Физики НИЦ «Курчатовский институт» - ПИЯФ исследуют перспективный материал для атомной промышленности
Понедельник, 11 ноября 2019Технологии долговременного хранения отходов ядерного топлива и многие другие задачи промышленности, ядерной медицины, сегодня требуют разработки и создания новых функциональных материалов. Ключевой принцип изоляции радиоактивных отходов – наличие нескольких барьеров, сдерживающих распространение радионуклидов в окружающей среде.
Один из способов первичной иммобилизации радиоактивных отходов – использование матриц металл-углеродных нанокомпозитов. Перспективными материалами для этой цели являются наноуглеродные структуры (фуллерены, углеродные нанотрубки и другие формы углерода), свойства которых – термостойкость, электрическая проводимость, теплопроводность, прочность – можно усилить при помощи внедрения металлов. Существуют различные традиционные способы создания металл-углеродных нанокомпозитов, то есть введения в углеродную матрицу атомов различных металлов.
В НИЦ «Курчатовский институт» - ПИЯФ разрабатывается собственная технология, основанная на пиролизе (термическом разложении в бескислородной среде) соединений-предшественников (прекурсоров) молекул дифталоцианинов металлов и последующем их пиролизе. В качестве прекурсоров используются металлорганические соединения. Первые эксперименты были выполнены на системе металла иттрия и углерода.
«Углерод химически инертен, способен выдерживать высокие температуры, его изотопы – С12 и С13 – имеют низкое сечение захвата нейтронов, – рассказывает научный сотрудник НИЦ «Курчатовский институт» - ПИЯФ, кандидат физико-математических наук Виктор Байрамуков. – Тесты на химическую, термическую и радиационную устойчивость пиролизатов, синтезированных из фракционированных высокоактивных отходов, показали результаты сопоставимые, а по химической устойчивости – превосходящие используемые в промышленности боросиликатные и фосфатные стекла. Также данные материалы могут найти применение в ядерной медицине – в качестве контрастирующих агентов».
Исследования локальной структуры образцов металл-углеродных нанокомпозитов, синтезируемых в НИЦ «Курчатовский институт» - ПИЯФ, показали, что в зависимости от температуры пиролиза иттрий может существовать (стабилизироваться) в различных формах – в виде атомарно-диспергированного иттрия, иттриевых кластеров и наночастиц. Наличие различных форм и их соотношение и обуславливает свойства синтезированного нанокомпозита. Комплекс исследований таких образцов был проведен различными взаимодополняющими методами: просвечивающей электронной и атомно-силовой микроскопии, малоуглового рассеяния нейтронов, рентгеновской дифракции, а также результаты были подтверждены методом EXAFS-спектроскопии (на базе Сибирского центра синхротронного и терагерцового излучения» (ЦКП СЦСТИ) ИЯФ СО РАН).
