молекулярного сита». Его кристаллическая решетка имеет «окна» такого размера, что позволяет эффективно поглощать ионы стронция-90, одного из самых опасных продуктов деления урана в ядерных реакторах. Этот изотоп, накапливающийся в отработавшем топливе и жидких отходах АЭС, представляет серьезную угрозу для живых организмов. «Главная опасность заключается в том, что этот элемент излучает бета-частицы с периодом полураспада около 29 лет», – рассказал научный сотрудник лаборатории ядерных технологий Института наукоемких технологий и передовых материалов ДВФУ Олег Шичалин. По его словам, из-за химического сходства с кальцием стронций-90 легко встраивается в костную ткань, облучая костный мозг и провоцируя развитие лейкемии и других онкологических заболеваний.
Предложенный сорбент успешно «вылавливает» ионы стронция даже в сложных средах, например, в морской воде, где присутствуют мешающие ионы. После насыщения цеолит превращается в твердую фазу, готовую к следующему этапу – иммобилизации. Для этого используется метод электроимпульсного плазменного спекания, при котором через материал пропускают мощные короткие импульсы тока. В результате порошок прессуется в сверхплотную керамику, по своей кристаллической структуре аналогичную природному полевому шпату – одному из самых распространенных и устойчивых минералов земной коры. Такая керамика способна надежно удерживать радионуклиды миллионы лет.
Эта технология предлагает не просто захоронение, а долговременное хранение с возможностью повторного использования. При необходимости изотопы стронция можно будет извлечь из керамической матрицы для изготовления полезных изделий, например, радиоизотопных источников энергии – РИТЭГов. Эти компактные и долговечные «батарейки» незаменимы для энергоснабжения космических спутников, удаленных маяков и автоматических метеостанций.
«Ключевое преимущество подхода в том, что один и тот же материал последовательно выполняет функцию сорбента и затем – конечной матрицы для захоронения», – прокомментировал научный руководитель направления, академик РАН Иван Тананаев. Это принципиально упрощает технологический цикл и снижает эксплуатационные расходы, внося вклад в развитие экологически устойчивой атомной энергетики.
Экспертное сообщество высоко оценивает потенциал разработки. Как отмечает профессор Сибирского федерального университета Татьяна Кулагина, стронций-90 востребован в медицине и для создания образцовых источников излучения, но главная сложность всегда заключалась в подборе надежной упаковки. Предложенная керамика эффективно решает эту проблему. В то же время, заместитель директора Института ядерной физики и технологий НИЯУ МИФИ Георгий Тихомиров подчеркивает, что это важный, но пока промежуточный шаг. Реальные радиоактивные отходы содержат и другие опасные элементы, в первую очередь цезий. Таким образом, представленная методика является значимой частью будущей комплексной технологии утилизации ядерного наследия, создание которой продолжается.