A radioaktív hulladékok végső elhelyezése egyre sürgetőbb probléma
Nagyaktivitású radioaktív hulladékok hatékonyabb és gazdaságosabb kondicionálására fejlesztettek új mátrixüveget az EK kutatói.

 

Az ELKH Energiatudományi Kutatóközpont (EK) kutatói nagyaktivitású radioaktív hulladékok kondicionálására olyan boroszilikát mátrixüveg-összetételt fejlesztettek, amellyel tömegarányosan több radioaktív hulladékot lehet megkötni gazdaságosabb előállítás mellett. Munkájuk során bebizonyították, hogy a lantanoida-oxidok az eddig ismert legnagyobb koncentrációban – akár a teljes tömeg harminc százalékában – képesek úgy beépülni az üveg alapszerkezetébe, hogy részt vesznek a szerkezet kialakításában, abban jelentős változást nem okozva.  A legújabb eredményeket a neves Scientific Reports szaklapban publikálták.

A kiégett fűtőelemekből visszamaradó radioaktív hulladék jórészt urán-trioxidból és nagyobb rendszámú aktinoidákból áll. Ez utóbbi elemek a hulladékban nagy mennyiségben vannak jelen, de modellkísérletekhez nem elérhetőek. A boroszilikát mátrixüveg-összetételhez ezért az aktinoidákat kémiailag modellező lantanoidákat adtak különböző koncentrációban, így optimálva a mátrix-hulladék arányt. A lantanoidákat tartalmazó üvegek hosszú távú viselkedését a kutatók kioldódási kísérletekkel vizsgálták, amelyek eredményei szerint az üveg alapszerkezete nem sérül, a lantanoidák kioldódása pedig az idő előrehaladtával elhanyagolható szintre csökken.

 

Tömbi üvegminták a különböző CeO2-tömegszázalékban adalékolt mátrixösszetételre

 

A vonatkozó törvényjavaslat alapján az itthon keletkező radioaktív hulladékról Magyarországnak kell gondoskodnia, alkalmazva a többszörös mérnöki gátak és a mélységi védelem elvét. A mérnöki gátrendszer első és legfontosabb eleme a hulladék stabilizálására alkalmas mátrixanyag. A nagyaktivitású radioaktív hulladék kondicionálása céljából az EK kutatói kifejlesztettek egy öt-komponensű, gazdaságosan előállítható boroszilikát üvegösszetételt (SiO2-Na2O-B2O3-BaO-ZrO2, a továbbiakban: „mátrix"), amely többféle radionuklid befogadására alkalmas.

A radionuklidok mátrixüvegben való megkötésének folyamatát vitrifikálásnak nevezzük. A kifejlesztett boroszilikát mátrixüveg-összetételhez a kutatók a hulladékban jelenlévő aktinoidákat kémiailag modellező lantanoidákat adtak, tíz–harminc tömegszázalék cérium-dioxid (CeO2), neodímium-trioxid (Nd2O3) és európium-trioxid (Eu2O3) formájában.

Az így létrehozott modell üvegek szerkezetvizsgálatát hazai és nemzetközi nagyberendezéseken végezték. A neutron- és röntgendiffrakciós mérések kiértékeléséhez a 3D atomi konfiguráció modellezésére a fordított Monte Carlo szimulációs programot használták. Megállapították, hogy az alapszerkezet felépítésében a szilícium-dioxid (SiO2) és dibór-trioxid (B2O3) játszanak szerepet, illetve hogy vegyes [4]Si-O-[3,4]B láncok alkotják az üveg vázszerkezetét. A diffrakciós eredményeket magmágneses rezonancia és Raman-spektroszkópia alkalmazásával megerősítették. Az atomi szerkezeti paraméterek azt mutatták meg, hogy a mátrixüveg az eddig ismert legnagyobb koncentrációban, harminc tömegszázalékban képes lantanoida-oxidok – CeO2, Nd2O3 és Eu2O3 (plutónium, amerícium és kűrium aktinoidákat kémialag modellezve) – stabil megkötésére.

A másodszomszéd-távolságok – Si,B–Ce, Si,B–Nd, Si,B–Eu – pedig arra adtak választ, hogy a lantanoidák az amorf szerkezet felépítésében is szerepet játszanak, kapcsolódnak a szerkezetalkotó szilícium- (Si) és bóratomokhoz (B), ezáltal stabilizálódnak a rendszerben, így beépülve a mátrixüveg-szerkezetbe. Röntgenabszorpciós kísérletek eredményei alapján megállapították, hogy a cérium az üveg szerkezetébe Ce3+ formában épül be, illetve a Nd3+ és az Eu3+ ionok nem alkotnak klasztereket az üveg szerkezetén belül.

 

A vizsgált mátrix, mátrix-Ce30, mátrix-Nd30 és mátrix-Eu30 összetételek porított formában

 

A kifejlesztett, harminc tömegszázalék lantanoida-oxidot tartalmazó boroszilikát mátrixüveg-összetételek kioldódási vizsgálatát nemzetközi szabvány alapján végezték el, különböző időskálán és állandó – 90±1 Celsius-fok – hőmérsékleten. A folyadékfázis totálreflexiós röntgenfluoreszcenciás és induktívan csatolt plazma optikai emissziós spektrometriás mérései alapján megállapították, hogy a mártixban lévő üvegalkotók és módosítók – Si, B, Na, Ba – kioldódása elhanyagolható, aminek köszönhetően az alapszerkezet nem sérül.

A lantanoidák kioldódása sem számottevő, a kioldódási kísérleti idő növekedésével valamennyi kioldódott lantanoida koncentrációja csökken. A kifejlesztett boroszilikát üvegösszetétel lantanoidamegkötési képessége és a mért kioldódási paraméterek biztatóak a radioaktív hulladékok hosszú távú tárolásához való alkalmazhatóságot illetően. Az EK kutatói a mátrixüveg szerkezeti és kioldódási tulajdonságainak vizsgálatát a jövőben urán-oxidok és lantanoida-oxidok együttes hozzáadásával tervezik kiterjeszteni.

Átadták a Knorr-Bremse budapesti vasúti Szerviz Központját
A 2,5 milliárd forint értékben 4 500 négyzetméteren megvalósult fejlesztésnek köszönhetően több mint 100 partnert szolgálhatnak ki komplex felújítási projektek keretében a magyar szakemberek Európa számos országában.
A rendszer alkalmazkodóképességének nincsenek határai
A Tárgyak Internete (IIOT) lehetővé teszi az individualizált termékek automatikus előállítását – akár egyetlen darabos gyártásban is. Teljesen új értelmet nyer az alkatrészek összeszerelésének folyamata.
A magyarok kedvenc elektromos autója
Hazánkban is egyre népszerűbbek az elektromos autók, köszönhető ez a növekvő környezettudatosságnak, az állami támogatásoknak és a dinamikusan bővülő töltő hálózatnak is.
Miért bízzunk az önvezető autókban?
Nem könnyű átengedni az irányítást egy gépnek, ezért a Bosch mérnökei azon dolgoznak, hogy nyugodt szívvel ülhessünk be az emberi beavatkozást nem igénylő járművekbe.
Elektrotechnikai tervezőszoftver kezdőknek és haladóknak
Megérkezett az új Eplan Platform 2022. Az új verzióval az Eplan az elektrotechnikai tervezés jövőjét mutatja be fókuszban a könnyű kezelhetőséggel.