Наноалмазы улучшают качество материала для отверждения радиоактивных отходов
Сотрудники лаборатории радиохимии Института геохимии и аналитической химии им. В.И. Вернадского РАН предложили использовать наноалмазы детонационного синтеза для повышения эксплуатационных свойств получаемого при комнатной температуре минералоподобного магний-калий-фосфатного (МКФ) компаунда для отверждения и захоронения радиоактивных отходов.
Добавление наноалмазов позволило снизить пористость МКФ компаунда и повысить механическую прочность, теплопроводность и устойчивость к выщелачиванию радионуклидов. Результаты работы опубликованы в Journal of Composites Science.
Безопасное обращение с радиоактивными отходами, содержащими долгоживущие радионуклиды, остаётся одной из ключевых задач атомной энергетики. Перед захоронением радиоактивные отходы необходимо переводить в твёрдые химически и радиационно стойкие матрицы для предотвращения выхода радионуклидов в окружающую среду. Перспективным материалом для отверждения радиоактивных отходов является МКФ-компаунд.
Авторы предложили вводить наноалмазы в МКФ-компаунд для повышения его устойчивости. Наноалмазы являются эффективными сорбентами для радионуклидов радиоактивных отходов, обладают развитой поверхностью, устойчивостью к радиации и высоким температурам. В работе предложено использовать наноалмазы как сорбенты для предварительного выделения изотопов актинидов (плутоний-239, уран-238) и редкоземельных элементов (на примере европия) из имитаторов жидких радиоактивных отходов с последующей их иммобилизацией в МКФ-компаунд.
Повышение качества магний-калий-фосфатного компаунда для иммобилизации радиоактивных отходов путём введения детонационных наноалмазов
Показано, что оптимальным наполнением компаунда является 1 масс.% наноалмазов, а также 20 масс.% порошка волластонита, который использовали для повышения прочности компаунда. Такой компаунд представлен целевой минералоподобной фазой состава MgKPO₄*6H₂O и обладает высокими эксплуатационными характеристиками: прочность на сжатие и изгиб достигают 24 МПа и 4 МПа, соответственно, при этом кажущаяся пористость компаунда не превышает 5 %.
Следует особо отметить, что введение 1 масс.% наноалмазов позволило увеличить теплопроводность МКФ-компаунда — важную характеристику при иммобилизации тепловыделяющих радиоактивных отходов. Коэффициент теплопроводности МКФ-компаунда, содержащего 1 масс.% наноалмазов, достигает значений, которые характерны для материалов для отверждения высокоактивных отходов.
Ключевым результатом стало значительное повышение гидролитической устойчивости компаунда: скорость выщелачивания изотопов плутония и уранаи и европия снизилась в 3—8 раз по сравнению с исходным компаундом. Это объясняется предварительной сорбцией радионуклидов на наноалмазах и их более надёжным удержанием внутри получаемого компаунда.
«Полученные результаты демонстрируют комплексное положительное влияние детонационных наноалмазов на физико-химические свойства МКФ-компаунда», –- прокомментировала старший научный сотрудник лаборатории радиохимии ГЕОХИ РАН Светлана Фимина.
Таким образом, использование наноалмазов для предварительной сорбции радионуклидов актинидов и продуктов деления из радиоактивных отходов с последующим отверждением в МКФ-компаунд является перспективным способом повышения радиоэкологической безопасности при захоронении радиоактивных отходов.
Исследование выполнено при финансовой поддержке гранта Российского научного фонда.
Источник: ГЕОХИ РАН.
