Наукова діяльність 

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

У 2016 р. дослідження по темі включали:

  • підготовку зразків коричневої, чорної й поліхромної керамік лавоподібних паливовмісних матеріалів (ЛПВМ);
  • вимірювання їх мікротвердості;
  • проведення експериментів щодо визначення об’ємів порових каналів у коричневій і чорній кераміках 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.

Запропоновано модель деградації мікроструктури ЛПВМ об’єкта «Укриття». Виділено фізико-хімічні процеси, що визначають еволюцію мікроструктури, а саме:

  • формування відкритих порових каналів у ЛПВМ за рахунок об’єднання частини треків альфа-частинок;
  • проникнення кисню повітря в ЛПВМ до включень оксидів урану через відкриті нанорозмірні порові канали;
  • окислення киснем повітря оксидів урану у включеннях;
  • формування тріщин у ЛПВМ за рахунок збільшення об’єму включень оксидів урану;
  • проникнення води в ЛПВМ через тріщини;
  • взаємодія води та розчинених у ній солей і газів з оксидами урану та продуктами активації, утворення гідратів і розчинних сполук урану та трансуранових елементів.

Визначено стадії деградації та їх тривалість:

  • формування відкритої пористості за рахунок утворення каркаса відкритих порових нанорозмірних каналів (10–12років);
  • окислення оксидів урану у включеннях за рахунок проникнення повітря (6–12років);
  • формування тріщин (кілька років);
  • взаємодія оксидів урану з водою (від років до десятиліть).

Виконано прогноз поведінки ЛПВМ на найближчу перспективу. Результати аналізу системних досліджень за 30-річний період і створена модель деградації мікроструктури ЛПВМ дозволили зробити 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. За умови руху повітряних мас, обвалення конструкцій і/або виконання робіт із вилучення ЛПВМ з об’єкта «Укриття» та інших впливів частинки оксидів урану неминуче будуть формуватись в аерозолі, які й представлятимуть основну небезпеку для людини.

Виконано 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. З урахуванням похибки вимірювань отримані значення мікротвердості всіх видів кераміки практично збігаються. Порівняння їх з результатами минулих років показує, що мікротвердість усіх видів керамік ЛПВМ за період 1998–2016 рр. істотно не змінилася.

Проведено вимірювання об’ємів складових порового простору коричневої та чорної керамік 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 % відповідно. Порівняння цих результатів з даними, отриманими на цих самих зразках у 2012 р., показало, що за 3,5 роки об’єми всіх складових порового простору в обох кераміках практично не змінилися.

С. В. Габєлков

Цей запис також доступний: Russian

Схожі повідомлення