Российские ученые из лаборатории радиохимии Института геохимии и аналитической химии имени Вернадского (ГЕОХИ РАН) предложили использовать синтетические наноалмазы, полученные в результате детонационного синтеза, для повышения эксплуатационных свойств магний-калий-фосфатного (МКФ) компаунда, применяемого при отверждении и захоронении радиоактивных отходов.
Такое решение позволит усилить механическую прочность и прочие ключевые параметры материала, существенно влияющие на безопасность при длительном хранении долговременных источников ионизирующего излучения.
МКФ-компаунд — перспективный материал для фиксации радионуклидов благодаря высокой химической и радиационной стойкости. Однако при стандартном составе у такого компаунда остаются вопросы по пористости и устойчивости к выщелачиванию радиоактивных элементов. Введенные наноалмазы, имеющие гомогенную поверхность, демонстрирующие стабильность при высоких температурах и устойчивость к радиации, действуют как эффективные сорбенты радионуклидов и улучшают характеристики материала.
Добавление всего 1% наноалмазов и 20% порошка волластонита — природного игольчатого силиката кальция — позволяет снизить пористость компаунда до уровня менее 5% и повысить его прочностные характеристики (сопротивление сжатию достигает примерно 24 МПа). Кроме того, теплопроводность материала увеличивается, что особенно важно для отверждения высокоактивных отходов со значительным тепловыделением в процессе распада.
Новый подход также уменьшает скорость выщелачивания ключевых радионуклидов — таких как уран-238, плутоний-239 и европий — в 3–8 раз по сравнению с исходным компаундом. Это достигается благодаря предварительной сорбции нуклидов на наноалмазах и их более плотному удержанию внутри матрицы после отверждения.
Результаты исследования представлены в Journal of Composites Science — международном научном журнале, специализирующемся на композитных материалах, их свойствах и применениях.
Наноалмазы детонационного синтеза получают путем взрыва углеродосодержащих веществ: такой метод сравнительно недорог, а полученные частицы имеют размер в несколько нанометров и очень высокую стабильность.
В мировой науке исследуют устойчивость наноалмазов к облучению: известно, что частицы размером более ~8 нм обладают очень высокой радиационной стойкостью, что делает их подходящими для применения в качестве барьеров и сорбентов при экстремальном уровне радиации.
Комплексное влияние наноалмазов на физико-химические свойства МКФ-компаунда делает этот подход перспективным для повышения радиоэкологической безопасности при захоронении радиоактивных отходов.Светлана Фимина
Недавно редакция Hi-Tech Mail узнала о том, что внутри российского алмаза обнаружили «невозможный» минерал.