Ежемесячный научно-технический и производственный журнал

ISSN 0131-9582

  • Сквозной номер выпуска: 1165
  • Страницы статьи: 3-16
  • Поделиться:

Рубрика: Без рубрики

Представлены результаты исследований матрицы на основе борoфосфатного стекла (БФС) с добавлением хлорида лития как имитатора отработавшего электролита – вида радиоактивных отходов (РАО), образующегося в ходе пирохимической переработки отработавшего ядерного топлива (ОЯТ). По результатам рентгенофазового анализа (РФА) и сканирующей электронной микроскопии (СЭМ) проведена оценка фазового состава и микроструктуры стекол – подтверждены аморфная структура и гомогенность полученного материала. С помощью дифференциально-сканирующей калориметрии (ДСК) и измерений температуропроводности описаны теплофизические свойства материала. Показано, что включение LiCl не оказывает значимого влияния на температуру стеклования, составляющую ~410 ?С для полученных стекол. Однако добавление хлорида лития сказывается на электропроводящих свойствах, исследованных методом спектроскопии электрохимического импеданса. Испытания механической прочности и гидролитической устойчивости проведены согласно установленным требованиям, предъявляемым к матрицам для иммобилизации РАО. При исследовании морфологии поверхности, контактирующей с водой, наблюдается формирование диффузионного слоя в результате перехода ионов натрия в раствор. Проведенные исследования подтверждают возможность использования стекол выбранного состава в качестве матрицы для иммобилизации отработавшего электролита на основе хлорида лития.
Максим Игоревич Власов – канд. физ.-мат. наук, заведующий лабораторией высокотемпературной электрохимии актинидов и редкоземельных металлов, Институт высокотемпературной электрохимии Уральского отделения Российской академии наук, Екатеринбург, Россия
Елизавета Дмитриевна Ведерникова – инженер лаборатории высокотемпературной электрохимии актинидов и редкоземельных металлов, Институт высокотемпературной электрохимии Уральского отделения Российской академии наук, Екатеринбург, Россия
Светлана Викторовна Першина – канд. хим. наук, ст. науч. сотрудник лаборатории химических источников тока, Институт высокотемпературной электрохимии Уральского отделения Российской академии наук, Екатеринбург, Россия
Виктор Анатольевич Быков – канд. физ.-мат. наук, ст. науч. сотрудник лаборатории неупорядоченных систем, Институт металлургии Уральского отделения Российской академии наук, Екатеринбург, Россия
Матвей Дмитриевич Кисель – лаборант лаборатории высокотемпературной электрохимии актинидов и редкоземельных металлов, Институт высокотемпературной электрохимии Уральского отделения Российской академии наук, Екатеринбург, Россия
Дмитрий Юрьевич Сунцов – начальник отдела, Акционерное общество «Высокотехнологический научно-исследовательский институт неорганических материалов имени академика А. А. Бочвара», Москва, Россия
Александра Ивановна Тучкова – вед. инженер-технолог, Акционерное общество «Высокотехнологический научно-исследовательский институт неорганических материалов имени академика А.А. Бочвара», Москва, Россия
Роман Дмитриевич Демин-Гейнер – инженер-технолог 1-й категории, Акционерное общество «Высокотехнологический научно-исследовательский институт неорганических материалов имени академика А. А. Бочвара», Москва, Россия
Диана Сергеевна Штивель – инженер-технолог, Акционерное общество «Высокотехнологический научно-исследовательский институт неорганических материалов имени академика А. А. Бочвара», Москва, Россия
Алина Алексеевна Лаврентьева – инженер-технолог 2-й категории, Акционерное общество «Высокотехнологический научно-исследовательский институт неорганических материалов имени академика А. А. Бочвара», Москва, Россия
1. Ojovan M. I. Vitrification as a key solution for immobilisation within nuclear waste management // Arabian Journal for Science and Engineering. 2024. URL: https://doi.org/10.1007/s13369-024-09292-z
2. Corkhill C., Hyatt N. Nuclear waste management. Bristol, IOP Publishing Ltd, 2018. 18 p. URL: https://doi.org/10.1088/978-0-7503-1638-5
3. Lee W. E., Ojovan M. I., Jantzen C. M. Radioactive waste management and contaminated site clean-up. Woodhead Publishing, 2013. 879 p.
4. Сорокин В. Т., Павлов Д. И., Кащеев В. А. и др. Научные и проектные аспекты остекловывания жидких радиоактивных отходов АЭС с ВВЭР-1200 // Радиоактивные отходы. 2020. № 2(11). С. 56 – 65. DOI: 10.25283/2587-9707-2020-2-56-65
5. Ojovan M. I., Batyukhnova O. G. Glasses for nuclear waste immobilization. WM’07 Conference, February 25 – March 1, 2007, Tucson, AZ.
6. Ojovan M. I., Lee W. E. Glassy wasteforms for nuclear waste immobilization // Metallurgical and Materials Transactions A. 2011. No. 42A. Р. 837 – 851. DOI: 10.1007/s11661-010-0525-7
7. Стефановский С. В., Стефановская О. И., Семенова Д. В. Фазовый состав и структура стекломатериалов на натрий-алюмофосфатной основе, содержащих оксиды редкоземельных элементов // Радиоактивные отходы. 2018. № 1(2). С. 97 – 101.
8. Vavilov S., Kobayashi T., Myochin M. Principle and test experience of the RIAR’s oxide pyro-process // Journal of Nuclear Science and Technology. 2004. V. 41, No. 10. Р. 1018 – 1025.
9. Choi E.-Y., Jeong S. M. Electrochemical processing of spent nuclear fuels // An overview of oxide reduction in pyroprocessing technology. Progress in Natural Science: Materials International. 2015. No. 25. Р. 572 – 582. URL: http://dx.doi.org/10.1016/j.pnsc.2015.11.001
10. Park H.-S., Cho I.-H., Eun H. C., Kim I.-T., et al. Characteristics of wasteform composing of phosphate and silicate to immobilize radioactive waste salts // Environmental Science & Technology. 2011. No. 45(5). Р. 1932 – 1939. DOI: 10.1021/es1029975
11. Frolova A. V., Belova K. Y., Vinokurov S. E. Medium-temperature glass-composite phosphate materials for the immobilization of chloride radioactive waste // Journal of Composites Science. 2023. No. 7(9). Р. 363. URL: https://doi.org/10.3390/jcs7090363
12. Riley B. J., Peterson J. A., Kroll J. O., Frank S. M. Immobilization of LiCl–Li2O pyroprocessing salt wastes in chlorosodalite using glass-bonded hydrothermal and salt-occlusion methods // Journal of Nuclear Materials. 2018. No. 502. P. 236 – 246. DOI: 10.1016/j.jnucmat.2018.02.005
13. Белова К. Ю., Куликова С. А., Винокуров С. Е. и др. Иммобилизация хлоридных отходов от пирохимической переработки ОЯТ с использованием магний-калий-фосфатной матрицы // Успехи в химии и химической технологии. 2019. Т. 33, № 1. C. 36–37.
14. Riley B. J., Kroll J. O., Peterson J. A., et al. Assessment of lead tellurite glass for immobilizing electrochemical salt wastes from used nuclear fuel reprocessing // Journal of Nuclear Materials. 2017. No. 495. P. 405 – 420. URL: https://doi.org/10.1016/j.jnucmat.2017.08.037
15. Lavrinovich Yu. G., Kuzin M. A., Kormilitsyn M. V., et al. Combined vitrification of chloride and phosphate wastes by pyroelectrochemical reprocessing of nuclear fuel // Atomic Energy. 2006. V. 101, No. 6. P. 894 – 896.
16. Riley B. J., Peterson J. A., Vienna J. D., et al. Dehalogenation of electrochemical processing salt simulants with ammonium phosphates and immobilization of salt cations in an iron phosphate glass waste form // Journal of Nuclear Materials. 2020. No. 529. P. 151949.
17. Donald I. W., Metcalfe B. L., Fong S. K., et al. A glass-encapsulated calcium phosphate wasteform for the immobilization of actinide-, fluoride-, and chloride-containing radioactive wastes from the pyrochemical reprocessing of plutonium metal // Journal of Nuclear Materials. 2007. No. 361(1). P. 78 – 93. URL: https://doi.org/10.1016/j.jnucmat.2006.11.011
18. Мусатов Н. Д., Кащеев В. А., Тучкова А. И., Смелова Т. В. Анализ возможных методов увеличения степени включения хлорсодержащих РАО в матричный материал // Вопросы атомной науки и техники. Сер. Материаловедение и новые материалы. 2020. № 1(102). C. 66 – 75.
19. Szumera M. Structural investigations of silicate–phosphate glasses containing MoO3 by FTIR, Raman and 31P MAS NMR spectroscopies // Spectrochimica Acta, Part A: Molecular and Biomolecular Spectroscopy. 2014. No. 130. P. 1 – 6. URL: https://doi.org/10.1016/j.saa.2014.03.052
20. Вашман А. А., Демин А. В., Крылова Н. В. и др. Фосфатные стекла с радиоактивными отходами / под ред. Вашмана А. А., Полякова А. С. М.: ЦНИИатоминформ, 1997. 172 с.
21. Сунцов Д. Ю., Шестопёров И. Н., Богданов А. И. и др. Разработка макета опытно-промышленной установки для остекловывания ВАО // Вопросы атомной науки и техники. Сер. Материаловедение и новые материалы. 2018. № 4(95). С. 71 – 81.
22. Freitas A. M., Bell M. J. V., Anjos V., et al. Thermal analyzes of phosphate glasses doped with Yb3+ and ZnTe Nanocrystals // Journal of Luminescence. 2016. No. 169A. P. 353 – 358. URL: https://doi.org/10.1016/j.jlumin.2015.08.062
23. Hofmeister A. Whittington. Thermal diffusivity and conductivity of glasses and melts // Encyclopedia of Glass Science, Technology, History, and Culture. V. I, First Edition. John Wiley & Sons, 2021. P. 487 – 500. URL: https://doi.org/10.1002/9781118801017.ch4.5
24. Habasaki J., Ngai K. L. The mixed alkali effect in ionically conducting glasses revisited: A study by molecular dynamics simulation // Physical Chemistry Chemical Physics. 2007. No. 9(33). P. 4673. DOI: 10.1039/b704014h
25. Wilkinson C. J., Potter A. R., Welch R. S. Topological origins of the mixed alkali effect in glass // The Journal of Physical Chemistry B. 2019. No. 123. Р. 7482 – 7489. DOI: 10.1021/acs.jpcb.9b06512
26. Maji B. K., Jena H., Asuvathraman R. Electrical conductivity and glass transition temperature (Tg) measurements on some selected glasses used for nuclear waste immobilization // Journal of Non-Crystalline Solids. 2016. No. 434. P. 102 – 107. DOI: 10.1016/j.jnoncrysol.2015.12
27. Jlassi I., Sdiri N., Elhouichet H., Ferid M. Raman and impedance spectroscopy methods of P2O5–Li2 O–Al2O3 glass system doped with MgO // Journal of Alloys and Compounds. 2015. No. 645. P. 125 – 130. DOI: 10.1016/j.jallcom.2015.05.025
28. Bih L. Electronic and ionic conductivity of glasses inside the Li2O–MoO3–P2O5 system // Solid State Ionics. 2000. No. 132(1–2). Р. 71 – 85. DOI: 10.1016/s0167-2738(00)00697-4
29. Mogu?-Milankovi? A. ?anti?, Li?ina V., Day D. E. Dielectric behavior and impedance spectroscopy of bismuth iron phosphate glasses // Journal of Non-Crystalline Solids. 2005. No. 351(40 – 42). Р. 3235 – 3245. DOI: 10.1016/j.jnoncrysol.2005.08.011
30. Zubekhina B. Y., Burakov B. E., Ojovan M. I. Surface alteration of borosilicate and phosphate nuclear waste glasses by hydration and irradiation // Challenges. 2020. No. 11(2). P. 14. DOI: 10.3390/challe11020014
31. Bing-Fu Z., Clark D. E., Hench L. L., Wicks G. G. Leaching behavior of nuclear waste glass heterogeneities // Journal of Non-Crystalline Solids. 1986. No. 80(1 – 3). Р. 324 – 334. DOI: 10.1016/0022-3093(86)90414-x
32. Feng X., Cunnane J. C., Bates J. K. A literature review of surface alteration layer effects on waste glass behavior // Chemical Technology Division Argonne National Laboratory, IL 60439.

Статью можно приобрести
в электронном виде!

PDF формат

700

DOI: 10.14489/glc.2025.01.pp.003-016
Тип статьи: Научная статья
Оформить заявку

Ключевые слова

Для цитирования статьи

Власов М. И., Ведерникова Е. Д., Першина С. В., Быков В. А., Кисель М. Д., Сунцов Д. Ю., Тучкова А. И., Демин-Гейнер Р. Д., Штивель Д. С., Лаврентьева А. А. Оценка влияния хлорида лития на свойства борофосфатного стекла при иммобилизации РАО от пирохимической переработки ОЯТ // Стекло и керамика. 2025. Т. 98, № 1. С. 03 – 16. DOI: 10.14489/glc.2025.01.pp.003-016