Искусственные и природные минеральные матрицы для иммобилизации актиноидов : на примере ферритного граната и минералов групп пирохлора и бритолита

• Автор: Лившиц, Татьяна Сергеевна
• Шифр специальности: 25.00.09, 25.00.05
• Научная степень: Кандидатская
• Год защиты: 2007
• Место защиты: Москва
• Количество страниц: 125 с. : ил.

1. АНАЛИТИЧЕСКИЙ ОБЗОР

1.1. Основные источники и типы высокоактивных отходов

1.2. Принципы обращения с высокоактивными отходами

1.3. Структурные характеристики кристаллических матриц актиноидов на примере пирохлора, цирконолита, монацита, бритолита

1.4. Процессы, протекающие в матрицах, и методы их изучения

1.5. Основные технологии получения матриц актиноидов

Глава 2. ОБЪЕКТЫ И МЕТОДЫ ИССЛЕДОВАНИЯ

2.1. Синтетические гранаты

2.2. Природные минералы групп пирохлора и бритолита

2.3. Методы исследования образцов

Глава 3. ПРОЦЕССЫ ФАЗООБРАЗОВАНИЯ ПРИ СИНТЕЗЕ ФЕРРИГРАНАТОВ

3.1. Система Са0-0с120з-Се0гГе20з-2г02
3.2. Система Са0-Се02-2г02-Ее203
Глава 4. КРИСТАЛЛОХИМИЧЕСКИЕ И ГЕОХИМИЧЕСКИЕ ОСОБЕННОСТИ ФЕРРИГРАНАТНЫХ МАТРИЦ АКТИНОИДОВ
4.1. Особенности структуры граната, определяющие возможность его использования для иммобилизации актиноидных отходов
4.2. Изоморфные замещения в структуре ферригранатов с участием актиноидов и лантаноидов
4.4. Радиационная и химическая устойчивость ферритного граната с кюрием

Глава 5. РАДИАЦИОННАЯ ПРОЧНОСТЬ МИНЕРАЛЬНЫХ АНАЛОГОВ МАТРИЦ АКТИНОИДОВ
5.1. Минералы группы бритолита
5.2. Минералы группы пирохлора
ГЛАВА 6. ОБСУЖДЕНИЕ РЕЗУЛЬТАТОВ
6.1. Процессы фазообразования при синтезе матриц актиноидов
6.3. Химическая устойчивость матриц актиноидов
6.4. Радиационная стабильность фаз актиноидов
ВЫВОДЫ
ЛИТЕРАТУРА

Актуальность проблемы. В странах с ядерной энергетикой, включая Россию, накоплены большие объемы радиоактивных отходов (РАО) разной активности и агрегатного состояния. Их главным источником является переработка отработанного ядерного топлива (ОЯТ) энергетических, транспортных (судовых) и исследовательских реакторов, а также наработка делящихся материалов военного предназначения (уран-235, плутоний-239). Наибольшую опасность представляют жидкие высокоактивные отходы (ВАО) с радиоактивностью более 1 Кюри (Ки) на литр (1 Кюри = 3.7x1010 Беккерелей или распадов в секунду).
Создание условий для безопасного и эффективного обращения с такими материалами является одной из важнейших экологических задач. Разработка способов утилизации отходов ядерного топливного цикла представляет собой необходимое условие развития атомной энергетики.
Общий подход к решению проблемы жидких ВАО заключается в их отверждении и включении в устойчивые фазы (консервирующие матрицы) с дальнейшим размещением в подземных хранилищах. В настоящее время для иммобилизации ВАО в промышленном масштабе используются стекла. Результаты исследований свидетельствуют о низкой устойчивости таких стекломатриц в воде особенно после их раскристаллизации при хранении под действием радиогенного тепла. Это приведет к выносу радионуклидов, в том числе долгоживущих актиноидов, в окружающую среду. Поэтому поиск альтернативных кристаллических матриц для иммобилизации ВАО является актуальной научной задачей. Они должны обеспечить надежную фиксацию в течение длительного времени (десятки тысяч - миллионы лет) токсичных долгоживущих актиноидов (Ир, Ри, Ат), которые представляют основную опасность для человека и окружающей среды в долгосрочной перспективе.
Требования к матричным фазам состоят в значительной изоморфной емкости в отношении компонентов отходов, высокой механической и радиационной прочности, устойчивости при взаимодействии с растворами, а
На основании качественной оценки установлено, что перовскитовая фаза обогащена по сравнению с гранатом лантаном, железом и церием, а фаза, имеющая на СЭМ-изображениях серый цвет - алюминием и лантаном.
4.2.2. (Са^Сс!,Ьа)Сеп^)(2гРе)Ре^1А 1,0 п._«х» = 0, 2, 3: влияние температуры. При 1200 °С синтезированы образцы 411 («х» = 2) и 412 («х» = 3). Образец 411 отличается от керамики 415 того же состава, полученного при 1300 °С. На рентгенограмме образца 411 идентифицированы гранат и фаза (СаЬа)А1307. Керамики 412 (1200 °С) и 416 (1300 °С) характеризуются идентичными картинами рентгеновской дифракции, на которых хорошо проявлены рефлексы четырех фаз: граната, Се02, (СаЬа)А1307и Ре203.
Электронно-микроскопические исследования выявили различия между образцами, полученными в разных условиях. Качество низкотемпературных образцов невысоко (рис. 9). Керамики характеризуются блоковым строением, высокой пористостью и небольшими размерами слагающих их фаз, среди которых удалось определить составы только гранатов (табл. 12).
Рис. 9. Изображения в обратно-рассеянных электронах участков образцов 411 («х» = 2) и 412 («х» = 3). Черное - поры.
Как и в высокотемпературных образцах, при увеличении в гранате содержания А1203 концентрация Се02 существенно не меняется и составляет около 10 мас.%. Введение алюминия оказывает влияние на фазовый состав образцов. По данным РФА, керамика без алюминия («х» = 0, 0-41 в табл. 2) состоит из граната и перовскита. При увеличении содержания А1 до 2 атомов