Российские ученые разработали новую методику обращения с опасными материалами, которая обещает существенно повысить экологическую безопасность атомной энергетики. Специалисты Института геохимии и аналитической химии им. В. И. Вернадского (ГЕОХИ РАН) впервые предложили использовать синтетические наноалмазы в технологическом процессе отверждения и последующего захоронения радиоактивных отходов. Как сообщили в пресс-службе Минобрнауки РФ, инновационный подход позволяет надежнее изолировать опасные нуклиды от окружающей среды.
Главным компонентом усовершенствованной технологии стали наноалмазы детонационного синтеза. Эти микроскопические частицы размером всего в несколько нанометров получают путем подрыва углеродосодержащих взрывчатых веществ в специальных камерах. Несмотря на сложное название, такой материал является относительно недорогим в производстве, однако его добавление кардинально меняет свойства матриц, используемых для консервации радиоактивных отходов.
Традиционно для иммобилизации отходов применяют различные цементирующие составы. В лаборатории радиохимии ГЕОХИ РАН в качестве наиболее перспективной основы рассматривают минералоподобный магний-калий-фосфатный (МКФ) компаунд. Однако даже этот надежный материал исследователям удалось улучшить. Введение наноалмазов в структуру компаунда делает его гораздо более устойчивым к внешним воздействиям.
Эксперты отмечают, что наноалмазы обладают развитой поверхностью и работают как эффективные сорбенты, буквально впитывая в себя радионуклиды. Кроме того, они отличаются высокой стойкостью к радиационному излучению и экстремальным температурам. Благодаря этим свойствам модифицированный материал становится менее пористым, а значит – более герметичным и долговечным.
В ходе экспериментов химики добились значительного улучшения физико-химических характеристик защитной матрицы. Новый состав демонстрирует повышенную механическую прочность и теплопроводность. Критически важным достижением стала высокая устойчивость к выщелачиванию. Это означает, что даже при возможном контакте с грунтовыми водами риск выхода опасных веществ за пределы контейнера сводится к минимуму, что является ключевым требованием для пунктов захоронения.
Ученые экспериментально вывели оптимальную формулу защитного состава. Наилучшие показатели достигаются при добавлении в матрицу одного массового процента наноалмазов и 20 массовых процентов порошка волластонита – природного игольчатого силиката кальция, который служит своего рода арматурой, дополнительно повышающей прочность материала. Результаты этого исследования, выполненного при поддержке гранта Российского научного фонда, опубликованы в международном издании Journal of Composites Science.