俄罗斯科学院地球化学与分析化学研究所(ГЕОХИ РАН)的科学家日前宣布，他们首次提议利用爆炸法合成的纳米金刚石来提升室温下制备的矿物状镁-钾-磷酸盐(магний-калий-фосфатного,МКФ)复合材料的性能，用于固定和封存放射性废物。通过在МКФ复合材料中添加纳米金刚石，研究人员成功降低了材料的孔隙率，同时提高了其机械强度、热导率和抗核素浸出的能力。相关研究成果已发表在国际期刊《复合材料科学杂志》(Journal of Composites Science)上。
核废料在最终处置之前，必须将这些废物转化为化学和辐射稳定性高的固体基质，以防止核素泄漏到环境中。МКФ复合材料是一种具有前景的核废料固化材料，此前已在ГЕОХИ РАН实验室中得到验证。
在此次研究中，科学家们提出将纳米金刚石引入МКФ复合材料以增强其性能。纳米金刚石不仅表面积大，而且具有抗辐射和耐高温的特性，是优良的放射性核素吸附剂。研究团队首先利用纳米金刚石从模拟放射性废液中预先吸附锕系元素(如钚-239、铀-238)和稀土元素(以铕为例)，随后将其固定在МКФ基质中。
ГЕОХИ РАН放射化学实验室高级研究员、化学博士斯韦特兰娜·菲米娜(Светлана Фимина)评论称：本研究得到了俄罗斯科学基金会(项目编号24-13-00430)的资助，利用纳米金刚石对锕系元素及裂变产物进行预吸附后再固化至МКФ复合材料中，是一种极具前景的提高核废料地质处置安全性的新方法。研究结果证明了爆炸法纳米金刚石对МКФ复合材料物理化学性能的综合积极影响。该复合材料对放射性核素的抗浸出能力大幅提升，钚-239、铀-238和铕的浸出速率比原始МКФ材料降低了3至8倍。这一改进主要归功于纳米金刚石对核素的预先吸附及其在材料内部的稳定固持作用。
据了解，安全处理含有长寿命放射性核素的废物是核能利用中的关键难题之一。镁-钾-磷酸盐材料因其良好的固化性能，常被研究用于核废料的固化和资源化处理，特别是将放射性元素包容在稳定的磷酸镁钾基质中，以减少其迁移和污染，例如利用磷酸镁钾水泥固化核废液或核废渣，实现废物的体积减小和稳定化，但工艺本身涉及复杂化学反应和放射性处理，需要高效的废物管理技术。
