Наукова діяльність 

Дослідження фізико-хімічних процесів, які визначають деградацію ПВМ об’єкта «Укриття» на період до їх контрольованого зберігання чи переробки

У 2016 році дослідження по темі включали: підготовку зразків коричневої, чорної й поліхромної керамік лавоподібних паливовмісних матеріалів (ЛПВМ); вимірювання їх мікротвердості; проведення експериментів з визначення об’ємів порових каналів у коричневій і чорній кераміці ЛПВМ після витримки їх впродовж трьох з половиною років; розробку моделі деградації мікроструктури ЛПВМ з урахуванням основних структурно-чутливих фізико-хімічних процесів; надання прогнозу поведінки ЛПВМ на найближчу перспективу.


Запропонована модель деградації мікроструктури ЛПВМ об’єкта «Укриття». Виділені фізико-хімічні процеси, що визначають еволюцію мікроструктури: формування відкритих порових каналів в ЛПВМ за рахунок об’єднання частини треків альфа-частинок; проникнення кисню повітря в ЛПВМ до включень оксидів урану по відкритих нанорозмірних порових каналах; окислення киснем повітря оксидів урану у включеннях; формування тріщин в ЛПВМ за рахунок збільшення об’єму включень оксидів урану; проникнення води в ЛПВМ по тріщинах; взаємодія води та розчинених в ній солей і газів з оксидами урану та продуктами активації, утворення гідратів і розчинних сполук урану та трансуранових елементів. Визначені стадії деградації й їх тривалість: формування відкритої пористості за рахунок утворення каркаса відкритих порових нанорозмірних каналів (10 – 12 років); окислення оксидів урану у включеннях за рахунок проникнення повітря (6 – 12 років); формування тріщин (кілька років); взаємодія оксидів урану з водою (від років до десятиліть).

Виконаний прогноз поведінки ЛПВМ на найближчу перспективу. Результати аналізу системних досліджень за 30-річний період і створена модель деградації мікроструктури ЛПВМ дозволили дати прогноз їх поведінки. У найближчі 5 – 10 років деградація коричневої та чорної керамік ЛПВМ буде визначатися процесами проникнення води в газові пори та тріщини, взаємодією води з оксидами урану у включеннях. У поліхромної кераміки завершиться процес формування нанорозмірних порових каналів. Частка зруйнованої коричневої та чорної керамік ЛПВМ буде зростати. Продукт руйнування буде представляти собою сукупність часток ЛПВМ розмірами 50 – 500 мкм і агрегатів оксидів урану розмірами 5 – 15 мкм з можливістю руйнування останніх до нанорозмірного порошку з розмірами частинок 5 – 50 нм. При русі повітряних мас, обваленні конструкцій і/або виконанні робіт по вилученню ЛПВМ з об’єкта «Укриття» та інших впливах частинки оксидів урану неминуче будуть формуватись аерозолі, які й представляють основну небезпеку для людини.

Виконаний моніторинг основних структурно-чутливих властивостей ЛПВМ. Показано, що мікротвердість коричневої, чорної і поліхромної кераміки склала 6,69 ± 0,19 ГПа, 6,48 ± 0,25 ГПа і 6,46 ± 0,15 ГПа відповідно. С урахуванням похибки вимірювань отримані значення мікротвердості всіх видів кераміки практично збігаються. Порівняння їх з результатами минулих років показує, що мікротвердість всіх видів керамік ЛПВМ за період 1998 – 2016 р.р. істотно не змінилася.

Проведені вимірювання об’ємів складових порового простору коричневої та чорної кераміки ЛПВМ. У коричневої кераміки об’єми великих та малих газових пор, тріщин і нанорозмірних порових каналів склали 5,5%, 3,4%, 1,1% і 0,8%, відповідно. У чорної кераміки об’єми малих газових пор, тріщин, нанорозмірних порових каналів і нанопор склали 13,1%, 2,9%, 2,3% і 1,7%. Порівняння цих результатів з даними, отриманими на цих же зразках в 2012 році, показало, що за 3,5 роки об’єми всіх складових порового простору в обох кераміках практично не змінилися.
С.В Габєлков

Схожі повідомлення