Ученые Кольского научного центра РАН (КНЦ РАН) и Дальневосточного федерального университета (ДВФУ) синтезировали керамические матрицы для иммобилизации радиоактивного стронция-90 в активных зонах радиационных источников тока («атомных батареек»). В частности, такие источники необходимы для приборов с автономным питанием, используемых в Арктике.
Для сопровождения судов по Северному морскому пути используется система навигационных и радиомаяков, световых знаков и автоматических метеостанций. Питание этой аппаратуре вдоль всего Севморпути от побережий Сахалина и Курильских острововдо берегов Баренцева и Белого морей осуществляется от радиационных источников тока, наиболее перспективными из которых являются РИТ-90 на основе изотопа стронция-90. Защиту от радиационного воздействия в них обеспечивает специальная капсула, которая восприимчива к физическому разрушению.
«Хотя капсула с активной зоной и защищена от внешних воздействий, сложившаяся система обращения с РИТ-90 не позволяет обеспечить его физическую защиту. Авария, несанкционированное извлечение или террористический акт ведут к полному разрушению РИТ-90, что может привести к переоблучению и гибели оператора и населения. Выходя во внешнюю среду, в том числе в морскую акваторию, стронций-90 по пищевой цепочке "донные микроорганизмы — водоросли — рыба" поступает в организм человека, что официально подтверждает МАГАТЭ», — рассказали в пресс-службе КНЦ РАН.
По мнению экспертов, обеспечить безопасное использования автономных закрытых источников излучения можно, если создать недиспергируемые, механически прочные матрицы активных зон, которые обеспечивают полную безопасность даже в случае аварии с их попаданием в объекты окружающей среды, в том числе, в морскую воду.
Для решения этой задачи ученые КНЦ РАН и ДВФУ провели фундаментальные исследования, ориентированные на поиск таких матриц для активных зон РИТ, которые обладали бы низкой скоростью выщелачивания под воздействием пресной и морской воды, и их создание методом импульсного плазменного спекания.
В основе метода — консолидирование порошковых материалов за счет высокоскоростного разогрева и уплотнения, опережающих активный рост зерна. При этой технологии спекание происходит за счет внутренней тепловой энергии материала, в то время как при традиционных способах требуется сообщить необходимую энергию эффекта Джоуля извне, что требует многочасовой выдержки. Применяемый электрический ток импульсного типа создает условия равномерного распределения тепла по образцу, в том числе независимо от природы спекаемого порошкового материала (проводники или диэлектрики), что позволяет получать многокомпонентные композиты.
Ученые приготовили четыре варианта порошковых смесей. Полученная керамика имеет сложный фазовый состав. Поэтому для уточнения фазообразования в процессах ее получения был применен передовой метод дифрации синхротронного рентгеновского излучения, по результатам которого были определены оптимальные температурные режимы образования матрицы высокого качества.
В результате были получены матричные компоненты с высокими степенью защиты, твердостью и плотностью. Авторы отмечают, что прочные химические связи в кристаллических структурах матриц обеспечивают долговременную иммобилизацию радионуклидов. При этом связанными остаются не только исходные атомы стронция, но и продукты их распада, которые в иных условиях могут проникать в окружающую среду.
Источник: Минобрнауки России