Найден способ безопасной утилизации радиоактивного цезия

Фото из открытых источников

Ученым впервые удалось показать, как при нагреве изменяется кристаллическая структура слоистых титаносиликатов — минералов куплетскита и цезийкуплетскита. Под воздействием температуры в кислородной среде содержащийся в них марганец утрачивает электроны, из минералов «уходит» и вода. В итоге кристаллы куплетскита и цезийкуплетскита сжимаются. Результаты исследования, опубликованные в журнале Minerals, говорят о том, как эти свойства позволят использовать эти минералы для захоронения радиоактивного цезия.

Куплетскит и его цезий-содержащий аналог — цезийкуплетскит — это слоистые минералы, имеющие пористую структуру, что образована чередующимися молекулярными слоями двух типов. Одни слои – это атомы марганца с примесью железа и магния, другие составлены из титана и кремния. Между слоями лежат крупные катионы — положительно заряженные ионы, в частности, цезий.

Радиоактивный изотоп цезия (цезий-137) остаётся одним из основных загрязнителей окружающей среды при радиационных катастрофах, что делает исследование ученых из Института вулканологии и сейсмологии ДВО РАН из Петропавловска-Камчатского особенно актуальным. Они с коллегами впервые сделали описание поведения двух минералов группы куплетскита в условиях высоких температур. Образцы нагревали до 1000℃ и регистрировали изменения при помощи рентгеновской дифрактометрии. Этот метод устанавливает структуру образца по его свойству отражения рентгеновские лучи.

Уже при нагревании до температуры 500℃ кристаллические структуры минералов расширялись, но затем резко схлопывались. Сжатие, как выяснили учёные, связано с окислением. То есть, происходила отдача электронов марганца, сопровождавшаяся потерей воды соединением.

С учётом широкого распространения реакций окисления железа в породообразующих минералах эксперты сделали вывод: подобное поведение характерно и для их марганцевых аналогов, причём, в природных условиях, в глубинных оболочках Земли, или при их технологической обработке. Эти данные будут полезны в горной промышленности при добыче соединений марганца и цезия.

Другая стезя применения полученных данных - для создания материалов, избирательно ‎поглощающих‎ цезий, например, при производстве керамик, применяемых для захоронения радиоактивного цезия.