Российские ученые разработали способ превращать золу тепловых электростанций в материал, способный эффективно удерживать радиоактивный цезий. Новая технология одновременно решает две задачи — утилизацию золошлаковых отходов угольной энергетики и повышение безопасности обращения с радиоактивными веществами.
Работа выполнена коллективом исследователей из Дальневосточного федерального университета, Сибирского федерального университета и Института химии и химической технологии ФИЦ «Красноярский научный центр СО РАН». Они предложили использовать микросферы золы ТЭС в качестве основы для получения керамического материала, который прочно фиксирует изотоп цезия-137 — один из наиболее опасных компонентов радиоактивных отходов. Полученная структура соответствует требованиям долговременного хранения и практически исключает вымывание радионуклида в окружающую среду.
Результаты исследования опубликованы в Journal of Environmental Management.
Как работает «ловушка» для цезия
Зола угольных ТЭС состоит в основном из алюмосиликатных микрочастиц. При специальной обработке они превращаются в минералоподобную керамику. В такой структуре атомы 137Cs (период полураспада 30,17 года), а также долгоживущего 135Cs (период полураспада 2,33 млн лет) встраиваются в кристаллическую решетку и становятся химически устойчивыми, что значительно снижает риск их миграции.
Подобный подход особенно важен для изотопа цезия-137, который обладает высокой подвижностью и может легко распространяться в окружающей среде. Поэтому его фиксация считается одной из ключевых задач при переработке радиоактивных отходов.
В онкологической практике широко применяется еще один изотоп — 131Cs — но период его полураспада не превышает 10 дней, и долговременное хранение таких отходов не требуется.
Почему это важно
Золошлак — один из самых массовых видов промышленных отходов. В мире ежегодно образуются сотни миллионов тонн золы от сжигания угля, и значительная часть складируется на специальных полигонах. Эти материалы содержат оксиды кремния, алюминия и других элементов, что делает их потенциальным сырьем для функциональных материалов, но их переработка пока не налажена.
Способность золы улавливать радиоцезий изучалась и ранее: эксперименты показали, что фильтры из летучей золы могут эффективно задерживать пары цезия при высоких температурах в активной зоне ядерного реактора. Цезий плавится при +29°C, а кипит при +670°C.
В смежных исследованиях отмечается, что частицы золы могут естественным образом концентрировать другие радионуклиды в алюмосиликатных фазах, снижая их вымывание и повышая стабильность хранения.
В перспективе разработанный материал может использоваться при создании инженерных барьеров для долговременного хранения радиоактивных отходов, а также для переработки загрязненных материалов после аварий на ядерных объектах. По словам исследователей, предложенная технология позволяет одновременно перерабатывать отходы угольной энергетики и создавать надежные материалы для безопасной изоляции радиоактивного цезия.
По сути, мы создали материал, который геохимически совместим с породами земной коры. Он состоит из тех же минералов, что и граниты или базальты. Это означает, что, будучи помещенным в глубокое геологическое хранилище, он будет находиться в равновесии с окружающей средой и не станет источником загрязнения на протяжении геологических эпох. Создание такого хранилища планируется в Нижнеканском гранитоидном массиве вблизи Железногорска в Красноярском крае. В настоящее время уже ведется строительство подземной исследовательской лаборатории по изучению возможностей финальной изоляции радиоактивных отходов 1 и 2 классов в глубокой геологической формации.
Татьяна Верещагина
Недавно ученые разработали план обогащения материалов сибирских хвостохранилищ. О том, что такое хвостохранилище и почему его материалы стоит обогащать, читайте в публикации Hi-Tech Mail.
Источник: hi-tech.mail.ru