Предложен эффективный метод захоронения радиоактивного стронция-90

Фото из открытых источников

Учеными Дальневосточного федерального университета (ДВФУ) разработана эффективная методика превращения опасного радиоактивного изотопа стронция-90 (90Sr) в стабильную минералоподобную керамику. Новация даст возможность сделать захоронение долгоживущих отходов ядерной энергетики более безопасным, рассказали ТАСС в Минобрнауки РФ.

Стронций-90 - один из наиболее опасных продуктов деления урана, имеет период полураспада около 30 лет. У него высокая радиотоксичность и подвижность, вещество может накапливаться в костной ткани живых организмов. Для его захоронения обычно используют методики цементирования или остекловывания, но это увеличивает объем отходов и не даёт гарантий абсолютной долговременной стабильности.

Российские специалисты предложили применять как исходный материал каолин или белую глину, их смешивали с имитатором радиоактивных отходов - карбонатом стронция (SrCO3), а затем смесь подвергалась обработке по методу реакционного искрового плазменного спекания (R-SPS). По этой инновационной технологии порошок нагревают импульсами электрического тока при высоком давлении. Что делает возможным проведение процесса очень быстро и при относительно малых температурах - за пять минут при 1 000 градусов.

В случае с каолином и стронцием наблюдался неожиданный одностадийный процесс консолидации. Стронций не просто механически смешивается с глиной, а оказывался встроенным в кристаллическую решетку двух новых минералов - стронциевого полевого шпата и Sr-геленита.

При высокой скорости нагрева и приложенном давлении появляется шанс герметизации образца, что не даёт улетучиваться радиоактивным элементам, как это бывает при традиционном длительном нагреве. При помощи электронной микроскопии эксперты выяснили, что полученный материал отличается однородной структурой и равномерным распределением стронция. Рентгенофазовый анализ показал формирование целевых минеральных фаз, что способны надежно задерживать радионуклиды на протяжении геологических сроков.

Полученный материал успешно протестировали на гидролитическую стойкость, то есть, на скорость выщелачивания в водную среду ионов стронция из керамики. За 30 дней опытов из материала получилось выщелочить только 0,62% от общего объема стронция, это на порядок выше показателей, которые достигаемы при синтезе подобных материалов из чистых оксидов, заверили авторы работы.

Новая керамика по составу и структуре сильно приближена к природным минералам, миллионы лет сохраняющим стабильность в земной коре. Значит, такое вещество, будучи помещенным в глубокое геологическое хранилище, не станет источником загрязнения.

Но учёные намерены идти дальше: оптимизировать состав смеси и параметры спекания, дабы придать материалу еще больше надёжности.