Капсулы для безопасного захоронения радиоактивных отходов

kapsuly-dlya-bezopasnogo-zahoroneniya-radioaktivnyh-othodov-6 Материалы с уникальными свойствами

Человек в течении жизни продуцирует очень много разного типа отходов, в том числе очень опасных для других людей и для окружающей его природы. Проблемы захоронения и выброса отходов существует во всех отраслях, но наиболее пристальное внимание и высокие требования выставлены для предприятий атомной отрасли.

kapsuly-dlya-bezopasnogo-zahoroneniya-radioaktivnyh-othodov-9

Чернобыльская катастрофа и катастрофа в Фукусиме, по мнению экспертов атомной энергетики, считаются мелочью по сравнению с последствиями аварий на временных хранилищах ядерного топлива. Поэтому ученые неустанно ищут более эффективные и безопасные способы захоронений опасных отходов.

Утилизация ядерных материалов, особенно ядерных отходов, образующихся из таких источников, как производство ядерной энергии, программы создания ядерного оружия и медицина, на протяжении десятилетий преследовала ядерную энергетику, а также научное сообщество.

Факты о том, что сооруженные низкоактивные полигоны для захоронения еще не открыты, и что нынешний политический климат не благоприятствует установке новых площадок, указывает на то, что перспективы безопасного и адекватного захоронения ядерных отходов в ближайшем будущем туманны.

kapsuly-dlya-bezopasnogo-zahoroneniya-radioaktivnyh-othodov-4

Такое отсутствие установок для захоронения ограничит будущее производства ядерной энергии в то время, когда необходимо снижение выбросов от установок, работающих на ископаемом топливе.

Поскольку период полураспада некоторых ядерных изотопов составляет тысячи лет, ясно показана необходимость создания особо стабильных хранилищ.

kapsuly-dlya-bezopasnogo-zahoroneniya-radioaktivnyh-othodov-2

Однако природные особенности, такие как уровень грунтовых вод, характеристики почвы и потенциал землетрясений, делают поиск подходящего участка чрезвычайно трудным, даже если не учитывать политические проблемы.

С ростом осознания необходимости длительного хранения, а также необходимости предотвращения попадания отходов в водоснабжение, первостепенное значение приобретает необходимость в альтернативных безопасных методах удаления.

Хранение ядерных материалов путем инкапсуляции в фуллерены

Недавно исследователи обнаружили новую форму молекул углерода, известную как фуллерены.

kapsuly-dlya-bezopasnogo-zahoroneniya-radioaktivnyh-othodov-1

Это открытие вызвало интерес у большого сегмента научного сообщества и привело к концепции многочисленных практических применений молекул. Некоторые из наиболее известных фуллеренов включают C60, который имеет симметрию, напоминающую лоскутные поверхности футбольного мяча.

Исследования фуллеренов показали, что этот материал демонстрирует замечательный диапазон физических и химических свойств, например, ионы различных металлов заключенные в клетку фуллерена. Кроме того, было показано, что фуллерены имеют низкую плотность, необычно высокую термическую и механическую стабильность, и подходят для образования материалов, в которых ионы металлов будут расположены внутри полого фуллеренового каркаса.

Способ инкапсуляции радиоактивных материалов внутри фуллеренов идеален для стабильного длительного хранения радиоактивных отходов.

kapsuly-dlya-bezopasnogo-zahoroneniya-radioaktivnyh-othodov-8

Фуллерены представляют собой безопасные и эффективные средства утилизации ядерных отходов, которые чрезвычайно устойчивы по отношению к окружающей среде. После инкапсуляции радиоактивный ион по существу химически изолирован от внешней среды.

При нынешнем состоянии озабоченности по поводу надлежащего хранения ядерных материалов было бы неизмеримо полезно иметь возможность инкапсулировать такие отходы внутри стабильной молекулы. Предыдущие попытки такого связывания включали инкапсуляцию в стекло, керамику или цемент. В этой технологии инкапсуляции каждый ион металла или кластер ионов окружен относительно небольшим количеством атомов матрицы. Кроме того, на стабильность таких молекул влияет инкапсулированный материал.

Свойства фуллерена С60 на службе у людей

Из-за радиационного повреждения, вызванного процессом распада, материалы, полученные с использованием вышеуказанных методов, страдают от прогрессирующей деградации молекулярной структуры матрицы,что делает возможным медленное высвобождение продуктов распада, а также выщелачивание исходного изотопа в окружающую среду.

kapsuly-dlya-bezopasnogo-zahoroneniya-radioaktivnyh-othodov-5

С фуллеренами дело обстоит иначе.Замечательная стабильность фуллереновых клеток позволит им противостоять процессам ядерного распада без серьезной деградации, гарантируя, что ядерные продукты останутся иммобилизованными.

Кроме того, молекулы фуллерена проявляют свойства самовосстановления, что означает, что в случае разрыва частично сломанная клетка снова закроется. Основной целью этого способа является создание безопасных средств для хранения радиоактивных материалов.

Синтез металлов, инкапсулированных фуллеренами, может быть эффективно осуществлен в большом масштабе, что делает этот процесс привлекательным для захоронения и хранения ядерных отходов.

kapsuly-dlya-bezopasnogo-zahoroneniya-radioaktivnyh-othodov-3

Эти особенности наноэлемента привели к настоящему изобретению, в котором радиоактивные отходы инкапсулируются внутри молекулы фуллерена.

Для выполнения этой инкапсуляции фуллерены или фуллериды производятся обычными способами, с помощью трехступенчатого процесса. В этом процессе сначала образуется фуллеренсодержащая сажа. Далее фуллерены извлекаются из сажи и, наконец, разные фуллерены разделяются. Для капсулирования ионы металлов вводятся в зону реакции во время образования сажи.

При захоронении таким методом уран, плутоний или другие радиоактивные отходы инкапсулируются внутри фуллереновой структуры.

kapsuly-dlya-bezopasnogo-zahoroneniya-radioaktivnyh-othodov-7

Такое расположение обеспечивает чрезвычайно стабильное хранение радиоактивных отходов и изоляцию их от внешней среды.

Кроме того, из-за относительно низкой энергии отдачи фрагментов радиоактивного распада и особенностей молекул фуллерена, доступных для рассеивания этой энергии, продукты этих нуклидов будут оставаться захваченными внутри фуллереновой клетки. В случае фуллеренов каждый ион металла изолирован как от ионов других металлов, так и от химической среды.

Метод инкапсуляции в молекулы фуллерена С60 обеспечивает не только безопасное хранение радиоактивных материалов, а позволяет решить раз и навсегда вопрос долгосрочного удаления ядерных отходов. Капсулы с наносоединением способны удерживать опасные вещества сотни лет и не наносить вред окружающей среде.

Оцените статью
Добавить комментарий

error: Alert: Content is protected! Внимание! Контент защищен!