Ученые превращают ядерные отходы в стекло

Холодная война оставила после себя значительное количество ядерных отходов, но будущее может быть немного чище благодаря команде ученых из Тихоокеанской северо-западной национальной лаборатории Министерства энергетики США (PNNL).

Месяц назад в Лаборатории радиохимической обработки PNNL они продемонстрировали превращение в стекло чуть более 11 литров малоактивных ядерных отходов из подземных резервуаров в Хэнфорде, зафиксировав радиоактивные и химические материалы в форме прочного стекла.

Лабораторная демонстрация является важным шагом в направлении возможной переработки миллионов галлонов опасных отходов, которые образовались при производстве плутония в Хэнфорде.

Ядерные отходы являются одной из главных экологических проблем нашего времени. Даже если бы каждый реактор на Земле внезапно закрылся, и новый никогда бы не строили, существует миллионы тонн отходов, оставшихся с почти столетнего производства, не говоря уже о будущих отходах исследовательских реакторов и радиационных лабораторий.

Одной проблемой является поиск места для захоронения таких отходов в долгосрочной перспективе, но следующая заключается в разработке процесса, которые сделает отходы химически инертными и неспособным взаимодействовать с окружающей средой.

Существует несколько способов переработки ядерных отходов, и одним из наиболее перспективных является витрификация. То есть, отфильтрованные отходы смешивают со стеклообразующими материалами, затем нагревают их в печи для создания боросиликатного стекла, которое остается стабильным в течение тысячи лет.

Разработка этого метода, как правило, сосредоточена на высокоактивных ядерных отходах, таких как отработанные топливные стержни. Но малоактивных ядерных отходов в мире в сто раз больше.

Это отходы, загрязненные радиоактивными элементами или подвергшиеся воздействию нейтронного излучения. Они могут включать разложившиеся медицинские изотопы, загрязненную одежду, лабораторные животные туши и много малоактивных остатков реактора в жидкой форме.

Разработанный PNNL совместно с Управлением по охране рек (ORP), Министерством охраны окружающей среды США и Организацией защиты водных путей Вашингтона (WRPS), который управляет хранением резервуаров в Хэнфорде, новый процесс является экспериментальной версией системы, которая в один прекрасный день будет использоваться для превращения в стекло миллионов галлонов малоактивных радиоактивных отходов, оставшихся от американской программы ядерного оружия.

Тест предназначен для того, чтобы продемонстрировать, что отходы могут обрабатываться непрерывно, а не в партиях, и лучше понимать, как метод работает, чтобы подготовиться к его масштабному процессу.

Для своей демонстрации ученые из PNNL взяли жидкие ядерные отходы из Хэнфорда и использовали фильтры и ионные колонки для удаления твердых частиц и цезия, тяжелого металла.

Обработанную жидкость смешивали с сырьем для изготовления стекла, затем полученный материал закачивали в плавильную печь с постоянной регулируемой скоростью, нагревая до 1149 ° C. Примерно каждые 30 минут ученые экструдировали около 227 г стекла, в общей сложности, получив 9,1 кг.

Между тем, радиоактивные газы, выделяемые процессом витрификации, были возвращены обратно в жидкость путем конденсации, которая затем также будет превращена в стекло.

Полученные стекло и раствор будут проанализированы, чтобы определить, соответствуют ли они стандартам утилизации.

Согласно PNNL, на конец этого года запланирован еще один лабораторный тест на витрификацию. В этом случае жидкость из другого резервуара для отходов Хэнфорда будет проходить через другой процесс фильтрации и ионообмена, прежде чем превращаться в стекло.