Ученые из Института геохимии и аналитической химии имени В.И. Вернадского Российской академии наук (ГЕОХИ РАН) разработали инновационный метод использования наноалмазов для повышения эксплуатационных характеристик магний-калий-фосфатного (МКФ) компаунда, который применяется для отверждения и захоронения радиоактивных отходов. Этот метод позволяет значительно улучшить свойства компаунда, делая его более прочным, устойчивым к выщелачиванию радионуклидов и обладающим высокой теплопроводностью.
Основные результаты исследования
В ходе исследования, результаты которого были опубликованы в журнале "Journal of Composites Science" (Fimina et al., 2025), ученые продемонстрировали, что добавление наноалмазов в МКФ компаунд снижает его пористость и повышает механическую прочность, теплопроводность и устойчивость к выщелачиванию радионуклидов. Это делает компаунд более эффективным для безопасного захоронения радиоактивных отходов.
Преимущества использования наноалмазов
Наноалмазы, полученные методом детонационного синтеза, обладают уникальными свойствами, которые делают их идеальными для использования в качестве сорбентов для радионуклидов. Они имеют развитую поверхность, устойчивы к радиации и высоким температурам, что позволяет им эффективно удерживать радионуклиды внутри компаунда. В исследовании было предложено использовать наноалмазы для предварительного выделения изотопов актинидов (239Pu, 238U) и редкоземельных элементов (на примере европия) из имитаторов жидких радиоактивных отходов с последующей их иммобилизацией в МКФ компаунд.
Оптимальные пропорции
Оптимальным наполнением компаунда является 1 масс.% наноалмазов и 20 масс.% порошка волластонита, который использовался для повышения прочности компаунда. Такой компаунд представлен целевой минералоподобной фазой состава MgKPO4*6H2O и обладает высокими эксплуатационными характеристиками: прочность на сжатие и изгиб достигают 24 МПа и 4 МПа, соответственно, при этом кажущаяся пористость компаунда не превышает 5%.
Важность теплопроводности
Введение 1 масс.% наноалмазов позволило увеличить теплопроводность МКФ компаунда, что является важной характеристикой при иммобилизации тепловыделяющих радиоактивных отходов. Коэффициент теплопроводности МКФ компаунда, содержащего 1 масс.% наноалмазов, достигает значений, которые характерны для материалов для отверждения высокоактивных отходов.
Повышение гидролитической устойчивости
Ключевым результатом стало значительное повышение гидролитической устойчивости компаунда: скорость выщелачивания 239Pu, 238U и Eu снизилась в 3-8 раз по сравнению с исходным компаундом. Это объясняется предварительной сорбцией радионуклидов на наноалмазах и их более надежным удержанием внутри получаемого компаунда.
"Полученные результаты демонстрируют комплексное положительное влияние детонационных наноалмазов на физико-химические свойства МКФ компаунда", - прокомментировала старший научный сотрудник лаборатории радиохимии ГЕОХИ РАН, кандидат химических наук Светлана Фимина.
Использование наноалмазов для предварительной сорбции радионуклидов актинидов и продуктов деления из радиоактивных отходов с последующим отверждением в МКФ компаунд является перспективным способом повышения радиоэкологической безопасности при захоронении радиоактивных отходов.
Исследование выполнено при финансовой поддержке гранта Российского научного фонда № 24-13-00430.
Источник:
http://portal.geokhi.ru/SitePages/News_691.aspx
Получите бесплатный доступ к системе Техэксперт на 7 дней
Оставайтесь с нами в соц сетях!