Создан метод надёжной изоляции радиоактивного стронция с помощью белой глины
Полученный материал по свойствам близок к природным минералам и способен удерживать радионуклиды в течение геологических периодов.
Исследователи из Дальневосточного федерального университета (ДВФУ) разработали технологию превращения радиоактивного стронция-90 в стабильную минералоподобную керамику. Этот изотоп относится к числу наиболее опасных продуктов деления урана, его период полураспада составляет около 30 лет. Вещество отличается высокой радиотоксичностью и подвижностью, а также способностью накапливаться в костной ткани живых организмов.
Традиционно для захоронения подобных отходов применяется цементирование или остекловывание, однако эти методы ведут к увеличению объёма материала и не гарантируют абсолютной стабильности на долгий срок. В новом исследовании в качестве исходного сырья использовался каолин из месторождения Аухтиярви в Карело‑Кольском регионе. Белую глину смешали с карбонатом стронция (SrCO₃), который имитировал радиоактивные отходы. Полученную смесь подвергли реакционному искровому плазменному спеканию (R‑SPS). Этот метод предполагает нагрев порошка импульсами электрического тока под высоким давлением, что позволяет провести процесс очень быстро и при относительно невысоких температурах. В данном случае спекание заняло всего пять минут при 1 000 °C.
«Искровое плазменное спекание — это передовая технология, при которой порошок нагревается импульсами электрического тока под высоким давлением. В случае с каолином и стронцием мы наблюдали уникальный одностадийный процесс консолидации. В результате химической реакции стронций не просто механически смешивается с глиной, а встраивается в кристаллическую решётку двух новых минералов — стронциевого полевого шпата и Sr‑геленита», — пояснил научный сотрудник лаборатории ядерных технологий ДВФУ Олег Шичалин.
Благодаря высокой скорости нагрева и приложенному давлению удаётся герметизировать образец и предотвратить улетучивание радиоактивных элементов. Электронная микроскопия показала, что полученный материал обладает однородной структурой с равномерным распределением стронция. Рентгенофазовый анализ подтвердил образование минеральных фаз, способных надёжно удерживать радионуклиды в течение геологических сроков.
Созданная керамика прошла проверку на гидролитическую стойкость — на скорость выщелачивания ионов стронция из керамики в водную среду. В течение 30 дней экспериментов из материала в водную среду перешло лишь 0,62 % от общего объёма стронция. Это на порядок выше показателей, которые достигаются при синтезе аналогичных материалов из чистых оксидов.
«Наша керамика по своему составу и структуре максимально приближена к природным минералам, которые миллионы лет сохраняют стабильность в земной коре. Это значит, что помещённое в глубокое геологическое хранилище, такое вещество не будет источником загрязнения. Тем не менее мы видим пространство для улучшения. Полученные значения скорости выщелачивания, хоть и очень низкие, пока не в полной мере соответствуют самым строгим международным стандартам. Это задаёт направление для дальнейшей работы — мы планируем оптимизировать состав смеси и параметры спекания, чтобы сделать материал ещё более совершенным», — добавил Олег Шичалин.
В исследовании также принимали участие специалисты Сахалинского государственного университета (СахГУ), Института химии и технологии редких элементов и минерального сырья имени И. В. Тананаева Кольского научного центра РАН (ИХТРЭМС КНЦ РАН) и Института общей и неорганической химии НАН Беларуси ГНУ (ИОНХ НАНБ). Результаты работы опубликованы в издании Journal of Radioanalytical and Nuclear Chemistry, сообщает ТАСС.