Кольский научный центр РАН, ДВФУ и СПбГУ разработали керамические матрицы для надежного захоронения радиоактивных отходов

Учёные Дальневосточного федерального университета совместно с коллегами из Кольского научного центра РАН и Санкт-Петербургского государственного университета предложили технологию переработки сорбентов, насыщенных радионуклидами, в прочную керамику. Результаты опубликованы в Journal of the European Ceramic Society.

При очистке жидких радиоактивных отходов от цезия-137 и стронция-90 используются специальные сорбенты, которые «захватывают» опасные вещества из воды. После очистки сорбент сам становится радиоактивным отходом. Учёные объединили два этапа: сначала сорбент извлекает радионуклиды, а затем его превращают в плотный керамический материал, внутри кристаллической структуры которого цезий и стронций надёжно фиксируются.

Основой стал искусственный аналог природного минерала иванюкита — натриевого титаносиликата. Его синтезировали в Кольском научном центре РАН на основе доступного минерального сырья Мурманской области. В экспериментах сорбент показал высокую ёмкость: до 176,4 мг цезия и 192,6 мг стронция на грамм материала.

Ключевой этап — перевод сорбента в керамику — выполнили в ДВФУ методом искрового плазменного спекания. Порошок помещают в форму, одновременно нагревают и сжимают; под воздействием температуры и давления частицы соединяются в плотный прочный блок. Образцы получили при 600 и 1000 °C, затем в течение 30 дней выдерживали в воде, анализируя её состав. После 14 дней скорость выхода цезия и стронция стабилизировалась на уровне 10⁻⁷–10⁻⁸ г/(см²·сут) и далее не увеличивалась. Цезийсодержащий образец оказался твёрже исходного материала.

Учёные СПбГУ с помощью рентгеновского анализа и электронной микроскопии проследили превращения материала при нагревании. При 1000 °C в цезийсодержащей керамике формируются рутил и голландит, чья кристаллическая структура способна удерживать крупные атомы. В стронцийсодержащей керамике образуются перовскит и таусонит (SrTiO₃), также рассматриваемые как основа для фиксации стронция.

Работа стала первым успешным примером консолидации иванюкита методом искрового плазменного спекания. Отработанный сорбент превращается не в ещё одну форму отходов, требующую дополнительной переработки, а в компактный и устойчивый керамический материал для долговременной фиксации радионуклидов. Разработка может быть востребована при переработке отходов радиохимических производств, ликвидации последствий радиационных аварий, реабилитации загрязнённых территорий и в медицинской радиохимии для создания керамических мембран радионуклидных генераторов.

#РАО #керамика #ДВФУ #КНЦРАН #СПбГУ #радиоактивныеотходы #экология #наука #РНФ #иванюкит #искровоеплазменноеспекание #ядернаямедицина #Россия