Введение

Synroc, образованное от слов "synthetic rock" (синтетический камень), – это способ безопасного захоронения радиоактивных отходов. Он был впервые разработан в 1978 году командой под руководством профессора Теда Рингвуда в Австралийском национальном университете, а дальнейшие исследования проводились в сотрудничестве с ANSTO в исследовательских лабораториях Лукас-Хайтс.

Производство

Синрок состоит из трех титановых минералов – голландлита, цирконолита и перовскита – плюс рутил и небольшое количество металлического сплава. Эти минералы объединяются в суспензию, к которой добавляется определенная доля высокоактивных жидких ядерных отходов. Суспензия высушивается и подвергается кальцинации при 750 °C (1382 °F) для получения порошка. Затем порошок прессуется в процессе, известном как горячее изостатическое прессование (HIP), при котором он сжимается внутри герметичного контейнера из нержавеющей стали при высоких температурах. В результате получается цилиндр твердой, плотной, черной синтетической породы.

Сравнения

Если хранить в жидком виде, ядерные отходы могут попасть в окружающую среду и водные пути, причиняя масштабный ущерб. В твердом состоянии эти риски значительно снижаются. В отличие от борсиликатного стекла, которое является аморфным, Synroc – это керамика, включающая радиоактивные отходы в свою кристаллическую структуру. Естественные горные породы способны хранить радиоактивные материалы в течение длительного времени. Цель Synroc – имитировать этот процесс, превращая жидкие отходы в кристаллическую структуру для их хранения. Композитные материалы на основе Synroc и стекла (GCM) сочетают в себе технологическую и химическую гибкость стекла с превосходной химической стойкостью керамики и позволяют достичь более высокой загрузки отходами. Для иммобилизации различных типов отходов могут быть разработаны различные типы форм отходов Synroc (соотношение минеральных компонентов, специфические давления и температуры обработки HIP и т.д.). Только цирконолит и перовскит способны удерживать актиниды. Точные пропорции основных фаз варьируются в зависимости от состава высокоактивных отходов (HLW). Например, Synroc C предназначен для содержания около 20% по весу кальцинированных HLW и состоит примерно из (% по весу): 30 – голландлита; 30 – цирконолита; 20 – перовскита и 20 – оксидов титана и других фаз. Иммобилизация плутония оружейного качества или трансурановых отходов вместо больших объемов HLW может существенно изменить фазовый состав Synroc, сделав его преимущественно на основе цирконолита или керамики на основе пирохлора. Начальный прекурсор для изготовления Synroc C содержит ~57% по весу TiO2 и 2% по весу металлического Ti. Металлический титан создает восстановительные условия в процессе керамического синтеза и способствует снижению испарения радиоактивного цезия. Synroc не является методом утилизации. Synroc все еще требует хранения. Даже если отходы заключены в твердую решетку, предотвращающую их распространение, они остаются радиоактивными и могут оказывать негативное воздействие на окружающую среду. Synroc – это превосходный метод хранения ядерных отходов, поскольку он минимизирует выщелачивание.

Использование в производстве

В 1997 году Synroc был испытан с использованием реальных высокоактивных отходов с применением технологии, разработанной совместно ANSTO и Национальной лабораторией Аргонн Министерства энергетики США. В апреле 2008 года компания Battelle Energy Alliance заключила контракт с ANSTO для демонстрации преимуществ Synroc в переработке отходов, находящихся в управлении Battelle, в рамках ее контракта по управлению Национальной лабораторией Айдахо. В апреле 2005 года Synroc был выбран для многомиллионного "демонстрационного" контракта по ликвидации отходов, загрязненных плутонием, на заводе British Nuclear Fuel в Селлафилде, расположенном на северо-западном побережье Англии.