Структура и свойства боросиликатных стекол, содержащих оксиды цезия и/или стронция

Н. Ф. Карпович; Карпович Н. Ф.; А. С. Алой; Алой А. С.; П. В. Сластихина; Сластихина П. В.; Т. И. Кольцова; Кольцова Т. И.; В. А. Орлова; Орлова В. А.; Н. Г. Тюрнина; Тюрнина Н. Г.; З. Г. Тюрнина; Тюрнина З. Г.

doi:10.31857/S0132665124060041

Структура и свойства боросиликатных стекол, содержащих оксиды цезия и/или стронция

Authors: Карпович Н.Ф.¹, Алой А.С.¹, Сластихина П.В.¹, Кольцова Т.И.¹, Орлова В.А.¹, Тюрнина Н.Г.², Тюрнина З.Г.²
Affiliations:
1. Радиевый институт им. В.Г. Хлопина
2. Институт химии силикатов им. И.В. Гребенщикова НИЦ “Курчатовский институт”
Issue: Vol 50, No 6 (2024)
Pages: 522-534
Section: Articles
URL: https://rjmseer.com/0132-6651/article/view/677853
DOI: https://doi.org/10.31857/S0132665124060041
EDN: https://elibrary.ru/DWPTXU
ID: 677853

Cite item

Full Text

Open Access
Restricted Access

Access granted
Restricted Access

Subscription or Fee Access

Abstract

Объектом исследования являются боросиликатные стекла с раздельным и совместным включением оксидов Cs и/или Sr в количестве 5, 10 и 15 мас. %, которые могут быть использованы в схеме фракционирования жидких высокоактивных отходов от переработки отработанного ядерного топлива. При изучении физико-химических, теплофизических и механических свойств синтезированных стекол основное внимание уделялось их соответствию критериям качества, установленным в нормативном документе НП-019-15. Исследования стекол методом спектроскопии комбинационного рассеяния показали, что их структура меняется незначительно относительно структуры исходной стеклофритты. Исключением стало стекло с включением 15 мас. % Cs₂O, на КР-спектрах которого появились новые полосы, а также происходило увеличение его молярного объема и уменьшение температуры стеклования. Однако эти изменения практически не отразились на теплофизических и механических характеристиках. Полученные данные показали, что свойства стекол в изученном интервале концентраций оксидов Cs и/или Sr удовлетворяют действующим критериям качества продукта в виде остеклованных концентратов ¹³⁷Cs и ⁹⁰Sr после фракционирования жидких ВАО.

Keywords

боросиликатные стекла, оксид цезия, оксид стронция, структура, термическая устойчивость, механическая прочность

Full Text

References

Федоров Ю.С., Зильберман Б.Я., Алой А.С., Пузиков Е.А, Шадрин А.Ю., Аляпышев М.Ю. Проблемы модернизации экстракционной переработки отработавшего топлива // Журнал Российского химического общества им. Д.И. Менделеева, Современные проблемы ядерного топливного цикла. 2010. Т. LIX. № 3. С. 12–23.
Chemical Durability and Related Properties of Solidified High-Level Waste Forms. Vienna: International Atomic Energy Agency, 1985. (Technical Reports Series, № 257).
Feasibility of Separation and Utilization of Cesium and Strontium from High Level Liquid Waste. Vienna: International Atomic Energy Agency, 1993. (Technical Report Series, № 356).
Aloy A.S., Koltsova T.I., Trofimemko A.V. Glass Waste Form Performance for Disposal of the Cesium and Strontium Concentrate Resulting from the Partitioning of HLW // MRS Proceedings. 1997. V. 506. P. 901–906.
Алой А.С., Трофименко А.В., Кольцова Т.И., Никандрова М.В. Физико-химические характеристики остеклованных модельных ВАО ОДЦ ГХК // Радиоактивные отходы. 2018. № 4 (5). C. 67–75.
ГОСТ 9553-2017. Стекло и изделия из него. Метод определения плотности. М.: Стандартинформ, 2018. 8 с.
Голеус В.И., Шульга Т.Ф. Расчет молярного объема оксидных стекол в зависимости от их состава // Вопросы химии и химической технологии. 2010. № 4. С. 149–153.
ГОСТ 9450-76. Измерение микротвердости вдавливанием алмазных наконечников. М.: Изд-во стандартов, 1993. 35 с.
ГОСТ 32281.1-2013. Стекло и изделия из него. Определение прочности на изгиб. Основные принципы проведения испытаний. М.: Стандартинформ, 2014. 19 с.
Hubert M., Faber A.J. On the structural role of boron in borosilicate glasses // Physics and Chemistry of Glasses: European Journal of Glass Science and Technology, Part B. 2014. V. 55 (3). P. 136–158.
Yadav A.K., Singha P. А Review of Structure of Oxide Glasses by Raman Spectroscopy // RSC Advances. 2015. V. 5. P. 67583–67609.
El Felss N., Gharzouni A., Colas M., Cornette J., Sobrados I., Rossignol S. Structural study of the effect of mineral additives on the transparency, stability and ageing of silicate gels // Journal of Sol-Gel Science and Technology. 2020. V. 96. № 1. P. 265–275.
Meera B.N., Sood A.K., Chandrabhas N., Ramakrishna J. Raman study of lead borate glasses // Journal of Non-Crystalline Solids. 1990. V. 126. № 3. P. 224–230.
McMillan P.F. Structural Studies of Silicate Glasses and Melts-Applications and Limitations of Raman Spectroscopy // American Mineralogist. 1984. V. 69. № 6. P. 622–644.
Yano T., Kunimine N., Shibata S., Yamane M. Structural investigation of sodium borate glasses and melts by Raman spectroscopy. III. Relation between the rearrangement of super-structures and the properties of glass // J. Non-Cryst. Solids. 2003. V. 321. P. 157–168.
Kidari A., Dussossoy J.-L., Brackx E., Caurant D., Magnin M., Bardez-Giboire I. Lanthanum and Neodymium Solubility in Simplified SiO2–B2O3–Na2O–Al2O3–CaO High Level Waste Glass // J. Am. Ceram. Soc. 2012. V. 95. Is. 8. P. 2537–2544.
Wang S., Rani E., Gyakwaa F., Singh H., King G., Shu Q., Cao W., Huttula M., Fabritius T. Unveiling Non-isothermal Crystallization of CaO−Al2O3−B2O3−Na2O−Li2O−SiO2 Glass via In Situ X-ray Scattering and Raman Spectroscopy // Inorg. Chem. 2022. V. 61. № 18. P. 7017–7025.
Жабрев В.А. Диффузионные процессы в стеклах и стеклообразующих расплавах. СПб.: Отдел оперативной полиграфии НИИХ СПбГУ, 1998. 188 с.
Stoch P. Cs containing borosilicate waste glasses // Optica Applicata. 2008. V. XXXVIII. № 1. C. 237–243.
Федеральные нормы и правила в области использования атомной энергии «Сбор, переработка, хранение и кондиционирование жидких радиоактивных отходов. Требования безопасности» (НП-019-15) (В редакции приказа Ростехнадзора от 13.09.2021 № 299) : Утверждены приказом Федеральной службы по экологическому, технологическому и атомному надзору Утверждены приказом Федеральной службы по экологическому, технологическому и атомному надзору от 25 июня 2015 г. № 242.