Сотрудники Института геохимии и аналитической химии им. В.И. Вернадского Российской академии наук (ГЕОХИ РАН) совместно с коллегами из МГУ им. М.В. Ломоносова изучили поведение актинидов в условиях коррозии стальных металлоконструкций хранилища радиоактивных отходов при их захоронении на участке «Енисейский» Нижнеканского массива (Красноярский край). Ученые отметили, что присутствие в подземной воде оксидов и гидроксидов железа ускоряет сорбцию актинидов минералами трещиноватых пород. Полученные данные могут быть использованы для оценки безопасности глубинного захоронения радиоактивных отходов.
Развитие атомной энергетики требует решения проблемы обращения с радиоактивными отходами, которые образуются на всех этапах ядерного топливного цикла. Наиболее эффективным методом изоляции радиоактивных отходов считается их захоронение в глубокие геологические формации. Глубинные хранилища устроены так, чтобы изолировать опасные долгоживущие радионуклиды на тысячи и более лет. Однако, ученые опасаются, что столь долгая выдержка неминуемо приведет к коррозии металлоконструкций хранилища, в том числе емкостей, предназначенных для хранения радиоактивных отходов — контейнеров из нержавеющей стали.
В настоящее время в России реализуется проект по созданию пункта окончательной изоляции радиоактивных отходов на участке «Енисейский» Нижнеканского массива на территории Красноярского края. Вмещающие породы являются природным барьером, препятствующим попаданию радионуклидов в окружающую среду, однако их способность удерживать радионуклиды в течение длительного времени до конца не изучена. Особое опасение представляют зоны трещиноватости, которые могут стать основными каналами миграции радионуклидов.
Авторы исследования решили выяснить, как влияют продукты коррозии материалов контейнеров — оксиды и гидроксиды железа — на сорбцию и пространственное распределение элементов группы актинидов — нептуния, плутония и америция — в трещиноватых гнейсах участка «Енисейский».
«В работе были смоделированы условия глубинного хранилища: использовали раствор-имитатор подземной воды реального химического состава, а эксперименты предусматривали длительный контакт раствора с породой и продуктами коррозии. В таких условиях железо постепенно переходит в раствор и затем выпадает в виде тонкодисперсных оксидов и гидроксидов, образуя на поверхности минералов тонкослойные пленки сложного состава. Эти вторичные железосодержащие фазы обладают развитой поверхностью и большим числом активных центров, поэтому они способны удерживать ионы актинидов», — рассказала один из авторов исследования, научный сотрудник лаборатории радиохимии ГЕОХИ РАН Анастасия Родионова.
Важным результатом работы стало доказательство того, что продукты коррозии стального контейнера служат дополнительным сорбционным барьером, способствующим снижению мобильности нептуния, плутония и америция в системе «контейнер — порода — подземные воды». Ученые установили, что в присутствии продуктов коррозии значительная часть нептуния, плутония и америция концентрируется не на «первичных» минералах, а на вторичных железосодержащих фазах. Основные минеральные фазы кварца и полевых шпатов удерживают актиниды значительно слабее, тогда как наличие образованных железосодержащих фаз повышает способность породы к фиксации радионуклидов.
Полученные данные могут быть использованы для уточнения геохимических моделей поведения долгоживущих актинидов в зоне хранилища и для оценки долговременной безопасности глубинного захоронения радиоактивных отходов.
Исследование выполнено при финансовой поддержке Российского научного фонда.
Источник: Минобрнауки России