Новый адсорбент для обработки жидких радиоактивных отходов

Источник: ecocollaps.ru

Любой атомный реактор необходимо периодически освобождать от отработанного топлива, которое уже не в состоянии поддерживать цепную реакцию. Примерно 5% массы в отработанном топливе приходится на опасные продукты деления урана и трансурановые элементы. Остальные 95% массы — это исходное урановое топливо и произведенный в реакторе плутоний. Неудивительно, что практически все страны, пользующиеся атомной энергетикой, проводят программы по переработке отслужившего топлива. Цель таких мероприятий — повторное использование урана. Но при этом образуются опасные отходы, содержащие высокоактивные радионуклиды. В мире их накоплены уже около 300 тысяч тонн, и вопрос об их безопасном хранении становится все острее. Ранее для консервации отходов использовалась методика стеклования. Некоторое количество жидкости, содержащей радионуклиды, смешивалось со специальным (боросиликатным или фосфатным) стёклом, полученная масса расплавлялась и заливалась в стальные емкости.

Но оказалось, что стекло под действием радиации разрушается до состояния мелкой кристаллической пыли, и не обеспечивает должной изоляции опасных отходов. Ученые предложили использовать для хранения керамические матрицы, близкие по составу и структуре к природным минералам. Ведь многие горные породы, содержащие уран и торий, уже выдержали испытание радиацией в течение миллионов лет. Было разработано множество рецептов керамических матриц, но все они имели один существенный недостаток. Технология отверждения и захоронения отходов была слишком сложной и затратной. Отходы требовалось смешать с оксидами металлов (титана или циркония), затем смесь выпаривали для удаления воды и подвергали гомогенизации. В конце процедуры массу прессовали в блоки и прокаливали, для образования керамической структуры. Поэтому методика так и не была внедрена в промышленность. Российские исследователи из СПбГУ в сотрудничестве с коллегами из Университета Киля (Германия) разработали новый адсорбент LHT-9.

Это слоистый, наногибридный титанат гидразиния. Он демонстрирует как восстановительные, так и ионообменные свойства. Адсорбент способен захватывать свыше 50 химических элементов — почти половину таблицы Менделеева. Как отмечает старший научный сотрудник Сергей Бритвин, это весьма важное преимущество. Радиоактивные отходы содержат порядка 20-25 опасных элементов, как в анионной, так и в катионной форме. Поэтому использование адсорбентов, настроенных (к примеру) на поглощение одного стронция, нецелесообразно. Кроме того, поглощающая способность LHT-9 относительно высока — он захватывает до 100 г различных элементов на 1кг собственной массы. Образовавшиеся в процессе очистки отходы из высокоактивных становятся средне- или низкоактивными. Еще одно преимущество адсорбента — полученную массу можно перевести в керамическую форму простым прокаливанием (одностадийный процесс).

В ближайшем будущем ученые надеются провести промышленные испытания LHT-9 и масштабировать производство адсорбента. Уже заключены договоренности о сотрудничестве со специалистами Радиевого института им. В.Г. Хлопина. В исследованиях также участвуют сотрудники центра наноматериаловедения Кольского филиала РАН. Дело в том, что именно на Кольском полуострове расположены большие запасы титанового концентрата. В настоящее время он находится в отходах от добычи апатита, а мог бы использоваться в качестве сырья для получения адсорбента. Что касается стоимости LHT-9, то она довольно высокая. Себестоимость сырья для получения 1 тонны адсорбента равна примерно 50 000$. Одна тонна вещества позволяет обезвредить 1,5 тонны отходов. Но в будущем, по мере увеличения масштабов производства, стоимость адсорбента может уменьшиться.