Керамика против радиации: новый метод захоронения отходов АЭС
Российские ученые предложили новый способ утилизации радиоактивных отходов атомных электростанций. Исследователи из Дальневосточного федерального университета (ДВФУ) научились «запечатывать» опасный изотоп стронций-90 в стабильную керамику на основе обычной белой глины. Технология снижает риск утечки радиации в окружающую среду и требует значительно меньше времени по сравнению со стандартными процедурами консервации.
Стронций-90 является побочным продуктом распада урана с периодом полураспада около тридцати лет. Он обладает высокой токсичностью, легко перемещается в почве и грунтовых водах, а также способен накапливаться в костях людей и животных. Операторы ядерных объектов обычно цементируют или остекловывают подобные отходы для последующего захоронения. Эти процессы неизбежно увеличивают общий объем радиоактивной массы, при этом долгосрочная безопасность таких хранилищ на протяжении столетий не всегда гарантируется.
Для надежной изоляции изотопа команда ДВФУ использовала каолин из месторождения Аухтиярви в Карело-Кольском регионе. Природную глину смешали с карбонатом стронция, имитирующим реальные отходы, и поместили в установку реакционного искрового плазменного спекания. Порошок подвергли воздействию импульсов электрического тока под высоким давлением. В результате смесь разогрелась до тысячи градусов всего за пять минут.
Как пояснил научный сотрудник лаборатории ядерных технологий ДВФУ Олег Шичалин, столь быстрый нагрев под давлением герметизирует образец и не дает радиоактивным элементам улетучиться. При этом стронций не просто физически смешивается с глиной, а проходит через химическую реакцию и встраивается в кристаллическую решетку образующихся минералов – стронциевого полевого шпата и геленита. Консолидация материалов происходит в одну стадию.
Лабораторные тесты с использованием электронной микроскопии подтвердили стабильность получившейся керамики. За месяц непрерывных испытаний в водной среде из материала выделилось лишь 0,62% от общего объема стронция. Разработчики отмечают, что этот результат на порядок превосходит показатели аналогичных материалов, синтезированных из чистых оксидов. Структура минерального блока остается однородной, надежно удерживая радионуклиды внутри.
Полученная керамика по своим свойствам имитирует природные минералы, способные лежать в земной коре миллионы лет без структурных изменений. Тем не менее текущие показатели выщелачивания пока не в полной мере соответствуют самым жестким международным стандартам для глубоких геологических хранилищ. Разработчики планируют изменить пропорции смеси и условия спекания, чтобы свести выход изотопа к абсолютному минимуму. В проекте также участвовали специалисты Сахалинского государственного университета, Кольского научного центра РАН и Национальной академии наук Беларуси.
