4月10日,远东联邦大学的科学家们研发出一种将危险放射性同位素锶 -90(90Sr)转化为稳定类矿物陶瓷的有效方法,俄罗斯教育和科学部称此成果将使长寿命核废料处置更安全可靠。
锶 -90是铀裂变产物中最危险的元素之一,半衰期约30年,具有高放射性和迁移性,能在生物体骨组织中积聚。传统处置方法如水泥固化和玻璃化,会增加废物体积且无法保证长期绝对稳定性。科学家提出以高岭土或白粘土为原料,与放射性废物模拟物碳酸锶(SrCO3)混合,采用反应放电等离子烧结(R - SPS)技术处理。
远东联邦大学核技术实验室研究员奥列格·希查林解释,放电等离子烧结利用高压电流脉冲加热粉末,能在相对较低温度(1000摄氏度)下快速(五分钟)完成工艺。研究高岭土和锶案例时,观察到独特单阶段固结过程,锶不仅与粘土机械混合,还掺入两种新矿物——锶长石和锶钙长石的晶格中。高加热速率和施加压力使样品密封,防止放射性元素挥发。电子显微镜显示材料结构和锶分布均匀,X射线物相分析证实目标矿物相形成,这些矿物相能在地质时间尺度上可靠保留放射性核素。
所得材料成功通过水解稳定性测试,30天测试中仅0.62%的锶浸出,虽比纯氧化物合成类似材料结果高一个数量级,但仍有改进空间。希查林称,该陶瓷成分和结构接近天然矿物,置于深层地质处置库不会造成污染,未来计划优化混合物成分和烧结参数。
该研究使用卡累利阿 - 科拉地区奥赫季亚尔维矿床的高岭土。萨哈林国立大学、俄罗斯科学院科拉科学中心稀有元素与矿产资源化学技术研究所及白俄罗斯国家科学院普通与无机化学研究所的研究团队参与了研究,成果发表在《放射分析与核化学杂志》上。