Соединениями, которые способны прочно и эффективно связывать плутоний и другие долгоживущие радионуклиды, оказались минералы на основе ортофосфатов.
Своеобразный гибрид мусорной корзины и надежного сейфа для высокоактивных отходов разрабатывают ученые из Нижегородского государственного университета и их коллеги из ФГУП "ГНЦ РФ НИИ атомных реакторов" и ФГУП "ПО "Маяк". Синтезированные ими фосфаты, точнее - ортофосфаты, и керамики на их основе, возможно, станут исключительно эффективными "камерами хранения" для америция, заплутониевых элементов, а также многих продуктов ядерного деления.
Поскольку в конечном итоге лимитирующей стадией в производстве атомной энергии может стать способность - или неспособность человечества справиться со все увеличивающимися объемами радиоактивных отходов, неизбежно приходится разрабатывать технологии, которые позволяли бы либо использовать отдельные их компоненты для пользы человека (например, в медицинских источниках излучений для диагностики и лечения), либо в как можно более компактном и безопасном виде "убирать подальше". Ученые из Нижнего Новгорода и разрабатывают такие методы, которые позволили бы сконцентрировать опасные радионуклиды, использовать которые пока не представляется возможным, в небольших по объему и очень прочных минеральных матрицах на основе фосфатов. Которые представляют собой сложные соли фосфорной кислоты и различных катионов, в том числе урана, тория, других актиноидов, .
Сначала химики разработали методы синтеза простых и сложных фосфатов, одним из компонентов которых были радиоактивные атомы - актиноиды, или их стабильные химические аналоги из числа лантаноидов, а в некоторых случаях еще и цезий. Необходимые реагенты авторы, как правило, добавляли прямо в раствор или расплав, содержащий радионуклиды - то есть в те самые отходы, с которыми нужно что-то делать. Поскольку растворяются такие фосфаты плохо, они выпадают в осадок. Полученный осадок ученые прессовали и отжигали при высокой, от 600 до 1000 градусов, температуре. При этом химики так выбирали условия синтеза, чтобы добиться максимальной степени извлечения наиболее опасных и долгоживущих радионуклидов. И в то же время - наиболее высокой устойчивости полученного керамического материала, как химической, так и радиационной.
Оказалось, что некоторые методы, действительно, позволяют получить исключительно перспективные материалы. Это керамика, кристаллическая структура которой обладает весьма высокой емкостью по отношению к радиоактивным изотопам изученных металлов. Причем исследователи выяснили, например, какой именно должна быть структура матрицы, чтобы катионы металла с тем или иным радиусом как можно более эффективно и прочно в ней удерживались - каким должен быть ее состав и как ее следует готовить. Скажем, оказалось, что керамика со структурой минералов монацита, коснарита, витлокита (геологам, кристаллохимикам и космохимикам хорошо известны эти термины) лучше подходит для того, чтобы фиксировать актиноиды, а катионы щелочных металлов лучше удерживают фосфаты со структурой лангбейнита или того же коснарита.
Интересно, что химическую устойчивость материалов авторы проверяли, выдерживая керамику практически в кипятке (в воде с температурой 90(С ), хотя в реальности таких экстремальных условий в хранилище радиоактивных отходов, разумеется, не будет ( разве что при аварийных ситуациях) - ведь никому не придет в голову устраивать хранилище в гейзере!. Но даже в этом случае, как выяснилось, чтобы выпустить на свободу хотя бы несколько микрограмм опасных радионуклидов с сантиметра поверхности керамики, ее придется кипятить несколько дней подряд. В обычных же условиях на это понадобятся века - и то, это если держать керамику в воде. Что же касается термической и радиационной устойчивости, то и она, как выяснилось, вполне удовлетворяет требованиям, которые предъявляют к отвержденным высокоактивным отходам. Надо надеяться, что полученные исследователями из Нижнего Новгорода знания, и теоретические, и практические, позволят решить хотя бы часть проблем, связанных с высокоактивными отходами ядерных технологий.
"Успех в этой чрезвычайно сложной и "разноликой" проблеме приходит не просто, - говорит доктор химических наук профессор Альбина Орлова. И во многом он оказался возможен благодаря сотрудничеству нижегородских химиков с ведущими предприятиями атомной отрасли, с геологами из МГУ и Черноголовки, с физиками из Дубны, со специалистами научных центров стран Евросоюза и благодаря активному участию молодежи - в том числе аспирантов и студентов".
Источник: Информнаука
