Ученые Томского политехнического университета изучают процессы, связанные с влиянием температуры на диффузию и сорбцию катионов глинистого материала, который используется для подземного захоронения радиоактивных отходов (РАО). В перспективе это поможет рассчитать оптимальную температуру и толщину защитного слоя для хранения РАО и таким образом увеличить эффективность инженерных барьеров безопасности для захоронения.
Исследование проводится в рамках аванпроекта и программы «Приоритет 2030». Результаты работы ученых опубликованы в журнале ACS Omega. Вывод из эксплуатации объектов атомной отрасли и ликвидация пунктов временного хранения РАО — одна из ключевых задач в рамках реализации федеральной целевой программы по обеспечению ядерной и радиационной безопасности.
Работы по выводу из эксплуатации ядерных и радиационно-опасных объектов (ЯРОО) чаще всего включают создание дополнительных инженерных барьеров безопасности, температура которых может существенно зависеть от типа хранилищ и условий эксплуатации. Таким образом, важно понимать, как изменение температуры влияет на поведение глинистого материала и, как следствие, эффективность и долговременность работы барьера, предотвращающего выход радионуклидов в окружающую среду.
Ученые ТПУ моделируют зависимость от температуры процессов диффузии и сорбции в вермикулите — распространенной в России разновидности глины. Это одна из немногих работ в научной среде, посвященных изучению поведения защитного вещества при разных температурах. Оценка коэффициента диффузии катионов проводилась экспериментально и путем компьютерного моделирования.
«В ходе исследования мы выяснили, что между барьерными свойствами материала и температурными изменениями нет линейной зависимости. Но существуют определенные значения, когда воздействие радиации на защитный слой наименее активное. Например, начиная с ноля градусов коэффициент диффузии ионов радионуклидов в глине нарастает, и стремительный рост продолжается до 40-70 градусов. Далее скорость миграции ионов через защитный барьер понемногу уменьшается. Оказывается, что коэффициенты диффузии при ноле и 150 градусах отличаются незначительно», — рассказывает профессор отделения ядерно-топливного цикла Вячеслав Мышкин.
На следующем этапе исследования ученые сопоставят барьерные свойства вермикулита с другими материалами. Это позволит сформулировать более точные рекомендации для захоронений РАО. Моделирование процесса позволит определить, какую толщину барьера и какую разновидность глины необходимо использовать для снижения уровня миграции радионуклидов на протяжении всего периода потенциальной опасности объекта использования атомной энергии.