Матричные материалы для иммобилизации высокоактивных радиоактивных отходов: экспериментальное исследование растворимости компонентов ВАО и металлических сплавов в натрий-цезий-рубидиевых алюмоборосиликатных стеклосодержащих материалах

Проект направлен на развитие теоретических и экспериментальных основ эффективного и безопасного использования стеклосодержащих боросиликатных матричных материалов для иммобилизации высокоактивных радиоактивных отходов (ВАО). Необходимость дальнейшего поиска и совершенствования безопасных способов переработки и хранения отходов ядерной энергетики определяет высокую востребованность и актуальность исследований в данной области. Боросиликатные и алюмоборосиликатные материалы обладают необходимыми физико-химическими свойствами, позволяющими успешно применять их в качестве основы для синтеза матричных материалов для остекловывания радиоактивных отходов широкого спектра составов. Опыт зарубежного и российского применения данных материалов при иммобилизации ВАО методом остекловывания свидетельствует о повышении экологической безопасности процессов обращения с радиоактивными отходами. Это указывает на необходимость более широкого использования данного вида матричных материалов при иммобилизации радиоактивных отходов, в том числе, и на территории Челябинской области. Проведение данного исследования будет способствовать повышению эффективности применения боросиликатные и алюмоборосиликатные матричных материалов для иммобилизации радиоактивных отходов различного состава и генезиса, что будет способствовать совершенствованию способов безопасности деятельности предприятий, задействованных в обращении с ВАО. Основная цель данной работы – экспериментальное исследование растворимости дополнительных компонентов в многокомпонентных щелочно-щелочноземельных алюмоборосиликатных стеклообразных матричных материалах; установление химических и структурных изменений данных матричных материалов в зоне высокотемпературного контакта с ВАО и металлическими поверхностями. Предлагаемое исследование базируется на представлении о том, что увеличение стабильности и однородности стеклосодержащих боросиликатных матричных материалов при растворении дополнительных компонентов в процессе иммобилизации ВАО может быть достигнуто увеличением степени полимеризованности их структуры подбором соответствующего сочетания содержания структурно взаимовлияющих элементов, выступающих как катионами-модификаторами, так и катионами-сеткообразователями. Это обеспечит необходимое направление структурных изменений стекла при растворении компонентов ВАО и материала контейнеров и исключит кристаллизационные процессы с участием внесенных элементов. Научная новизна данного проекта заключается теоретическом и экспериментальном развитии и обосновании подходов к растворению дополнительных компонентов в щелочно-щелочноземельных боросиликатных и алюмоборосиликатных матричных расплавах и стеклах без значительной деполимеризации их структуры и кристаллизации. Новые данные о строении и свойствах оксидных стекол представляет интерес для фундаментальной науки при создании структурных моделей их строения и имеет высокий потенциал практического использования в различных областях, в то числе и в производстве стекломатериалов с высокой иммобилизационной способностью. В ходе предлагаемого экспериментального и теоретического исследования будут сформулированы положения, уточняющие представление о строении исследуемых систем и их поведении при плавлении, стекловании и кристаллизации. Это обеспечат теоретическое обоснование возможности оптимизации состава стеклосодержащих щелочно-щелочноземельных боросиликатных и алюмоборосиликатных матричных материалов для иммобилизации ВАО.