Специалисты лаборатории радиохимии Института геохимии и аналитической химии им. В.И. Вернадского Российской академии наук уточнили допустимую вариацию химического состава натрий-алюмо-железо-фосфатного (NAFP) стекла для надёжной иммобилизации железосодержащих радиоактивных отходов. в результате они установили, как изменение содержания основных структурообразующих компонентов влияет на состав и гидротермальную устойчивость стекла.

В настоящее время алюмофосфатное стекло является единственным промышленно применяемым в России материалом для иммобилизации высокоактивных отходов. При этом состав получаемого стекла может меняться при переработке накопленных отходов, содержащих высокое количество железа. Таким образом, актуальной задачей является определение диапазона допустимого изменения состава NAFP стекла, в котором образцы будут обладать высокой устойчивостью к выщелачиванию при повышенных температурах. Это важно, потому что температура остеклованных радиоактивных отходов, содержащих тепловыделяющие радионуклиды, в пунктах глубинного захоронения через 100 лет с начала заполнения будет составлять около 90–95 °C.

В данном исследовании авторы определили фазовый состав, структуру и гидротермальную устойчивость полученных закаленных образцов NAFP стекла. Учёные подтвердили однородность и аморфность стекла, что важно для сохранения свойств матрицы в долгосрочной перспективе. Исключение составили образцы с пониженным содержанием Na₂O и повышенным содержанием (Al₂O₃ + Fe₂O₃), в которых наблюдалась кристаллизация.

Структурные исследования методом инфракрасной спектроскопии подтвердили, что для устойчивых составов характерна полимеризованная анионная матрица с преобладанием связей O–P–O, что указывает на формирование прочной фосфатной сетки.

Ключевым этапом стала оценка гидротермальной устойчивости при 90–95 °C по различным стандартным методикам выщелачивания. Наиболее стабильные составы стекла характеризовались скоростью выщелачивания натрия и фосфора порядка 10⁻⁵ г/(см²·сут), а алюминия и железа — 10⁻⁶–10⁻⁷ г/(см²·сут), что сопоставимо со скоростью выщелачивания матрицеобразующих компонентов из промышленного стекла.

«В результате работы выбраны составы (на рисунке), сохраняющие аморфность и демонстрирующие высокую устойчивость к выщелачиванию при повышенной температуре, которые в настоящие время исследуют на соответствие требуемым нормативным требованиям к стеклоподобному компаунду для кондиционирования радиоактивных отходов, что позволит прогнозировать качество получаемого стекла при кондиционировании железосодержащих радиоактивных отходов», — прокомментировала старший научный сотрудник лаборатории радиохимии ГЕОХИ РАН кандидат химических наук Светлана Фимина.

Исследование выполнено при финансовой поддержке Российского научного фонда, грант № 22-73-10202. Результаты исследования были опубликованы в журнале Radiochemistry.

Источник: пресс-служба Минобрнауки России.