Компаунд для временного хранения кюрия и редкоземельных элементов
Сотрудники лаборатории радиохимии Института геохимии и аналитической химии им. В.И. Вернадского Российской академии наук продемонстрировали возможность использования магний-калий-фосфатного компаунда как форму для временного контролируемого хранения фракции кюрия и редкоземельных элементов (фракции Cm/РЗЭ), которую возможно выделять из высокоактивных отходов после переработки отработавшего ядерного топлива. Результаты работы опубликованы в Russian Journal of Inorganic Chemistry.
Одной из главных проблем атомной энергетики остается обращение с отработавшим ядерным топливом, при переработке которого образуются высокоминерализованные высокоактивные отходы сложного химического состава, в том числе содержащие актиниды и продукты деления. В настоящее время такие высокоактивные отходы остекловывают и готовят к захоронению в глубинном хранилище. При этом принципиально иной, перспективный подход для будущего завода большой производительности состоит в фракционировании высокоактивных отходов — разделении отходов на отдельные фракции по радионуклидному составу. Это предполагает количественное извлечение компонентов, которые возможно вернуть в ядерный топливный цикл, а также отказ от отверждения высокоактивных отходов в одной матрице. Такой подход позволит направлять долгоживущие минорные актиниды (америций и нептуний) на трансмутацию («дожигание» в реакторах для их превращения в короткоживущие изотопы или их использование для производства других ценных изотопов), а выделенную фракцию Cm/РЗЭ — на временное («распадное») хранение в приповерхностных хранилищах до превращения изотопов кюрия в изотопы плутония и их возврата в топливный цикл.
Для обеспечения ядерной безопасности фракция Cm/РЗЭ должна быть иммобилизована в устойчивый матричный материал, который должен обеспечивать надежную иммобилизацию фракции Cm/РЗЭ в течение ориентировочно 100 лет при сохранении механической и гидролитической устойчивости.
В работе авторы впервые предложили использовать магний-калий-фосфатный компаунд для иммобилизации фракции Cm/РЗЭ для её временного хранения. Показано, что полученные образцы компаунда, содержащие до 6,4 мас. % смеси редкоземельных элементов как имитатора фракции Cm/РЗЭ, обладают высокими показателями качества, соответствующими нормативным требованиям к отвержденным радиоактивным отходам, в том числе водоустойчивостью, механической прочностью, устойчивостью к термическим циклам замораживания/оттаивания.
Схема обращения с фракцией Cm/РЗЭ: отверждение в магний-калий-фосфатном компаунде, временное хранение и извлечение ²⁴⁰Pu с возвратом ядерного материала в топливный цикл
«Особое внимание в работе уделено гидролитической устойчивости компаунда. В ходе длительного испытания в течение календарного года установлено, что скорость выщелачивания неодима как имитатора поведения кюрия, а также других редкоземельных элементов (La, Ce, Sm и Gd) из образца составила значения не выше 1 мкг/(см2∙сут), а степень выщелачивания — около 0,2 %. Низкие скорость и степень выщелачивания редкоземельных элементов свидетельствуют об образовании в компаунде устойчивых малорастворимых фосфатных соединений, содержащих редкоземельные элементы», — прокомментировала старший научный сотрудник лаборатории радиохимии ГЕОХИ РАН кандидат химических наук Светлана Фимина.
Таким образом, подтверждена принципиальная возможность использования магний-калий-фосфатного компаунда для иммобилизации фракции Cm/РЗЭ после выделения из высокоактивных отходов с целью её временного хранения.
Исследование выполнено за счёт гранта Российского научного фонда № 22-73-10202-П.
Источник: пресс-служба Минобрнауки России.
