Источник фото: ТАСС/Петр Сивков
Одним из наиболее простых и надежных способов утилизации ядерных отходов является цементирование: отходы помещаются в герметичный контейнер и заливаются цементным раствором. Помимо обычного портландцемента, для этой цели используются так называемые цементные матрицы – специальные химические составы цементных материалов, которые отличаются морозостойкостью, а также устойчивостью к выщелачиванию и проникновению влаги.
Поиском оптимального состава такой матрицы занялись ученые из Лаборатории нейтронной физики Объединенного института ядерных исследований (ОИЯИ), которым в рамках одного из проектов требовалось получить материал, пригодный для безопасной утилизации металлических радиоактивных отходов и, в частности, металлического алюминия. Искомый материал должен был обладать низкой пористостью и трещинообразованием, поскольку трещины и поры являются легкими путями для попадания воды в толщу цементных изделий.
Взяв за основу строительный портландцемент, ученые исследовали новые композиты с добавлением органических и неорганических компонентов в цементную пасту. Затем к полученным составам добавлялся алюминий, чтобы оценить структурные характеристики цементной пасты. В результате ученые подготовили восемь образцов, в которых использовался цемент двух типов – с органическими (CEM III-A) и неорганическими (CEM V-A) добавками.
Чтобы понять, существуют ли внутри образцов трещины и полости, ученые провели нейтронную томографию и радиографию, позволяющую получать трехмерную реконструкцию внутреннего строения объектов с высоким разрешением. В результате в образцах с неорганическими добавками (CEM V-A) были выявлены водосодержащие микрообъемы и поры, которые образовали кластеры диаметром до 0,6–0,8 мм. Тогда как для образцов с органическими добавками (CEM III-A) была характерна низкая пористость.
«Исследования показали, что органические компоненты, добавляемые в цементную пасту, препятствовали образованию трещин и пор в конечных составах. Органические соединения «забирают» избыток образующихся в процессе синтеза сопутствующих газов», – цитирует Объединенный институт ядерных исследований научного сотрудника Лаборатории нейтронной физики Ивана Зеля.
Результаты исследования могут использоваться при разработке цементных материалов, предназначенных для строительства хранилищ радиоактивных отходов.
