Ученые создали новый способ улавливания радиоактивных отходов для длительного хранения

В 32 странах мира работает около 440 атомных электростанций, производящих около 10% мировой электроэнергии. Еще 60 реакторов находятся в стадии строительства, и предлагается еще 300.Добыча и переработка урана, а также работа атомных электростанций могут производить ряд радиоактивных элементов (называемых радионуклидами). Они могут представлять длительную опасность при попадании в окружающую среду. Жидкие радиоактивные отходы представляют собой особую проблему: они часто содержат смесь радионуклидов, и немногие технологии могут надежно улавливать и безопасно удерживать эти загрязняющие вещества, быстро и эффективно.Специально для это был изобретен быстрый процесс захвата радионуклидов из жидких отходов в глиноподобный минерал, который затем можно обжечь, чтобы получить стабильный материал для утилизации и длительного хранения. Исследование опубликовано в Scientific Reports и вскоре будет представлено на Симпозиуме по управлению отходами, крупнейшей в мире конференции по обращению с радиоактивными отходами.Улавливание радиоактивных элементовДавно известно, что некоторые минералы могут улавливать определенные радионуклиды. Однако этот процесс часто включает пропускание загрязненной воды через многочисленные фильтры, заполненные этими материалами.Новая технология (называемая EUREECA), напротив, использует подход, при котором глиноподобный минерал, называемый слоистым двойным гидроксидом, образуется в водах, загрязненных радионуклидами. Эти минералы являются природными абсорбентами, способными одновременно удалять целый ряд радионуклидов, включая эти и другие загрязняющие вещества в качестве строительных блоков в свою структуру.Этот простой подход имеет много преимуществ по сравнению с традиционными технологиями. На практике в загрязненную воду добавляют два обычных промышленных химиката. Реакция происходит за считанные секунды с образованием слоистого двойного гидроксидного минерала с захваченными внутри радионуклидами.Важно отметить, что минерал обычно составляет менее 0,5% массы обрабатываемой воды. Это означает, что загрязнители становятся в сотни раз более концентрированными. Минерал также легко отделяется от воды с помощью обычных промышленных методов разделения.В исследованиях с использованием сточных вод австралийского уранового рудника минерал содержал до 1% урана - более высокая концентрация, чем в руде рудника. Также было уловлено множество других загрязняющих веществ, в том числе ряд радионуклидов, высвобождаемых во время добычи полезных ископаемых и связанной с ними деятельности.Выпечка для длительного храненияПосле того, как загрязняющие вещества были захвачены слоистым двойным минералом гидроксида, они должны быть заблокированы навечно. Это следующий шаг процесса EUREECA: обжиг минерала для его преобразования, как керамика в печи.Исследователи нагрели минерал до более чем 1300 ℃, аналогично потоку лавы, и вместе с коллегами из Университета Кертина проанализировали, как он изменился на атомном уровне. Произошло несколько интересных изменений.Во-первых, слоистый двойной гидроксид превратился в три отдельных минерала: оливин, периклаз и шпинель. Это комбинация минералов, обычно встречающихся в нижней мантии на глубине около 2500 км под поверхностью Земли.Эти минералы не только стабильны при высоких температурах и давлениях, но и в значительной степени устойчивы к радиационному повреждению.Когда обожженные минералы остыли, обнаружилось, что концентрация радионуклидов еще больше увеличилась. Уран, торий, свинец и другие загрязняющие вещества теперь были выдавлены в новые минералы, образовавшиеся на микроскопически тонких границах между оливином, периклазом и шпинелью.В этих пограничных районах концентрация радионуклидов была примерно в 50 000 раз выше, чем в исходных урансодержащих сточных водах.Легкая дезактивацияДанный процесс имеет множество потенциальных применений для улавливания, локализации и бессрочного хранения растворимых радиоактивных отходов. Помимо очистки сточных вод урановых рудников, их можно использовать для улавливания и удержания радионуклидов из потоков медицинских отходов.Он также был бы очень полезен после ядерной катастрофы на АЭС Фукусима-1 в 2011 году, в результате которой образовалось огромное количество сложных жидких отходов.Вместо использования нескольких этапов и значительных, часто сложных процедур и инфраструктуры по очистке воды технология EUREECA могла бы быть быстро развернута для обеззараживания воды и удаления радионуклидов в твердые минералы для долгосрочного хранения.