Диссертация (Исследование метамиктных минералов как природных аналогов матриц для иммобилизации актиноидов)

Федеральное Государственное Бюджетное Образовательное УчреждениеВысшего Профессионального Образования«Санкт-Петербургский Государственный Университет»Кафедра РадиохимииНа правах рукописиМохаммад Хоссейнпур ХанмириИсследование метамиктных минералов как природныханалогов матриц для иммобилизации актиноидов02.00.14 «Радиохимия»Диссертацияна соискание ученой степени кандидата химических наукНаучный руководитель:доктор химических наук, профессорЕрмоленко Юрий ЕвгеньевичСанкт-Петербург2018ОглавлениеВведение ...................................................................................................................

5Глава 1. Обзор литературы ................................................................................... 121.1. Метамиктные минералы как природные аналоги «of aged actinides wasteforms»................................................................................................................... 121.1.1. Из истории метамиктных минералов .................................................. 121.1.2. Некоторые химические аспекты метамиктизации минералов .........

141.1.3. Метамиктные минералы как источник прогностическойинформации при иммобилизации актиноидов ........................................... 171.2. Проблема идентификации Ti-Ta-ниобатов вида АВ2О6 и А2В2О7 ......... 251.3. Проблема реконструкции первоначального элементного состава ........ 28Ti-Ta-ниобатов.................................................................................................... 28Глава 2. Методические аспекты исследования .................................................. 332.1. Общие сведения об изучаемых образцах .................................................

332.2. Методы исследования................................................................................. 342.2. 1. Рентгенофлуоресцентный анализ ....................................................... 342.2.2. Рентгено-дифракционный анализ .......................................................

342.2.3. Электронная микроскопия и микрозондовый анализ ....................... 352.2.4. Термический отжиг образцов .............................................................. 362.2.5. Метод химического сдвига рентгеновских линий ............................ 372.2.6. Радиохимический анализ ..................................................................... 382.2.6.1. Радиоаналитические процедуры ................................................... 382.2.6.2. Альфа-спектрометрия .................................................................... 41Глава 3.

Экспериментальные результаты и их обсуждение ............................. 423.1. Идентификация Ti-Ta-ниобатов Северного Приладожья ....................... 423.1.1. Элементный и фазовый состав «виикитов» ...................................... 423.1.2. XRD-исследования термической рекристаллизации Ti-Ta-ниобатов............................................................................................................................ 553.1.2.1.

Wk-3 ................................................................................................. 553.1.2.2. Wk-7 ................................................................................................. 5723.1.2.3. Wk-2 ................................................................................................. 603.1.2.4. Лиандратит: вопросы и гипотезы.................................................. 623.2. Реконструкция первоначального элементного состава метамиктногоминерала .............................................................................................................. 643.2.1. SEM-BSE и EMP анализ ....................................................................... 643.2.2.

Редокс-состояние урана........................................................................ 663.2.3. Эффект замещения кальция ураном ................................................... 693.2.4. Выщелачивание изотопов урана ......................................................... 703.2.4.1. К вопросу о константах выщелачивания .....................................

703.2.4.2. Результаты изотопного анализа .................................................... 723.2.5. Анализ гидрохимического поведения атомов группы А .................. 733.2.6. Расчет формулы бетафита на основе кинетики выщелачиванияурана ................................................................................................................. 763.3. Изучение поликраза как природного аналога матрицы дляиммобилизации актиноидов.............................................................................. 843.3.1. Распределение изотопов 234U и 238U по валентным формам урана 853.3.2.

Распределение изотопов 234U и 238U по гравиометрическимфракциям .......................................................................................................... 883.3.3. Распределение изотопов урана между фазами минеральнойкомпозиции ...................................................................................................... 903.3.3.1. Наблюдение эффекта Ширвингтона ............................................. 903.3.3.2.

Наблюдение эффекта Шенга-Куроды .......................................... 923.3.4. Некоторые количественные характеристики ..................................... 933.3.4.1. Расчет кинетических параметров инконгруентного растворенияизотопов урана .............................................................................................

933.3.4.2. Время жизни треков: ограниченность метода расчета .............. 95Заключение ............................................................................................................ 98Список литературы ............................................................................................. 101Приложение 1 (Список иллюстративного материала) .................................... 111Перечень иллюстраций ....................................................................................

111Перечень таблиц ............................................................................................... 112Приложение 2 (Список публикаций по теме диссертации) ............................ 1143Список публикаций по теме диссертации в рецензируемых журналах ..... 114Список публикаций в сборниках тезисов конференций .............................. 1144ВведениеАктуальность работы:Ответственностьзаставляетисследователейразрабатыватьнаиболеепередбудущиминадежныепоколениямиспособыизоляциирадиоактивных отходов высокой активности (ВАО) от биосферы.

Кнастоящему времени накоплен значительный экспериментальный материал иприобретен полезный опыт в вопросе утилизации и захоронения ВАО.Однако если судить по мировой литературе, касающейся заключительнойстадии ядерного топливного цикла, в полном объеме данная проблема нерешена ни в одной из стран мира, что, безусловно, негативно сказывается надальнейшемразвитии ядерной энергетики.Основным препятствием кокончательному еѐ решению является отсутствие четких модельныхпредставлений о поведении отвержденных форм радиоактивных отходов вхранилищах шахтного типа в течение десятков тысяч лет.Одно из наиболее естественных решений этой проблемы подсказываетприрода. Хорошо известно, что уран- и торий-содержащие минералысуществуют миллионы и даже миллиарды лет. Поэтому вполне разумной илогичнойявляетсяидеясоздаватьматрицыдляиммобилизациирадионуклидов или, по крайней мере, для иммобилизации актиноидов потипу тех или иных минералов, выступающих в качестве аналоговотвержденных форм ВАО.Норадиоактивныевозможностиминералыдлительного(внетолькогеологическомслужатиллюстрациеймасштабевремени)существования радиоактивных твердых тел, но и демонстрируют нам тофизико-химическое состояние, которое со временем должны приобрестиминералоподобные матрицы ВАО.

Речь идет о метамиктном состояниивещества, возникающего под влиянием альфа-распада радиоактивных ядер.Естественно, что всестороннее изучение метамиктных разновидностей уран и5торий содержащих минералов является важной задачей, поскольку несетпрогностическую информацию о состоянии отвержденных форм ВАО и оповедении радионуклидов в условиях геологического захоронения.Цель работы:Изучениехимическихэффектовальфа-распадаипоследствийприродных гидрохимических процессов в метамиктном титано-танталониобате (Ti-Ta-Nb-оксиде) из минеральной группы эвксенита как возможногокомпонента полифазной матрицы для иммобилизации актиноидов.Научные задачи:Формулировка «исследование метамиктных минералов» имеет весьмаобобщенный характер и не отражает некоторые более узкие, но необходимыеконкретные задачи, возникающие в ходе этих исследований. В диссертациибыли разработаны:1.

Методология идентификации метамиктных минералов.2. Методология реконструкции элементного состава минерала на раннихэтапах его существования.3. Методология определения содержания изотопа230Тh в минерале безиспользования ториевого радиотрассера.4. Критерии оценки иммобилизационных характеристик полиминеральнойкомпозиции на основе Ti-Ta-ниобата как матрицы для иммобилизацииактиноидов.Научная новизна:1. Экспериментально доказано существование поликраза в образцахгранитных пегматитов полуострова Нуолайнниеми, Северное Приладожье,Карелия.62.