В России разработали инновационный метод извлечения цезия из радиоактивных отходов

Российские ученые расшифровали структуру боросиликата, способного удерживать цезий из радиоактивных растворов и надежно его изолировать при последующем хранении.

Дмитрий ПавловАвтор Hi-Tech Mail

Ученые Российская академия наук (РАН) расшифровали кристаллическую структуру нового боросиликата, способного селективно удерживать цезий из радиоактивных растворов. В исследовании принимали участие специалисты лаборатории кристаллохимии Института геохимии и аналитической химии имени Вернадского, Южно-Уральского федерального научного центра минералогии и геоэкологии УрО РАН и Института геологии и минералогии имени Соболева СО РАН.

Материал предназначен для переработки радиоактивных отходов, в частности — жидких, где содержатся ионы цезия, представляющие серьезную опасность для окружающей среды. Результаты исследования опубликованы в журнале Next Materials.

Как это работает и зачем это нужно

Боросиликатное стекло традиционно используется для изоляции радиоактивных отходов, в том числе содержащих цезий — один из самых опасных продуктов деления урана и плутония. Однако со временем стекло может кристаллизоваться, и тогда его способность удерживать радионуклиды теряется.

В ходе эксперимента ученые синтезировали образцы стекол с разным соотношением цезия и натрия, затем подвергали их термической обработке и медленному охлаждению до 600 °C. С помощью рентгеновской дифракции, электронной микроскопии, рамановской спектроскопии и термического анализа удалось впервые подробно описать структуры возникающих кристаллических фаз.

Одна из обнаруженных фаз — боросиликат цезия с формулой CsBSi₂O₆ (т. н. «цезий-боролейцит»). При этом выяснилось, что он имеет нецентросимметричную кубическую решетку.

Кроме того, был выделен ранее неизвестный цезий-боросиликат — орторомбический Cs₂B₂Si₃O₁₀. Его каркасная структура напоминает цеолиты. Благодаря этому материал может демонстрировать повышенную устойчивость и способность надежно «захватывать» цезий.

Исследование показало, что режим охлаждения расплава — скорость и температурный график — оказывает решающее влияние на то, какие именно кристаллические соединения в нем формируются. Это значит, что технологический процесс можно контролировать, выбирая нужную фазу с заранее заданными свойствами.

Кристаллизация перестает быть лишь угрозой для целостности стекла — она превращается в инструмент создания стеклокерамических материалов, специально адаптированных для надежной изоляции цезия. По словам руководителей проекта, такие материалы могут использоваться при разработке долговременных систем хранения радиоактивных отходов.

Открытие российских ученых убедительно демонстрирует, что глубокое понимание микроструктуры и процессов фазового превращения — ключ к безопасности при утилизации радиоактивных материалов.

Об анонсированной Владимиром Путиным новой разработке для ядерной энергетики мы рассказали здесь. 

• экология
• российские ученые

Поделиться