Группа ученых Лаборатории нейтронной физики Объединенного института ядерных исследований исследовала образцы цементов с различными включениями, применяемых для длительного кондиционирования – одной из основных стадий обращения с радиоактивными отходами.
В результате экспериментов с использованием методов неразрушающего структурного нейтронного контроля были определены цементные матрицы, обладающие высокими характеристиками механической стабильности. По мнению ученых, полученные результаты могут стать перспективной основой для дальнейших исследований новых типов цементных составов.
Радиоактивные отходы образуются во всех отраслях атомной промышленности: на атомных электростанциях и исследовательских реакторах, радиохимических производствах, предприятиях, обслуживающих корабли с ядерными энергетическими установками, промышленных предприятиях, применяющих радионуклиды, в медицинских центрах. Одним из наиболее простых и эффективных способов их переработки является цементирование: отходы помещаются в герметичный контейнер и заливаются цементным раствором. Так как необходимые для цементирования материалы сравнительно дешевы, этот метод переработки радиоактивных отходов является одним из наиболее экономически выгодных и надежных решений.
В настоящее время для этих целей наряду с методами синтеза активно разрабатываются новые химические составы цементных материалов – так называемые цементные матрицы. Эти задачи осложнены жесткими требованиями к технологическим параметрам и долговечности конечной продукции. Здесь на первый план выходит детальная структурная диагностика новых составов или уже готовых цементных изделий. Подобными исследованиями цементных матриц для кондиционирования радиоактивных отходов различных типов ученые ЛНФ ОИЯИ занимаются с 2018 года.
Недавно этот научный коллектив приступил к решению задачи поиска оптимального состава цементной пасты для работы с отходами металлического алюминия. Требовалось, чтобы после затвердевания цементной матрицы итоговый материал имел низкую скорость проницаемости воды и щелочных растворов внутрь объема. Представленные результаты получены совместно с коллегами из «Horia Hulubei» National Institute of Physics and Engineering (Румыния) и Nuclear Research Center, EAEA (Египет).
«Даже для гражданского строительства проницаемость влаги в цементные материалы представляет существенную проблему. Если речь идет о хранении радиоактивных отходов, то предотвращение проникновения воды извне в уже готовые изделия становится одной из ключевых задач», – отметил один из авторов исследования, сотрудник научно-экспериментального отдела нейтронных исследований конденсированных сред ЛНФ ОИЯИ Сергей Кичанов. Ученый пояснил, что прочность цементного компаунда – застывшей смеси цемента и отходов, подготовленных для хранения, – в первую очередь определяется его пористостью и трещинообразованием.
«Это объясняется тем, что минимальная пористость цементных материалов обуславливает их устойчивость к выщелачиванию, глубокому проникновению влаги с поверхности, морозостойкости цементных изделий. К настоящему времени хорошо известно, что трещины и поры являются легкими путями для попадания воды или водных растворов в толщу конструкционных цементных изделий. Этот процесс часто приводит к серьезному ухудшению состояния строительных конструкций», – подчеркнул Сергей Кичанов.
В своих экспериментах ученые исследовали новые композиты с добавлением органических и неорганических компонентов в цементную пасту, а за основу взяли доступный строительный портлендский цемент. К полученным составам добавляли алюминий, чтобы оценить структурные характеристики получаемой пасты. Таким образом, в процессе выбора и оценки подходящих материалов для кондиционирования радиоактивного металлического алюминия были подготовлены восемь образцов, полученных с использованием цементов двух типов – CEM III-A и CEM V-A – с органическими и неорганическими добавками.
Для идентификации и анализа структурных особенностей цементных материалов: наличия внутренних трещин и полостей, исследования пористости – ученые использовали метод нейтронной радиографии и томографии. Этот метод неразрушающей структурной диагностики позволяет получать нейтронные изображения и объемные трехмерные реконструкции внутреннего строения объектов с пространственным разрешением лучше 100 мкм. Для получения объемных трехмерных изображений, которые проиллюстрируют пространственное расположение компонентов цемента, все образцы были исследованы на станции нейтронной радиографии и томографии на исследовательском реакторе ИБР-2 в ЛНФ ОИЯИ.
В результате в части образцов обнаружились водосодержащие микрообъемы и поры, которые образовали кластеры или агрегаты диаметрами до 0,6–0,8 мм. В то же время другая часть образцов характеризовалась малой степенью пористости. Для каждого из образцов были рассчитаны величины пористости и коэффициенты абсорбции влаги в рамках капиллярной модели, проанализированы аномальные процессы впитывания влаги, исследованы зависимости абсорбции воды от особенностей приготовления цементных матриц, процессы проникновения воды в армированные цементные изделия.
«Исследования показали, что органические компоненты, добавляемые в цементную пасту, препятствовали образованию трещин и пор в конечных составах, – подчеркнул научный сотрудник ЛНФ ОИЯИ Иван Зель. – Органические соединения «забирают» избыток образующихся в процессе синтеза сопутствующих газов».
Полученные результаты, отмечают ученые, имеют важное значение для разработки новых и совершенствования существующих технологий создания перспективных цементных материалов для строительства хранилищ радиоактивных отходов и гражданских объектов. Кроме этого, результаты исследования послужат для прогнозирования влияния внешних условий: влажности климата, атмосферных осадков и др. – на механические и физические свойства этих материалов.
Воздух на 50 самых загруженных автодорогах Нижнего Тагила станет объектом для исследования Всероссийского научно-исследовательского института охраны окружающей среды. Поможет ученым искусственный инте...
Центр коллективного пользования с пятью лабораториями по изучению экологии создадут в Челябинской области к 2026 году в ходе реализации нацпроекта «Наука и университеты». Об этом сообщили в пресс-служ...
Ученые с использованием алгоритмов машинного обучения создали модели, способные по химическим и физическим свойствам жидкостей оценивать, насколько хорошо они связывают углекислый газ. Предложенный по...
Насколько обширными они будут, зависит от темпов сокращения выбросов парниковых газов
Повышение глобальной температуры может уже в этом столетии более чем на одну пятую сократить площадь Земли, пок...
Ученые выяснили, что если разбить базальтовые породы на множество маленьких кусков и развеять их над сельскохозяйственными полями, то они будут лучше улавливать парниковые газы. Исследователи посчитал...
Настоящим, в соответствии с Федеральным законом № 152-ФЗ «О персональных данных» от 27.07.2006 года, Вы подтверждаете свое согласие на обработку компанией ООО «Концепция связи XXI век» персональных данных: сбор, систематизацию, накопление, хранение, уточнение (обновление, изменение), использование, передачу в целях продвижения товаров, работ, услуг на рынке путем осуществления прямых контактов с помощью средств связи, продажи продуктов и услуг на Ваше имя, блокирование, обезличивание, уничтожение.
Компания ООО «Концепция связи XXI век» гарантирует конфиденциальность получаемой информации. Обработка персональных данных осуществляется в целях эффективного исполнения заказов, договоров и иных обязательств, принятых компанией в качестве обязательных к исполнению.
В случае необходимости предоставления Ваших персональных данных правообладателю, дистрибьютору или реселлеру программного обеспечения в целях регистрации программного обеспечения на Ваше имя, Вы даёте согласие на передачу своих персональных данных.
Компания ООО «Концепция связи XXI век» гарантирует, что правообладатель, дистрибьютор или реселлер программного обеспечения осуществляет защиту персональных данных на условиях, аналогичных изложенным в Политике конфиденциальности персональных данных.
Настоящее согласие распространяется на следующие персональные данные: фамилия, имя и отчество, место работы, должность, адрес электронной почты, почтовый адрес доставки заказов, контактный телефон, платёжные реквизиты.
Срок действия согласия является неограниченным. Вы можете в любой момент отозвать настоящее согласие, направив письменное уведомление на адрес: podpiska@vedomost.ru с пометкой «Отзыв согласия на обработку персональных данных».
Обращаем Ваше внимание, что отзыв согласия на обработку персональных данных влечёт за собой удаление Вашей учётной записи с соответствующего Интернет-сайта и/или уничтожение записей, содержащих Ваши персональные данные, в системах обработки персональных данных компании ООО «Концепция связи XXI век», что может сделать невозможным для Вас пользование ее интернет-сервисами.
Давая согласие на обработку персональных данных, Вы гарантируете, что представленная Вами информация является полной, точной и достоверной, а также что при представлении информации не нарушаются действующее законодательство Российской Федерации, законные права и интересы третьих лиц. Вы подтверждаете, что вся предоставленная информация заполнена Вами в отношении себя лично.
Настоящее согласие действует в течение всего периода хранения персональных данных, если иное не предусмотрено законодательством Российской Федерации.
.jpg)
.gif)
.jpg)
.jpg)