Синхротрон раскрыл свойства опасных радиоактивных отходов
Российские ученые выяснили, как ведут себя в природной среде высокорадиотоксичные элементы – плутоний и нептуний. Исследователи из Московского государственного университета и НИЦ «Курчатовский институт» применили методы синхротронного излучения для изучения радиоактивных отходов на молекулярном уровне. Результаты работы позволят сделать изоляцию отработавшего ядерного топлива более надежной. Об этом сообщила младший научный сотрудник химфака МГУ Анастасия Кузенкова на международной конференции СКИФ-2026.
Проблема утилизации радиоактивных отходов остается одной из главных для атомной отрасли и экологии. В мире накоплено около 32 миллионов кубометров таких веществ всех классов опасности. Большая часть уже изолирована, однако 5,6 миллиона кубометров ожидают своей очереди. Особой осторожности требуют элементы первого класса опасности, к которым относятся актиниды – уран, плутоний и нептуний. Они отличаются высоким уровнем токсичности и долгим периодом полураспада.
Один из наиболее перспективных вариантов обращения с такими отходами – размещение в устойчивых горных породах на глубине в несколько сотен метров. Технология предполагает создание многобарьерной системы. Опасные вещества помещают в твердую матрицу, затем в специальный контейнер, окружают буферными материалами и герметиками. Финальным естественным препятствием служит сама скальная порода. При проектировании подобных хранилищ инженерам необходимо просчитывать риски проникновения грунтовых вод. Влага способна превратить соединения радионуклидов в растворимые формы, что грозит их миграцией в окружающую среду.
Для обеспечения безопасности на тысячи лет вперед специалистам необходимо строить точные математические модели движения химических элементов из подземных хранилищ. Точность таких прогнозов напрямую зависит от понимания реакций между радионуклидами, материалами барьеров и компонентами природных вод. Химики и физики сосредоточились на изучении того, какие новые соединения образуют плутоний и нептуний при контакте с растворенными в воде щелочными металлами, карбонатами и фосфатами.
Работать с материалами первого класса опасности технически сложно из-за жестких протоколов безопасности. Ученые выбрали методы синхротронного излучения, поскольку высокая интенсивность пучка позволяет быстро и точно анализировать микроскопические дозы вещества, в том числе образцы с низкой степенью кристаллизации. Сочетая рентгеноструктурный анализ и рентгеновскую спектроскопию поглощения, исследователи смогли рассмотреть локальное окружение атомов и определить степень окисления актинидов.
В результате эксперимента были вычислены межатомные расстояния и параметры элементарных ячеек изучаемых веществ. Физикам впервые удалось установить структуру нескольких соединений актинидов, которые ранее вообще не описывались в научной литературе. На следующем этапе ученые измерили растворимость твердых фаз и рассчитали их термодинамические параметры. Эти физико-химические показатели лягут в основу новых расчетных моделей, которые позволят инженерам точно прогнозировать концентрацию опасных веществ в воде, оценивать надежность хранилищ в долгосрочной перспективе, а при необходимости – корректировать параметры защитных барьеров на этапе строительства.
