Термодинамически стабильные керамические материалы по совокупности физико-химических характеристик представляют прямую альтернативу остеклованным радиоактивным отходам. Твердотельные матрицы на их основе перспективны для решения важных технологических проблем, связанных с иммобилизацией радиационно опасных теплогенерирующих радионуклидов цезия-137 и стронция-90 при их концентрировании и захоронении, а также при изготовлении матриц-носителей радионуклидов в виде радиоизотопной продукции (например, активные зоны источников ионизирующего излучения). В виду постоянного ужесточения требований к качеству матриц радионуклидного состава, возникает острая необходимость усовершенствования их эксплуатационных характеристик с применением различных научно-технических решений. В этой связи, настоящий проект направлен на решение фундаментальной задачи по разработке новых керамических матриц с регулируемыми физико-химическими, механическими характеристиками и улучшенными иммобилизационными свойствами, обеспечивающие устойчивость к выщелачиванию радионуклидов цезия-137 и стронция-90. Оригинальность научного подхода заключается, во-первых, в выборе исходного сырья с высокой емкостью вмещения радионуклидов и способного к твердофазным превращениям с образованием устойчивой керамической основы. Во-вторых, в качестве основного подхода для формирования керамик предлагается применить нетрадиционную современную технологию реакционного искрового плазменного спекания (Р-ИПС). По результатам проекта впервые предполагается получить керамические матрицы радионуклидного наполнения на основе вольфраматов (Cs,Sr)WxOy и алюмосиликатов (Сs,Sr)AlхSiуOz, путем реакционного “in situ” взаимодействия исходных сырьевых компонентов в условиях искрового плазменного разогрева. Уникальность разрабатываемых матриц будет определяеться регулируемыми физико-химическими и эксплуатационными характеристиками, такими как высокая емкость радионуклидов 137Cs и 90Sr (более 40 масс.%), требуемая дозированная активность 5%, плотность (более 98 % от теоретической), низкая скорость выщелачивания радионуклидов (менее 10-6 г/см2*сутки), высокая прочность и длительный срок службы, отвечающие требованиям российских и международных стандартов.

В проекте впервые будет применен Р-ИПС метод и будет получено готовое изделие требуемой геометрической формы, размера и профиля, в виде объемной керамики или покрытия в конструкции источника ионизирующего излучения закрытого или открытого типа, с точным содержанием радионуклида. Проект предусматривает наработку ранее неустановленных фундаментальных знаний о процессах Р-ИПС синтеза керамик указанных составов, с учетом специфики формирования и изменения их физико-химических характеристик и эксплуатационных свойств. Результатом исследования являются современные научно обоснованные решения, необходимые для фундаментальной и прикладной науки.

Ссылка на оригинал статьи