Керамические минеральные матрицы для иммобилизации ядерных отходов

Кристаллическая керамика интенсивно исследуется как эффективный материал для различных применений в ядерной энергетике, включая топлива с инертной матрицей, аварийно-стойкие топлива и иммобилизацию ядерных отходов. В статье представлен анализ современного состояния исследований в этой области материаловедения. Рассмотрены неорганические материалы, характеризующиеся различными структурами, включая простые оксиды со структурой флюорита; сложные оксиды (пирохлор, муратаит, цирконолит, перовскит, голландит, гранат, крихтонит, фройденбергит и P-поллуцит); простые силикаты (циркон/торит/коффинит, титанит (сфен) и бриллит); каркасные силикаты (цеолит, поллуцит, нефелин/лейцит, содалит, канкринит и структуры слюд); фосфаты (монацит, ксенотим, апатит, коснарит (NZP), лангбейнит, фосфат-дифосфат тория, струвит и мета-анколеит); а также алюминаты со структурой магнетоплюмбита. Эти материалы могут содержать различные катионы в разных сочетаниях и соотношениях, включая Li–Cs, Tl, Ag, Be–Ba, Pb, Mn, Co, Ni, Cu, Cd, B, Al, Fe, Ga, Sc, Cr, V, Sb, Nb, Ta, La, Ce, редкоземельные элементы (REE), Si, Ti, Zr, Hf, Sn, Bi, Th, U, Np, Pu, Am и Cm. Их можно получать в виде порошков, включая нанопорошки, а также в виде монолитной (объемной) керамики. Для изготовления керамики могут применяться холодное прессование и спекание (фриттование), горячее прессование, горячее изостатическое прессование и искровое плазменное спекание (SPS). В настоящее время метод SPS считается одним из наиболее перспективных для применения с реальными радиоактивными веществами, поскольку позволяет за несколько минут достигать плотности до 98–99,9%. Характеристики полученных структур (например, сингония, параметры элементарной ячейки и изображения) описаны на основе анализа 462 публикаций.