A radioaktív hulladékok végső elhelyezése egyre sürgetőbb probléma
Nagyaktivitású radioaktív hulladékok hatékonyabb és gazdaságosabb kondicionálására fejlesztettek új mátrixüveget az EK kutatói.

 

Az ELKH Energiatudományi Kutatóközpont (EK) kutatói nagyaktivitású radioaktív hulladékok kondicionálására olyan boroszilikát mátrixüveg-összetételt fejlesztettek, amellyel tömegarányosan több radioaktív hulladékot lehet megkötni gazdaságosabb előállítás mellett. Munkájuk során bebizonyították, hogy a lantanoida-oxidok az eddig ismert legnagyobb koncentrációban – akár a teljes tömeg harminc százalékában – képesek úgy beépülni az üveg alapszerkezetébe, hogy részt vesznek a szerkezet kialakításában, abban jelentős változást nem okozva.  A legújabb eredményeket a neves Scientific Reports szaklapban publikálták.

A kiégett fűtőelemekből visszamaradó radioaktív hulladék jórészt urán-trioxidból és nagyobb rendszámú aktinoidákból áll. Ez utóbbi elemek a hulladékban nagy mennyiségben vannak jelen, de modellkísérletekhez nem elérhetőek. A boroszilikát mátrixüveg-összetételhez ezért az aktinoidákat kémiailag modellező lantanoidákat adtak különböző koncentrációban, így optimálva a mátrix-hulladék arányt. A lantanoidákat tartalmazó üvegek hosszú távú viselkedését a kutatók kioldódási kísérletekkel vizsgálták, amelyek eredményei szerint az üveg alapszerkezete nem sérül, a lantanoidák kioldódása pedig az idő előrehaladtával elhanyagolható szintre csökken.

 

Tömbi üvegminták a különböző CeO2-tömegszázalékban adalékolt mátrixösszetételre

 

A vonatkozó törvényjavaslat alapján az itthon keletkező radioaktív hulladékról Magyarországnak kell gondoskodnia, alkalmazva a többszörös mérnöki gátak és a mélységi védelem elvét. A mérnöki gátrendszer első és legfontosabb eleme a hulladék stabilizálására alkalmas mátrixanyag. A nagyaktivitású radioaktív hulladék kondicionálása céljából az EK kutatói kifejlesztettek egy öt-komponensű, gazdaságosan előállítható boroszilikát üvegösszetételt (SiO2-Na2O-B2O3-BaO-ZrO2, a továbbiakban: „mátrix"), amely többféle radionuklid befogadására alkalmas.

A radionuklidok mátrixüvegben való megkötésének folyamatát vitrifikálásnak nevezzük. A kifejlesztett boroszilikát mátrixüveg-összetételhez a kutatók a hulladékban jelenlévő aktinoidákat kémiailag modellező lantanoidákat adtak, tíz–harminc tömegszázalék cérium-dioxid (CeO2), neodímium-trioxid (Nd2O3) és európium-trioxid (Eu2O3) formájában.

Az így létrehozott modell üvegek szerkezetvizsgálatát hazai és nemzetközi nagyberendezéseken végezték. A neutron- és röntgendiffrakciós mérések kiértékeléséhez a 3D atomi konfiguráció modellezésére a fordított Monte Carlo szimulációs programot használták. Megállapították, hogy az alapszerkezet felépítésében a szilícium-dioxid (SiO2) és dibór-trioxid (B2O3) játszanak szerepet, illetve hogy vegyes [4]Si-O-[3,4]B láncok alkotják az üveg vázszerkezetét. A diffrakciós eredményeket magmágneses rezonancia és Raman-spektroszkópia alkalmazásával megerősítették. Az atomi szerkezeti paraméterek azt mutatták meg, hogy a mátrixüveg az eddig ismert legnagyobb koncentrációban, harminc tömegszázalékban képes lantanoida-oxidok – CeO2, Nd2O3 és Eu2O3 (plutónium, amerícium és kűrium aktinoidákat kémialag modellezve) – stabil megkötésére.

A másodszomszéd-távolságok – Si,B–Ce, Si,B–Nd, Si,B–Eu – pedig arra adtak választ, hogy a lantanoidák az amorf szerkezet felépítésében is szerepet játszanak, kapcsolódnak a szerkezetalkotó szilícium- (Si) és bóratomokhoz (B), ezáltal stabilizálódnak a rendszerben, így beépülve a mátrixüveg-szerkezetbe. Röntgenabszorpciós kísérletek eredményei alapján megállapították, hogy a cérium az üveg szerkezetébe Ce3+ formában épül be, illetve a Nd3+ és az Eu3+ ionok nem alkotnak klasztereket az üveg szerkezetén belül.

 

A vizsgált mátrix, mátrix-Ce30, mátrix-Nd30 és mátrix-Eu30 összetételek porított formában

 

A kifejlesztett, harminc tömegszázalék lantanoida-oxidot tartalmazó boroszilikát mátrixüveg-összetételek kioldódási vizsgálatát nemzetközi szabvány alapján végezték el, különböző időskálán és állandó – 90±1 Celsius-fok – hőmérsékleten. A folyadékfázis totálreflexiós röntgenfluoreszcenciás és induktívan csatolt plazma optikai emissziós spektrometriás mérései alapján megállapították, hogy a mártixban lévő üvegalkotók és módosítók – Si, B, Na, Ba – kioldódása elhanyagolható, aminek köszönhetően az alapszerkezet nem sérül.

A lantanoidák kioldódása sem számottevő, a kioldódási kísérleti idő növekedésével valamennyi kioldódott lantanoida koncentrációja csökken. A kifejlesztett boroszilikát üvegösszetétel lantanoidamegkötési képessége és a mért kioldódási paraméterek biztatóak a radioaktív hulladékok hosszú távú tárolásához való alkalmazhatóságot illetően. Az EK kutatói a mátrixüveg szerkezeti és kioldódási tulajdonságainak vizsgálatát a jövőben urán-oxidok és lantanoida-oxidok együttes hozzáadásával tervezik kiterjeszteni.

Okos gyártás együttműködő robotokkal
Az egyedi, személyre szabott termékek iránti kereslet egyre inkább növekszik, ami arra ösztönzi a gyártókat, hogy a tömegtermelés helyett versenyképességük megőrzése érdekében a mennyiségről a változatosságra helyezzék a hangsúlyt.
Mesterséges intelligencia segíti a melanóma korai felismerését
A bőrrák a leggyakoribb, emberekben előforduló, rosszindulatú daganatos megbetegedés, ráadásul egyre gyakoribb. A bőrrákok általános kategóriáján belül a melanóma a fő halálozási ok.
A világ leggyorsabb izolált áram szenzorai
A tavaly megjelent CT110 CT220 után újabb tagokkal bővült a Crocus Technology egyszerű és költséghatékony izolált TMR árammérő szenzorcsaládja.
Felhő vagy szélcsend? Nem gond többé!
Egy magyar techcég megszűnteti a megújuló energiák időjárásfüggőségből fakadó kockázatát. Az Enerhash a hagyományos- és a megújuló energiarendszerek rugalmas, együttes használatát teszi lehetővé, ezzel segítve a megújuló energia arányának további növelését.
A hatékonyság legújabb varázsszava - az agilitás
A legtöbb vállalat számára az üzleti eredmények jelentik a siker fokmérőit, azonban a gyorsan változó piaci környezetben újabb tényezők kerültek fókuszba.