Разработка нового поколения противомиграционных и противофильтрационных барьеров на основе наноструктурированных материалов с заданными свойствами в местах хранения радиоактивных отходов и отработанного ядерного топлива

Цель работы данного этапа исследования — провести отбор проб подземных вод в районе захоронения радиоактивных отходов на территории ПО «Маяк», измерить их основных показатели с использованием погружного зонда и провести последовательную микро- и ультрафильтрацию отобранных проб с целью выделения коллоидных частиц. В процессе зондирования подземных вод определялись их основные показатели (рН, Eh, электропроводность, основные ионы). Дальнейший анализ отобранных проб позволит позволит разработать концептуальную модель миграции радионуклидов в местах захоронения радиоактивных.

Цель этапа являлось разработка технологических основ безопасного обращения с РАО на стадии их захоронения в геологической среде и разработка концептуальной модели миграции радионуклидов из мест захоронения РАО. Для этого были решены следующие задачи:
(1) определение содержания различных радионуклидов во фракционированных пробах подземных вод, (2) определение физико-химических форм миграции компонентов РАО в подземных системах ПО «Маяк», (3) электронно-микроскопическое исследование коллоидных частиц, содержащих радионуклиды, (4) заключение о безопасности существующих технологий обращения с жидкими РАО и необходимости создания дополнительных противомиграционных и противофильтрационных завес.
Было установлено, что миграция таких радионуклидов, как 239,240Pu и 241Am за пределы водоема В-9 определяется коллоидными частицами, тогда как 3H, 90Sr, 238U, 237Np мигрировали в растворенной форме в составе различных комплексов и ионов. Таким образом, было установлено, что реализованные в настоящее время завесы для предотвращения неуправляемого поступления РАО в окружающую среду и обеспечивающие безопасность хранилища не выполняют своих функций, что требует создания дополнительных противомиграционных и противофильтрационных барьеров и завес в местах временного размещения и постоянного захоронения РАО и ОЯТ.

Цель этапа являлось разработка технологических основ безопасного обращения с РАО на стадии их захоронения в геологической среде и получение новых материалов для создания противомиграционных и противофильтрационных барьеров и завес в местах захоронения РАО. Для этого были решены следующие задачи:
(1) получены и исследованы новое поколение матриц лоя иммобилизации РАО, (2) синтезированы новые материалы на основе производных бентонита для сорбции радионуклидов, образующих анионные формы, (3) получены и исследованы новые материалы для создания противомиграционных и противофильтрационных завес и барьеров на основе наночастиц металлического железа, гелей кремниевой кислоты, производных гуминовых кислот, (4) создана лабораторная установка для моделирования подземных загрязненных горизонтов для испытания полученных материалов, (5) дано заключение о возможности использования полученных материалов на предприятиях Росатома для обеспечения безопасности захоронения РАО.
Было установлено, что новые полученные материалы эффективно задерживают различные формы радионуклидов, либо проявляют хорошие противофильтрационные свойства. Так, как реализованные в настоящее время завесы для предотвращения неуправляемого поступления РАО в окружающую среду и обеспечивающие безопасность хранилища не выполняют своих функций, то целесообразно рекомендовать полученные материалы для создания дополнительных противомиграционных и противофильтрационных барьеров и завес в местах временного размещения и постоянного захоронения РАО и ОЯТ.

Цель работы заключалась в разработке технологических основ безопасного обращения с РАО на стадии их захоронения в геологической среде и разработка концептуальной модели миграции радионуклидов из мест захоронения РАО. Задачами данного этапа являлись (1) исследование состояния ближней зоны хранилища РАО и установление причин и механизмов миграции радионуклидов, (2) отбор проб подземных вод в районе захоронения радиоактивных отходов и их исследование,
(3) исследование взаимодействия радионуклидов с компонентами противомиграционных и противофильтрационных барьеров на основе новых маетриалов, (4) разработка на основе полученных данных концептуальной модели миграции радионуклидов в условиях захоронения РАО.
В процессе работы было показано, что в ближней зоне хранилища РАО происходит образование истинных полимерных форм Pu(IV), которые сорбированы на коллоидных частицах. В подобной форме радионуклиды покидают контрольную зону хранилища РАО, что обуславливает необходимость создания системы противомиграционных и потивофильтрационных барьеров на основе новых материалов.
Было исследовано взаимодействие компонентов РАО с материалами созданных противомиграционных и противофильтрационных барьеров и получены численные характеристики по удерживанию радионуклидов в объеме барьера. Было установлено, что наибольшей сорбционной способностью по отношению к таким радионуклидам, как изотопы урана, плутония, нептуния и америция обладают оксиды марганца (MnO2), в меньшей степени оксиды железа (?-FeOOH и ?-Fe2O3). Была создана база данных по сорбционным реакциям ионов актинидов на компонентах противомиграционных барьеров, которая положена в основу концептуальной модели миграционного поведения радионуклидов в подземных системах.
Область применения: разработка технологических основ безопасного обращения с РАО на стадии их захоронения.