Ученые создали из угольной золы матрицу для изоляции цезия-137

Новосибирск, 15 апр - ИА Neftegaz.RU. Коллективом специалистов из двух научных организаций Сибири и одного учреждения Дальнего Востока была разработана методика, позволяющая использовать золу, образующуюся на тепловых электростанциях, в качестве надежного материала для связывания цезия-137 - изотопа, вносящего существенный вклад в радиоактивное загрязнение отходов.
Об этом сообщила пресс-служба Министерства науки и высшего образования Российской Федерации.

Согласно заявлению ведомства, предложенная технология позволяет одновременно решить две масштабные проблемы: обезвреживание и безопасное размещение опасных радиоактивных отходов, а также переработку многомиллионных тонн золы, которая накапливается после сжигания угля на ТЭС. Исследователям удалось найти способ прочно «замуровывать» радиоактивный цезий-137 в устойчивую керамику, по свойствам близкую к природным минералам, что делает ее пригодной для долговременного захоронения в магматических породах.

Период полураспада цезиевых изотопов составляет многие годы, а их радиоактивность крайне высока, поэтому для защиты биосферы требуется изолировать эти вещества на десятки столетий. Мировое сообщество придерживается стратегии размещения подобных отходов в глубоких геологических формациях, однако главной трудностью остается создание достаточно прочной и химически инертной матрицы, способной предотвратить миграцию радионуклидов в окружающую среду.

Экономичным вариантом такого материала поделились ученые с Дальнего Востока и из Сибири. В качестве исходного сырья они взяли микросферы из летучей золы - частицы размером не более 10 мкм, которые накапливаются на угольных станциях в колоссальных объемах и обычно считаются вредными выбросами в атмосферу. По своему химическому и минералогическому составу эти алюмосиликатные микрошарики оказались оптимальной основой для синтеза минералов, способных удерживать цезий внутри кристаллической решетки.

Научный сотрудник лаборатории ядерных технологий Дальневосточного федерального университета О. Шичалин пояснил, что коллектив предложил рассматривать золу не в качестве отброса, а как готовый прекурсор. Микросферы пропитали жидкой смесью, имитирующей радиоактивные отходы с содержанием цезия, после чего провели высокотемпературную обработку.

В ходе химической реакции цезий не просто соединился с золой механически, а интегрировался в структуру новообразованных минералов - поллуцита и Cs-кальсилита, которые в природе сами служат ловушками для данного элемента.

Для получения конечной керамики был применен современный метод искрового плазменного спекания. Эта технология обеспечивает прессование порошкообразной массы в плотный монолит при относительно невысоких температурах, что критически важно для предотвращения испарения радиоактивного цезия. Итоговая керамика:

• достигает плотности 2,9 г/см³,
• отличается высокой механической прочностью,
• и, что самое существенное, гидролитической стойкостью.

Как полагают разработчики, полученный материал является геохимически совместимым с породами земной коры, поскольку состоит из тех же минералов, что и граниты или базальты. Следовательно, после размещения в глубинном геологическом хранилище такая керамика будет находиться в равновесии с окружающей средой и не создаст риска загрязнения в течение геологически длительных периодов.

К работе привлекались сотрудники Дальневосточного федерального университета, Сибирского федерального университета, а также Института химии и химической технологии Сибирского отделения Российской академии наук. Статья с результатами исследования вышла в издании Journal of Environmental Management. В перспективе авторы работы намерены изучить применимость данного подхода для фиксации и других долгоживущих радионуклидов.

Цезий-137 образуется при делении ядер урана и плутония, его период полураспада составляет около 30 лет, а опасность связана с высокой энергией гамма-излучения и способностью накапливаться в живых организмах. Ежегодно в России на угольных ТЭС образуются десятки миллионов тонн золошлаковых отходов, большая часть которых складируется в открытых золоотвалах, занимая тысячи гектаров земель и загрязняя атмосферу мелкодисперсной пылью. Предложенная технология позволяет превратить этот крупнотоннажный вторичный продукт в ценный материал для ядерной энергетики.


Автор: А. Шевченко