Радиоактивные отходы запирают в алмазную клетку: наноалмазы меняют правила ядерной безопасности

В России нашли новый способ повысить безопасность обращения с радиоактивными отходами, задействовав материал, который обычно ассоциируется с высокими технологиями и наукоёмкими разработками. Речь идёт о синтетических наноалмазах, чьи свойства позволили улучшить характеристики защитных компаундов. Разработка может повлиять на подходы к отверждению и захоронению опасных веществ. Об этом сообщает пресс-служба Минобрнауки РФ.

Наноалмазы как инструмент для работы с отходами

В центре исследования оказались наноалмазы детонационного синтеза — частицы размером всего несколько нанометров. Их получают при взрыве углеродсодержащих взрывчатых веществ в герметичных камерах, что делает материал сравнительно доступным по стоимости. Учёные Института геохимии и аналитической химии им. В. И. Вернадского РАН предложили использовать такие наноалмазы в составе веществ, применяемых для фиксации радиоактивных отходов перед захоронением.

Интерес к подобным материалам во многом связан с поиском устойчивых решений для работы в условиях повышенного радиационного фона. Ранее внимание исследователей привлекали и биологические системы, демонстрирующие неожиданную стойкость к излучению, включая организмы, способные выживать и адаптироваться в экстремальных средах, как это происходит в зонах с длительным радиационным воздействием.

Усиление минералоподобного компаунда

В качестве основы исследователи использовали магний-калий-фосфатный компаунд, ранее изученный в лаборатории радиохимии ГЕОХИ РАН. Этот материал уже зарекомендовал себя как перспективный для отверждения радиоактивных отходов, однако учёные искали способы повысить его долговечность и устойчивость.

"Перспективным материалом для отверждения радиоактивных отходов является минералоподобный магний-калий-фосфатный (МКФ) компаунд, как ранее было продемонстрировано в лаборатории радиохимии ГЕОХИ РАН", — отметили в пресс-службе Минобрнауки РФ.

Наноалмазы были выбраны не случайно. Они известны как эффективные сорбенты радионуклидов, обладают развитой поверхностью, устойчивы к воздействию радиации и способны выдерживать высокие температуры. Подобные качества востребованы и при анализе процессов, происходящих в сложных радиоактивных средах, где важно предотвратить разрушение защитных барьеров и миграцию опасных веществ, как это изучается, например, при наблюдении за состоянием застывших расплавов под саркофагами аварийных объектов.

Результаты и оптимальные пропорции

Экспериментальные данные показали, что введение наноалмазов снижает пористость компаунда и делает его более плотным. Одновременно увеличиваются механическая прочность, теплопроводность и устойчивость материала к выщелачиванию радионуклидов, то есть к их постепенному выходу из твёрдой матрицы. Это напрямую влияет на долговременную безопасность хранилищ и снижает риски для окружающей среды.

Наилучшие показатели были достигнуты при добавлении одного массового процента наноалмазов. Дополнительно в состав включили 20 массовых процентов порошка волластонита — природного игольчатого силиката кальция, который традиционно применяют для повышения прочности композитных материалов. Такое сочетание компонентов позволило сбалансировать физические и защитные свойства компаунда.

Полученные результаты расширяют возможности использования доступных наноматериалов в сфере ядерной и радиационной безопасности. Исследование выполнено при поддержке гранта Российского научного фонда, а его итоги опубликованы в журнале Journal of Composites Science.