Сегодня исследуются несколько разных методов захоронения радиоактивных отходов. Наиболее распространённый промышленный способ — «запирание» их в специальных материалах-матрицах. В числе таких матриц — алюмофосфатные стёкла. Эти материалы удовлетворяют многим требованиям, предъявляемым к свойствам матриц для связывания и удержания в твёрдом виде радионуклидов (хотя и не всем). Одно из важных требований — устойчивость к выщелачиванию — выходу радиоактивного элемента из матрицы.
Исследователи из Института физической химии и электрохимии им. А. Н. Фрумкина (ИФХЭ РАН) в сотрудничестве с МГУ им. М. В. Ломоносова, Курчатовским институтом и ГЕОХИ РАН предложили новые стёкла-матрицы для долговременного хранения радиоактивных отходов. Разработанные в ИФХЭ РАН «новые стёкла, — говорит заведующий лабораторией ИФХЭ РАН профессор, доктор химических наук Сергей Владимирович Стефановский, — отличаются от уже используемых алюмофосфатных стёкол тем, что примерно половина оксида алюминия заменена на оксид железа. Это повышает химическую и кристаллизационную устойчивость стёкол». Но «выйдет» радиоактивный элемент из стеклянной матрицы или нет, зависит и от того, в каком виде он там находится. «Для каждого элемента может быть устойчивой различная степень окисления, — поясняет С. В. Стефановский. — Наиболее устойчива та, в которой элементы-радионуклиды наименее подвижны. Для данных стёкол с актинидами (радиоактивные элементы с номерами с 90 по 103. — Прим. ред.) это нептуний (IV), плутоний (IV) и америций (III)».
Управлять степенью окисления радиоактивного элемента можно, изменяя окислительно-восстановительные условия синтеза стёкол-матриц.
Зная степень окисления, учёные прогнозируют устойчивость химической конструкции к выщелачиванию. Однако, как считает один из авторов работы, ведущий научный сотрудник кафедры радиохимии химического факультета МГУ доктор физико-математических наук Юрий Александрович Тетерин, надёжное определение степени окисления актинидов — большая проблема. Российские учёные смогли разработать методику определения степени окисления таких ионов по параметрам структуры спектров рентгеновской фотоэлектронной спектроскопии валентных и внутренних электронов. Это дало возможность прогнозировать устойчивость формы нахождения ионов актинидов к выщелачиванию.
«Для оценки химической устойчивости материала выщелачивание проводят в дистиллированной воде, растворах кислот или солей, — говорит С. В. Стефановский, — причём в последнем случае — это имитация подземных вод».
Разработанная методика оценки скорости выщелачивания может использоваться на всех этапах получения атомной энергии, от разработки урановых месторождений до трансмутации* ядерных отходов и решения экологических задач.
Результаты работы исследователи опубликовали в «Journal of Alloys and Compounds».
Комментарии к статье
* Трансмутация — превращение атомов одних химических элементов в другие в результате радиоактивного распада их ядер либо ядерных реакций.
