Аннотация результатов, полученных в 2020 году
Заявленный в Проекте план научных исследований на 2020-2021 год выполнен полностью и получены научные результаты в соответствии с заявкой. Проведены исследования влияния состава инженерных барьеров на структуру и гидролитическую устойчивость стекломатриц с иммобилизованными имитаторами радиоактивных отходов (РАО) различного состава при длительном и стандартном 28-дневном выщелачивании образцов в минерализованных растворах-имитаторах подземных вод, а также в бидистилированной воде. Определены скорости выщелачивания имитаторов РАО при контакте образцов различных стекол с бентонитовой, цеолитовой и каолиновой водой при 25 и 120°С. Установлено что интегральная скорость выщелачивания в бентонитовых водах при повышенной температуре наибольшая и составляет до 8,3∙10-5 г/см2∙сут для боросиликатного стекла с ураном, по сравнению с выщелачиванием в бидистиллированной воде для того же образца, где скорость выщелачивания равна 1,4∙10-5 г/см2∙сут. Для алюмофосфатных и алюможелезофосфатных стекол характерна та же тенденция, при этом скорости выщелачивания на порядок ниже и составляют для алюможелезофосфатного образца 2,1∙10-6 г/см2∙сут при выщелачивании в бентонитовой воде и 1,1∙10-6 г/см2∙сут в бидистиллированной воде.и 4,0∙10-6 г/см2∙сут и 2,4∙10-6 г/см2∙сут для алюмофосфатного стекла с ураном соответственно Следует особо отметить, что в случае выщелачивания при 25℃, выщелоченные компоненты не могут быть обнаружены стандартными методами АЭС- и МС-спектрометрии, то есть для всех образцов, как содержащих РЗЭ, таки урановых, скорость выщелачивания составляет менее 1∙10-8 г/см2∙сут. Это говорит о преобладающем влиянии температурного фактора, и в случае сильного разогрева стекол в следствии радиационного распада включенных ВАО, этот фактор будет иметь определяющее значение Механизмы выщелачивания при 120℃ в бентонитовой воде так же отличны от механизмов выщелачивания в остальных минерализованных водах и бидистиллированной воде. Так, в первые несколько суток для всех вод характерным механизмом выщелачивания урана является растворение, что подтверждается результатами СЭМ, где видно образование обедненной поверхности стекла с последующим осаждением на ней кристаллических фаз, таких как монацит в случае стекол с РЗЭ и ортофосфатов уранила в случае урановых образцов. В последующие сутки механизм выщелачивания изменяется на вымывание с поверхности компаунда для всех образцов и вод, кроме бентонитовой, где продолжается растворение поверхности стекла, что говорит о более агрессивном воздействии бентонитовой воды на стекломатрицу.

Аннотация результатов, полученных в 2021 году
Заявленный в Проекте план научных исследований на 2021-2022 год выполнен полностью и получены научные результаты в соответствии с заявкой. Была изучена радиационная устойчивость образцов. В качестве наиболее перспективных образцов по результатам изучения гидролитической устойчивости и их структуры в прошлогоднем периоде выполнения Проекта, были выбраны образцы NAFP-REE, NAFP-U и BS-REE. Они были облучены ускоренными электронами на площадке НИИЯФ МГУ до поглощенной дозы 108 Гр, что отвечает требованиям к стеклоподобному компаунду для ВАО. Облучение не приводило к дополнительной кристаллизации и увеличению содержания фазы смешенного моноцита в случае NAFP-REE стекла, что было подтверждено рентгеновской дифракцией методом Ритвельда по известному добавленному внутреннему стандарту. Облученные образцы BS-REE и NAFP-U остались аморфными и однородными, облучение электронами не привело к образованию дополнительных фаз. При исследовании гидролитической устойчивости облученных образцов стекла не установлено значительных изменений скорости выщелачивания. Полученные результаты по стабильности структуры и скорости выщелачивания после облучения указывают на высокую радиационную устойчивость стёкол к облучению до поглощенной дозы 108 Гр. Проведены исследования влияния имитаторов подземных вод, прошедших через инженерные барьеры различных составов, на гидролитическую устойчивость стекломатриц с иммобилизованными альфа-излучателями в весовом количестве. Определены скорости выщелачивания Pu и Np при контакте образцов различных стекол с бентонитовой, цеолитовой, каолиновой и бидистиллированой водой при 90°С. Установлено что степень выщелачивания Pu и Np для боросиликатных стёкол в бентонитовых водах при повышенной температуре наибольшая и составляет 0,25 и 4,5 %, соответственно, что в 5 и в 50 раз больше, чем степень выщелачивания в бидистиллированной воде и указывает на большую агрессивность бентонитовых вод для боросиликатного стекла. При этом следует особо отметить, что индекс выщелачиваемости плутония и нептуния в независимости от контактного раствора соответствуют требованиям ядерного регламента США (L > 6). Так же установлено, что колоидообразование плутония и нептуния отличается в разных контактных растворах. Для фосфатного стекла, показано, что нептуний сорбируется коллоидами, в случае бентонитового раствора 70%, цеолитового -50%, каолинового -30%, в отличии от плутония, который во всех водах, кроме б/д, сорбируется (более 95%) на коллоидах более 450 нм. Механизмы выщелачивания при 90℃ в бентонитовой воде так же отличны от бидистиллированной воде. Так, механизм выщелачивания плутония и нептуния из NAFP и NAP стёкол в бентонитовой воде соответствует растворения поверхностного слоя, а в бидистиллированной соответствует диффузия из внутренних слоев. Однако в случае BS стекла, механизм соответствует растворению поверхностного слоя как в бентонитовой, так и в бидистилированной воде. Поведение NAFP и NAP стекла в бентонитовой воде говорит о более агрессивном воздействии данной воды на стекломатрицу и более глубокой деградации поверхностного слоя. При этом агресивность бентонитовой воды в случае BS стекла нивелируется свойствами самого боросиликатного стекла к выщелачиванию плутония и нептуния. После выщелачивания для всех стекол свойственно образование хрупкого коррозионного слоя вне зависимости от типа выщелачивающего раствора. Установлено, что после выщелачивая в самом стекле происходят структурные изменения, наиболее выраженные в случае выщелачивания в бентонитовой воде, а наименее выраженные – в бидистиллированной и каолиновой воде. В то же время следует учитывать, что именно бентонит является наиболее перспективным материалом в качестве инженерного барьера из-за своих уплотняющих и сорбционных свойств. Поэтому при создании и эксплуатации системы инженерных барьеров необходимо учитывать агрессивный по отношению к стекломатрице характер бентонита в случае контакта с подземными водами.