Разработка новых экологически безопасных методов иммобилизации радионуклидов в твердотельных матрицах, являющихся аналогами природных минералов, для обеспечения длительного и безопасного захоронения радиоактивных отходов.

В области разработки технологии получения твердотельных матриц радионуклидов проведены исследования по использованию калий-магний-фосфатной керамики для отверждения радионуклидов. Проведен анализ накопленных отходов высокого и среднего уровня активности, которые могут быть иммобилизованы в таких матрицах. Синтезированы и изучены их образцы с модельными радиоактивными растворами. Установлено, что повышение солесодержания в радиоактивном растворе существенно увеличивает время отверждения керамики. Величины максимальной загрузки матриц по двум видам радиоактивных отходов составили 44 и 64 мас.%.
В научных российских и зарубежных журналах опубликовано в 2005 году 2 статьи с результатами интеллектуальной деятельности, полученных в ходе выполнения проекта. Они доложены на международных научных конференциях, где было сделано 2 доклада.

Разработан новый тип матрицы отходов на основе муратаита. Синтезированы 90 ее образцов с актинидами и лантанидами. Проведено изучение их свойств различными методами физико-химического анализа (ЭПР, РФА, СЭМ-ЭДС, ПЭМ, РФЭС и др.). Обнаружены разновидности муратаита с различной повторяемостью структурного мотива по отношению к базовой флюоритовой ячейке. В образцах с актинидами и лантанидами доминируют фазы с пяти- и восьмикратным мотивом, в меньшем количестве имеется фаза с утроенной структурой. Особенностью плавленых керамик является зональное строение зерен. В их центре содержатся максимальные концентрации актинидов и лантанидов, краевые зоны обеднены этими элементами. Скорость выщелачивания плутония из муратаита водой на три порядка лучше, чем требования ГОСТ РФ для консервирующих матриц отходов, что превосходит другие типы матриц, например на основе цирконолита или пирохлора. Отработаны приемы синтеза матриц, состоящих из муратаита, методами прессования - спекания и плавления - кристаллизации. Выработаны рекомендации по обеспечению производственного процесса иммобилизации отходов в такую матрицу.
Исследованы радиационные дефекты в структурах твердотельных матриц радионуклидов и их природных аналогов. Изучены минералы группы бритолита – природного аналога матрицы актинидов, накопившие большие дозы облучения при распаде урана и тория. Выявлены все стадии разрушения кристаллической структуры и показано, что радиационная прочность природных образцов выше, чем у искусственных разновидностей того же состава и структуры.
Проведены синтез и изучение калий-магний-фосфатной матрицы жидких отходов с актинидами и продуктами деления. Получены образцы матрицы с максимальным наполнением по двум типам отходов - высокоактивному декантату (наполнение отходами 64 мас.%) и суспензии среднеактивного шлама (наполнение отходами 44 мас.%), определены их плотность и механическая прочность, установлена высокая радиационная стойкость матриц при их гамма облучении до дозы в 270 Млн. рад.

В итоговом отчете представлены результаты по этим направлениям работ, которые изложены в пяти главах.
В первой главе охарактеризованы процессы миграции радионуклидов в скальных породах и условия безопасного размещения подземных хранилищ РАО. Анализ условий миграции загрязнителей выполнен для кристаллических пород, которые являются наиболее вероятной средой для сооружения подземных хранилищ ОЯТ и ВАО в России.
Вторая глава посвящена анализу свойств минералов, определяющих способность включать радионуклиды.
В третьей главе изучено влияние радиации на свойства минералов.
Четвертая глава посвящена характеристике новой матрицы актинидных отходов на основе муратаита, разработанной и изученной исполнителями проекта.
Пятая глава посвящена иммобилизации РАО в матрицах на основе калий-магний-фосфатной керамики (КМФК), природным аналогом которой являются водные фосфаты различных металлов.
Приведенные результаты свидетельствуют о том, что содержание исследований соответствует теме РП-12.3/001: «Разработка новых экологически безопасных методов иммобилизации радионуклидов в твердотельных матрицах, являющихся аналогами природных минералов, для обеспечения длительного и безопасного захоронения радиоактивных отходов». Результаты НИР отвечают цели и требованиям, заявленным в Техническом Задании, они соответствуют современным мировым достижениям в данной области. В российских и зарубежных журналах опубликовано 6 статей с результатами интеллектуальной деятельности, полученными при выполнении проекта, а также сделаны 2 доклада на конференциях. Подготовлены и 22 мая 2006 г отправлены в «РОСПАТЕНТ» (Федеральную службу по интеллектуальной собственности, патентам и товарным знакам) 2 заявки на получение патента на изобретение, защищены 2 диссертации на соискание ученой степени кандидата и доктора химических наук.
В целом, результаты НИР соответствуют требованиям технического задания в отношении технико-экономических показателей, а содержание исследований и сроки их исполнения отвечают календарному плану (приложение 2 к государственному контракту). Они будут использованы на радиохимических предприятиях Российской Федерации для обеспечения безопасного обращения с отходами ядерной энергетики; отходов, связанных с наработкой оружейного плутония; новых типов ВАО, возникающих при изготовлении МОКС топлива. Данная работа соответствует также целям и задачам Федеральной целевой программы «Ядерная и радиационная безопасность России» на 2000 – 2006 годы.