09.12.2022 г.
Безопасность и экономия: российские учёные изобрели новый способ утилизации радиоактивных отходов

Российские учёные предложили новый способ безопасной утилизации ядерных отходов. Обычно жидкие радиоактивные отходы утилизируют путём стеклования — их спекают в твёрдые стеклянные блоки. Проблема этого метода заключается в том, что переработка идёт при очень высокой температуре, которая повышает летучесть токсичных и радиоактивных компонентов отходов. Учёные выяснили, что температуру спекания можно сильно снизить, если добавить в стекло оксиды железа и фосфора. Использование такого материала не позволит радиоактивным элементам улетучиться и обеспечит безопасное хранение отходов в стеклокомпозитных блоках.

Учёные из российского Института геохимии и аналитической химии им. В.И. Вернадского РАН (ГЕОХИ РАН) предложили новый способ для безопасной утилизации ядерных отходов. Применение новой технологии позволит сократить издержки в процессе переработки отходов, а также снизить радиоэкологические риски. Об этом RT сообщили в пресс-службе Минобрнауки России. Результаты исследования, которое проводилось при финансовой поддержке Российского научного фонда, были опубликованы в журнале Energies.

Наиболее опасные жидкие радиоактивные отходы утилизируют путём отверждения — их добавляют в расплавленное стекло, из которого затем формируются твёрдые стеклоподобные блоки — компаунды.

Процесс «остекловывания» проводится при высоких температурах — не менее 900 °С. Это создаёт серьёзную проблему: отдельные радионуклиды относятся к летучим элементам, и это свойство элементов усиливается по мере роста температуры. К таким радионуклидам относятся, например, цезий-137 и технеций-99 — при нагреве они начинают улетучиваться. Кроме того, нагревание приводит к улетучиванию и других опасных соединений: так, из отходов некоторых типов при сильном нагревании могут выделяться соединения хлора.

Чтобы радиоактивные и токсичные вещества не попадали в атмосферу и не загрязняли окружающую среду, предприятия вынуждены применять дополнительные дорогостоящие системы газоочистки.

Авторы работы нашли решение этой проблемы: оказалось, что температуру получения отверждённых блоков на основе железа и фосфора можно снизить на несколько сотен градусов. Такой стеклокомпозитный состав получают после спекания при температурах гораздо ниже, чем обычно применяемое для утилизации отходов АЭС стекло — в этом случае достаточен нагрев до 650—750 °С. Использование такого материала не даст радиоактивным и токсичным элементам возможность улетучиваться в процессе отверждения, отмечают учёные. Кроме того, технология позволит существенно снизить требования к конструкции высокотемпературного оборудования и увеличить срок его эксплуатации.

«Мы установили, что железофосфатный стеклокомпозитный материал отвечает требованиям, которые предъявляются к остеклованным отходам. При этом он отличается существенно более низкой температурой синтеза», — пояснил RT заместитель директора по научной работе ГЕОХИ РАН, доктор химических наук Сергей Винокуров.

В ближайшее время авторы работы планируют испытать изобретение в реальных условиях, на предприятиях атомной отрасли.