Кристаллические минералоподобные матрицы для иммобилизации актиноидов

• Автор: Бураков, Борис Евгеньевич
• Шифр специальности: 25.00.05
• Научная степень: Докторская
• Год защиты: 2013
• Место защиты: Санкт-Петербург
• Количество страниц: 186 с. : ил.

Содержание
Обозначения и сокращения
Введение
ГЛАВА 1. Актиноиды в природных минералах, ядерном топливе, промышленных изделиях и техногенных материалах, образовавшихся в процессе аварии на Чернобыльской АЭС
1.1. Общие сведения об актиноидах
1.1.1. Краткий обзор по истории открытия актиноидов
1.1.2. История применения актиноидов
1.1.3. Общие свойства актиноидов и необходимость иммобилизации
1.1.4. Краткая характеристика природных минералов урана и тория
1.1.5. Природные устойчивые и-ТЪ-содержащие минералы
1.1.6. Актиноиды, синтезированные человеком
1.1.7. Актиноиды в современном и будущем ядерном топливном цикле
1.1.8. Закрытые источники ионизирующего излучения
1.2. Техногенные минералы Чернобыльских «лав» и «горячих» частиц
Г ЛАВА 2. Минералоподобные матрицы для иммобилизации актиноидов
2.1. Керамические формы актиноидных отходов — краткий обзор
2.2. Титанатные керамики
2.2.1. Синрок
2.2.2. с пирохлоровой структурой
2.3. Фосфатные керамики
2.3.1. ЬпР04 с монацитовой структурой
2.3.2. Ториевый фосфат-дифосфат (ТРБ)
2.3.3. Аналоги коснарита
2.3.4. Аналоги апатита
2.4. Циркониевые и гафниевые керамики
2.4.1. Аналоги циркона и гафнона
2.4.2. Аналоги тажеранита
2.5. Алюминатные керамики

2,6. Самосветящиеся кристаллические материалы
ГЛАВА 3. Синтез актиноидсодержащих керамик и монокристаллов
3.1. Получение исходной шихты
3.1.1. Золь-гель метод
3.1.2. Со-осаждение и неселективная сорбция из растворов
3.1.3. Оксидные смеси
3.2. Горячее прессование
3.3. Холодное прессование с последующим спеканием
3.4. Плавление-кристаллизация
3.5. Самораспространяющийся высокотемператуный синтез (СВС)
3.6. Выращивание монокристаллов
ГЛАВА 4. Особенности изучения высокорадиоактивных образцов
4.1. Рентгенофазовый анализ
4.2. Оптическая и электронная сканирующая микроскопия
4.3. Рентген осп ектральный микроанализ
4.4. Катодолюминесценция и Рамановская спектроскопия
4.5. Тесты на выщелачивание и фазовые изменения
ГЛАВА 5. Радиационные эффекты в 238Ри-содержащих образцах
5.1. Инициирование ускоренных радиационных повреждений
5.2. Керамика на основе аналогов циркона и гафнона
5.3. Монокристаллический синтетический циркон (Zr0i977Puo,o23)Si04
5.4. (Zr0 79Gdo.i4PUo,07)Oi.99H Pu02
5.5. (La0i9Puo,i)P04H PuP04 со структурой монацита
5.6. Монокристаллический синтетический монацит (Еи0,937Рио,обз)Р04
5.7. «Пирохлоровая» керамика на основе (Ca! 16Gdo.23Hfoi3oPuoi24U042)Ti207
Заключение и основные выводы
Публикации автора по теме диссертации
Список цитируемой литературы

ОБОЗНАЧЕНИЯ И СОКРАЩЕНИЯ
Ä ангстрем, 10'10 метра
АЭС атомная электростанция
Ат.% атомные проценты
Бк беккерель (количество изотопа, отвечающее одному распаду в секунду)
ВАО высокорадиоактивные отходы
ВНИИНМ ФГУП «Всероссийский научно-исследовательский институт неорганических материалов им. A.A. Бочвара» г грамм
Зв зиверт, единица оценки ущерба здоровью человека при облучении.
1 Зиверт = 1 Джоуль / кг ИГЕМ Институт геологии рудных месторождений, петрографии,
минералогии и геохимии РАН К градусы в шкале Кельвина
Ки кюри (радиоактивность одного грамма радия) = 3,7x1010 Бк в секунду
кг килограмм
масс.% массовые проценты
МВт мегаватт, миллион ватт
мг миллиграмм, 10‘3 грамм
МЗА минимально значимая активность - количество радионуклида, для работы
с которым не требуется разрешения санитарных служб мкг микрограмм, 10‘6 грамм
мкм микрометр, 1 (Г6 метра
млн миллион
мм миллиметр
мол.% мольные проценты
МПа мегапаскаль (миллион паскаль) = 10 бар
МэВ миллион электрон-вольт
м3 метр кубический
нм нанометр, 10‘9 метра
ОЯТ облученное (отработавшее) ядерное топливо
ПРК парораспределительный коридор на 4-ом блоке Чернобыльской АЭС

держании природных радионуклидов в этом редком минерале, а также о его геохимической устойчивости.
Коснарит
Коснарит является редким фосфатным минералом с гексагональной структурой и упрощенной формулой К2г2(РС>4)з. Приблизительный химический состав коснарита из пегматитов [37] по основным элементам (в масс.%): К20 — 9; №20 - 1-2; Хт02 - 44-45; Р205 - 43-44. Твердость коснарита по шкале Мооса - 4-5; плотность 3.2 г/см3. Нет информации о содержании природных радионуклидов в этом редком минерале, а также о его геохимической устойчивости.
Твердые гели
Твердые урансодержащие силикатные гели в виде прожилков толщиной до нескольких мм были обнаружены в урановых месторождениях Казахстана [38], в Забайкалье [39], на Южном Урале [40]. Гели образуются в результате метасоматических процессов и представляют из себя силикатный аморфный материал с большим содержанием примесей и и Zг (рисунок 4). В некоторых образцах природных гелей преобладает фосфор вместо кремния [40]. Содержание Н20 в гелях варьирует от 10 до 30 масс.%.
Изученные автором образцы геля из уранового месторождения Маныбай (Северный Казахстан) по результатам рентгеноспектрального микроанализа содержат следующие элементы (в масс.%, за исключением кислорода и водорода): Zr - 21-27; Бі - 8-10; и - 4-13; А1 - 1-3; Ре - 1-14; - 1 [41,42]. После прокалки на воздухе в течение 1 часа
при 1400°С данный гель кристаллизуется преимущественно в урансодержащий циркон без образования самостоятельных включений окислов урана [42]. Плотность гелей варьирует в зависимости от состава и содержания воды от 3 до 4 г/см3. Твердость по шкале Мооса находится в пределах 3.0-3.5.
Привлекает внимание способность геля сохранять свое исходное состояние (без раскристаллизации) в течение миллионов лет в открытой геохимической системе [42]. При этом гель надежно удерживает в своей матрице уран. Руды Северного Казахстана с большим содежанием 2г-Г1-сили катн о го геля являются некондиционными из-за трудностей химического извлечения из них урана.