Ученые Института ядерной физики им.Г.И.Будкера и Института химии твердого тела и механохимии разработали высокотемпературные композитные материалы для контейнеров, транспортирующих радиоактивные отходы, сообщает пресс-служба ИЯФ.
Защитное покрытие контейнеров должно ослаблять поток альфа-, бета- гамма- и нейтронного излучений, при этом выдерживать высокие температуры и обладать высокими прочностными характеристиками.
Для этих целей хорошо подходят соединения вольфрама и бора (бориды): атомы металла поглощают альфа-, бета- и гамма-излучения, а атомы бора — нейтроны. Кроме того, бориды обладают высокой температурой плавления и высокой твердостью.
«Композиционные материалы, где в составе больше вольфрама, будут лучше поглощать гамма-излучение, где больше бора — нейтронное излучение», — говорится в сообщении.
Для предварительной подготовки образцов специалисты использовали метод механоактивации. В шаровой мельнице — специальном устройстве для смешивания и измельчения твердых веществ до микроразмеров — вольфрам и нитрид бора как бы «вбиваются» друг в друга.
После исследований в жестком рентгеновском диапазоне смесь нагревается в электронной пушке, с помощью которой запускаются химические реакции и композит напыляется на поверхность.
Отмечается, что источник электронного пучка ИЯФ (электронная пушка) разработан и изготовлен специально для электронно-лучевых технологий и обладает редкими параметрами: энергией 60 киловольт при непрерывной мощности до 30 киловатт.
При фокусировке электронного пучка меньше 1 мм в диаметре мощность преобразуется в тепло в обрабатываемом слое толщиной десяток микрометров, где температура может достигать отметки 6 тыс. градусов и выше, что позволяет работать с самыми тугоплавкими материалами.
При этом электронный пучок направляется на обрабатываемую поверхность не прямолинейно, а с поворотом на 270 градусов, что позволяет защитить катод и высоковольтную область электронной пушки от паров и мелких капель от обрабатываемого материала.
«Специалисты отметили, что им удалось достаточно просто и с малыми энергозатратами получить композиты из разных боридов, управлять процессом синтеза. В будущем, меняя соотношение состава (стехиометрию), можно регулировать ослабление того или иного вида излучения», — говорится в сообщении Интерфакса.
Перспективная технология может найти свое применение, например, на предприятиях «РосРАО», где происходит обращение с радиоактивными отходами.