Исследователи научились «запечатывать» радиоактивный изотоп цезий-137 в прочную минералоподобную керамику, которая может быть безопасно захоронена в глубоких геологических формациях. Для этого они используют микросферы летучей золы – мельчайшие частицы, которые обычно считаются отходами и загрязняют атмосферу. Эти микросферы по своему химическому составу идеально подходят для создания минералов, способных удерживать цезий в своей кристаллической решетке.
Зольные микросферы пропитывают раствором, имитирующим жидкие радиоактивные отходы, и подвергают высокотемпературной обработке. В результате цезий не просто смешивается с золой, а встраивается в структуру новых минералов – поллуцита и Cs-кальсилита, которые служат природными «ловушками» для этого элемента. Для получения плотной и прочной керамики применяется метод искрового плазменного спекания (SPS), позволяющий избежать потерь цезия при нагреве.
Преимущества технологии:
- Керамика обладает высокой плотностью (до 2,9 г/см³), механической прочностью и гидролитической стабильностью.
- Скорость утечки цезия-137 в воду составляет всего 10⁻⁵–10⁻⁶ г/см² в сутки, что соответствует самым строгим российским и международным стандартам.
- Материал геохимически совместим с породами земной коры, что гарантирует его безопасность при захоронении на протяжении тысячелетий.
Технология не только обеспечивает надежную изоляцию радиоактивных отходов, но и открывает путь к экологичной переработке огромных объемов золошлаковых отходов ТЭС. В дальнейшем ученые планируют использовать этот подход не только для цезия-137, но и иммобилизации других долгоживущих радионуклидов, что расширит сферу применения разработки.
«По сути, мы создали материал, который геохимически совместим с породами земной коры. Он состоит из тех же минералов, что и граниты или базальты, – отмечает доктор химических наук, ведущий научный сотрудник ИХХТ СО РАН, заведующий кафедрой химии СФУ Татьяна Верещагина. – Это означает, что, будучи помещенным в глубокое геологическое хранилище, он будет находиться в равновесии с окружающей средой и не станет источником загрязнения на протяжении геологических эпох. Создание такого хранилища планируется в Нижнеканском гранитоидном массиве вблизи г. Железногорска в Красноярском крае. В настоящее время уже ведется строительство подземной исследовательской лаборатории по изучению возможностей финальной изоляции радиоактивных отходов 1 и 2 классов в глубокой геологической формации. Результаты нашей совместной работы – это вклад в реализацию этого проекта, которые могут стать основой для сотрудничества с НО РАО и другими заинтересованными предприятиями Росатома».
Результаты исследования опубликованы в Journal of Environmental Management.
