Научная деятельность 

Исследования физико-химических процессов, определяющих деградации ТСМ объекта «Укрытие» в период до их контролируемого хранения или переработки

В 2016 г. исследования по теме включали:

  • подготовку образцов коричневой, черной и полихромной керамик лавообразных ТСМ (ЛТСМ)
  • измерения их микротвердости;
  • проведение экспериментов по определению объемов поровых каналов в коричневой и черной керамиках ЛТСМ после выдержки их в течение трех с половиной лет;
  • разработку модели деградации микроструктуры ЛТСМ с учетом основных структурно чувствительных физико-химических процессов;
  • предоставление прогноза поведения ЛТСМ на ближайшую перспективу.

Предложена модель деградации микроструктуры ЛТСМ объекта «Укрытие». Выделены физико-химические процессы, определяющие эволюцию микроструктуры, а именно:

  • формирование открытых поровых каналов в ЛТСМ за счет объединения части треков альфа-частиц;
  • проникновение кислорода воздуха в ЛТСМ во включения оксидов урана через открытые наноразмерные поровые каналы;
  • окисление кислородом воздуха оксидов урана во включениях;
  • формирование трещин в ЛТСМ за счет увеличения объема включений оксидов урана;
  • проникновение воды в ЛТСМ через трещины;
  • взаимодействие воды и растворенных в ней солей и газов с оксидами урана и продуктами активации, образование гидратов и растворимых соединений урана и трансурановых элементов.

Определены стадии деградации и их продолжительность:

  • формирование открытой пористости за счет образования каркаса открытых поровых наноразмерных каналов (10–12 лет);
  • окисление оксидов урана во включениях за счет проникновения воздуха (6–12 лет);
  • формирование трещин (несколько лет);
  • взаимодействие оксидов урана с водой (от лет до десятилетий).

Выполнен прогноз поведения ЛТСМ на ближайшую перспективу. Результаты анализа системных исследований за 30-летний период и созданная модель деградации микроструктуры ЛТСМ позволили сделать прогноз их поведения. В ближайшие 5–10 лет деградация коричневой и черной керамик ЛТСМ будет определяться процессами проникновения воды в газовые поры и трещины, взаимодействием воды с оксидами урана во включениях. В полихромной керамике завершится процесс формирования наноразмерных поровых каналов. Доля разрушенной коричневой и черной керамик ЛТСМ будет расти. Продукт разрушения будет представлять собой совокупность частиц ЛТСМ размерами 50–500 мкм и агрегатов оксидов урана размерами 5–15 мкм с возможностью разрушения последних до наноразмерного порошка с размерами частиц 5–50 нм. При движении воздушных масс, обрушении конструкций и/или выполнении работ по извлечению ЛТСМ с объекта «Укрытие» и других воздействиях частицы оксидов урана неизбежно будут формироваться в аэрозоли, что и представляет основную опасность для человека.

Выполнен мониторинг основных структурно чувствительных свойств ЛТСМ. Показано, что микротвердость коричневой, черной и полихромной керамик составила 6,69 ± 0,19 ГПа, 6,48 ± 0,25 ГПа і 6,46 ± 0,15 ГПа соответственно. С учетом погрешности измерений полученные значения микротвердости всех видов керамики практически совпадают. Сравнение их с результатами прошлых лет показывает, что микротвердость всех видов керамик ЛТСМ за период 1998–2016 гг. существенно не изменилась.

Проведено измерение объемов составляющих порового пространства коричневой и черной керамик ЛТСМ. В коричневой керамике объемы больших и малых газовых пор, трещин и наноразмерных поровых каналов составили 5,5 %, 3,4 %, 1,1 % и 0,8 % соответственно. В черной керамике объемы малых газовых пор, трещин, наноразмерных поровых каналов и нанопор составили 13,1 %, 2,9 %, 2,3 % и 1,7 % соответственно. Сравнение этих результатов с данными, полученными на этих самых образцах в 2012 г., показало, что за 3,5 года объемы всех составляющих порового пространства в обоих керамиках практически не изменились.

С. В. Габелков

Эта запись также доступна: Украинский

Похожие посты