Обращение с радиоактивными отходами (РАО), образующимися на различных стадиях ядерного топливного цикла, а также при использовании радионуклидов и источников ионизирующего излучения в науке и технике, является важной научно-технической проблемой, от решения которой, в конечном счете, зависит осуществление планов развития ядерной энергетики. Наибольшее внимание из-за серьезной опасности для жизни на земле уделяется вопросам, связанным с разработкой методов обращения с высокоактивными отходами (ВАО), в которых сосредоточено более 99% радиоактивности отработавших тепловыделяющих элементов.

К настоящему времени в России и за рубежом общепризнанной является мультибарьерная концепция обращения с отвержденными жидкими радиоактивными отходами (ЖРО). Она основана на реализации природных (естественных) и инженерных (искусственных) барьеров, затрудняющих выход радионуклидов из отвержденных РАО в окружающую среду.

Природными барьерами являются геологические формации, в которых будут размещаться хранилища отвержденных РАО (глины, скальные породы, соляные выработки и т.п.). В качестве инженерных барьеров служат:

• сама форма отвержденных отходов (стекло, стеклокерамика, цемент, стеклометаллические композиции, моно- и полифазная керамика и т.п.), представляющая собой монолитный материал, обладающий высокой водоустойчивостью, радиационной стойкостью и механической прочностью;
• оболочки контейнеров, содержащих отвержденные РАО;
• буферные материалы, отделяющие контейнеры с РАО от вмещающих пород, в качестве которых обычно служат бентонитовые глины с добавками, обеспечивающими эффективную сорбцию радионуклидов;
• засыпочные материалы для изоляции штреков и стволов шахт, где размещаются отвержденные РАО.

В настоящее время остекловывание РАО представляет собой экономически и технически приемлемый вариант отверждения высоко- и среднеактивных отходов, обеспечивающий надежную фиксацию радионуклидов в процессе длительного хранения отходов. Наиболее пригодными для этой цели являются алюмоборосиликатные и алюмофосфатные стекла, хотя не исключается использование и других стеклообразующих систем на основе дешевых недефицитных горных пород, суглинка, датолита и т.д. Недостатком стекол как матриц для включения РАО является то, что стекла не являются термодинамически стабильными и с течением времени могут подвергаться девитрификации, ухудшающей, как правило, химическую стойкость и механическую прочность материала. Этого недостатка лишены моно- и полифазная керамика (например, керамика типа SYNROC-C) стабильная в течение геологических периодов времени.

В связи со сказанным, в течение последних 10 лет на кафедре инженерной радиоэкологии и радиохимической технологии СПГТИ(ТУ) совместно с МосНПО “Радон” были проведены исследования, касающиеся синтеза стекол различных классов, изучения их физико-химических свойств (водоустойчивость, диффузия радионуклидов, в том числе в поле γ-излучения, микротвердость, ТКЛР, характеристические температуры) и строения стекол (ИК и ЭПР спектроскопия), в том числе сульфатсодержащих.

В материале типа SYNROC-C, глиносодержащей керамике, цементе, бетоне, алюминии и его сплавах, цинке была изучена диффузия ряда радионуклидов, в частности ²²Na, ⁹⁰Sr, ¹³⁷Cs, ¹⁵²Eu, ²³⁷Np, ²³⁹Pu, ²⁴¹Am. В результате проведенных исследований был получен ряд полезных результатов, представляющих интерес для оптимизации составов стекол, содержащих РАО среднего уровня активности.

В докладе представлены результаты исследования диффузии радионуклидов в материалах типа SYNROC.