Кондиционирование борсодержащих радиоактивных отходов АЭС с использованием магний-калий-фосфатного компаунда
Сотрудниками лаборатории радиохимии ГЕОХИ РАН предложена технология отверждения борсодержащих радиоактивных отходов атомных электростанций (АЭС) с использованием магний-калий-фосфатного компаунда. На примере имитатора высокосолевого кубового остатка продемонстрирована возможность иммобилизации отходов в магний-калий-фосфатный компаунд, характеристики которого соответствовали действующим требованиям к отвержденным радиоактивным отходам. Результаты исследования опубликованы в журнале «Радиохимия» / «Radiochemistry» (Fimina et al., 2025)
При эксплуатации АЭС (Рис. 1) образуются жидкие радиоактивные отходы, которые упаривают с образованием кубовых остатков. После глубокого концентрирования кубовые остатки представляют собой высокосолевые концентраты, загрязнённые продуктами деления, радионуклидами коррозионного происхождения и различными веществами, используемыми для поддержания водно-химического режима и дезактивации оборудования. Раньше такие отходы направляли для временного хранения в пристанционное хранилище, однако на вновь вводимых блоках АЭС их необходимо сразу перерабатывать, так как не предусмотрено хранилищ для их размещения. В России уже накоплено более 600 тыс. м3 таких отходов, а временные хранилища заполнены более чем на 90%.
Следует отметить, что такие радиоактивные отходы не подходят для долговременного хранения, поэтому их необходимо переводить в устойчивую твердую форму с целью исключения миграции радионуклидов в окружающую среду. Таким образом, решение проблемы экологически безопасного обращения с жидкими радиоактивными отходами АЭС – актуальная задача, решение которой необходимо для обеспечения радиоэкологической безопасности окружающей среды.
Следует особо отметить, что высокосолевые радиоактивные отходы АЭС с реакторами типа ВВЭР (водо-водяной энергетический реактор) представлены преимущественно нитратами натрия и калия и кислородными соединениями бора, в том числе борной кислотой. Такие радиоактивные отходы являются одним из проблемных видов отходов, поскольку высокие концентрации солей ухудшают свойства традиционных цементных материалов, используемых для иммобилизации радиоактивных отходов.
В своей работе ученые продемонстрировали возможность иммобилизации в магний-калий-фосфатный компаунд имитатора борсодержащего кубового остатка АЭС, содержащего борную кислоту и нитраты натрия и калия. Показано, что компаунд способен включать до 14 масс.% компонентов отходов, сохраняя при этом основную матрицеобразующую фазу − K-струвит, отвечающий за устойчивость материала. При этом отмечено, что введение в компаунд 15–20 масс.% волластонита приводит к повышению его прочности на сжатие более чем в три раза. Прочность компаунда сохраняется после его 90-дневного погружения в воду и термических циклов замораживания/оттаивания. При длительном контакте с водой на поверхности образцов компаунда образовались вторичные защитные фазы – минералы лунебергит и хазенит, которые дополнительно снижают растворимость компонентов и препятствуют миграции радионуклидов в окружающую среду.
Особое внимание в работе уделено исследованию по удержанию 137Cs в компаунде. По результатам испытания на водоустойчивость компаунда показано, что средний индекс выщелачивания достигает 10.7, что соответствует требованиям для кондиционированных радиоактивных отходов 3 класса. Отмечено, что в первые 10 суток контакта компаунда с выщелачивающим раствором происходило вымывание 137Cs с его поверхности, а затем процесс переходит в диффузионный режим, что свидетельствовало о надежной иммобилизации радионуклида в кристаллической структуре компаунда.
«Полученные результаты подтвердили, что магний-калий-фосфатный компаунд является эффективным универсальным материалом для промышленного кондиционирования радиоактивных отходов, обеспечивая высокую механическую прочность, водоустойчивость и надежную фиксацию радионуклидов» — прокомментировала старший научный сотрудник лаборатории радиохимии ГЕОХИ РАН, кандидат химических наук Светлана Фимина.
Исследование выполнено за счет гранта Российского научного фонда № 22-73-10202, https://rscf.ru/project/22-73-10202.
Пресс-релиз по статье опубликован в журнале «Аналитика» (№2, 2026).
Источник: Пресс –служба ГЕОХИ РАН