В результате экспериментов с использованием методов неразрушающего структурного нейтронного контроля, были определены цементные матрицы, обладающие высокими характеристиками механической стабильности. По мнению ученых, полученные результаты могут стать перспективной основой для дальнейших исследований новых типов цементных составов.
Радиоактивные отходы образуются во всех отраслях атомной промышленности: на атомных электростанциях и исследовательских реакторах, радиохимических производствах, предприятиях, обслуживающих корабли с ядерными энергетическими установками, промышленных предприятиях, применяющих радионуклиды, в медицинских центрах.
Одним из наиболее простых и эффективных способов их переработки является цементирование: отходы помещаются в герметичный контейнер и заливаются цементным раствором. Так как необходимые для цементирования материалы сравнительно дешевы, этот метод переработки радиоактивных отходов является одним из наиболее экономически выгодных и надежных решений.
В настоящее время для этих целей наряду с методами синтеза активно разрабатываются новые химические составы цементных материалов – так называемые цементные матрицы. Эти задачи осложнены жесткими требованиями к технологическим параметрам и долговечности конечной продукции. Здесь на первый план выходит детальная структурная диагностика новых составов или уже готовых цементных изделий. Подобными исследованиями цементных матриц для кондиционирования радиоактивных отходов различных типов ученые ЛНФ ОИЯИ занимаются с 2018 года.
Недавно этот научный коллектив приступил к решению задачи поиска оптимального состава цементной пасты для работы с отходами металлического алюминия. Требовалось, чтобы после затвердевания цементной матрицы итоговый материал имел низкую скорость проницаемости воды и щелочных растворов внутрь объема. Представленные результаты получены совместно с коллегами из «Horia Hulubei» National Institute of Physics and Engineering (Румыния) и Nuclear Research Center, EAEA (Египет).
В своих экспериментах ученые исследовали новые композиты с добавлением органических и неорганических компонентов в цементную пасту, а за основу взяли доступный строительный портлендский цемент. К полученным составам добавляли алюминий, чтобы оценить структурные характеристики получаемой пасты. Таким образом, в процессе выбора и оценки подходящих материалов для кондиционирования радиоактивного металлического алюминия были подготовлены восемь образцов, полученных с использованием цементов двух типов – CEM III-A и CEM V-A – с органическими и неорганическими добавками.
Для идентификации и анализа структурных особенностей цементных материалов: наличия внутренних трещин и полостей, исследования пористости ученые использовали метод нейтронной радиографии и томографии. Для получения объемных трехмерных изображений, которые проиллюстрируют пространственное расположение компонентов цемента, все образцы были исследованы на станции нейтронной радиографии и томографии на исследовательском реакторе ИБР-2 в ЛНФ ОИЯИ.
Исследования показали, что органические компоненты, добавляемые в цементную пасту, препятствовали образованию трещин и пор в конечных составах.
Полученные результаты, отмечают ученые, имеют важное значение для разработки новых и совершенствования существующих технологий создания перспективных цементных материалов для строительства хранилищ радиоактивных отходов и гражданских объектов. Кроме этого, результаты исследования послужат для прогнозирования влияния внешних условий: влажности климата, атмосферных осадков и др. – на механические и физические свойства этих материалов.
