Nghiên cứu ổn định hóa chất thải phóng xạ bằng phương pháp gốm hóa tạo vật liệu dạng synroc (luận văn thạc sĩ)..

Nghiên cứu ổn định hóa chất thải phóng xạ bằng phương pháp gốm hóa tạo vật liệu dạng synroc (luận văn thạc sĩ)..Nghiên cứu ổn định hóa chất thải phóng xạ bằng phương pháp gốm hóa tạo vật liệu dạng synroc (luận văn thạc sĩ)..Nghiên cứu ổn định hóa chất thải phóng xạ bằng phương pháp gốm hóa tạo vật liệu dạng synroc (luận văn thạc sĩ)..Nghiên cứu ổn định hóa chất thải phóng xạ bằng phương pháp gốm hóa tạo vật liệu dạng synroc (luận văn thạc sĩ)..Nghiên cứu ổn định hóa chất thải phóng xạ bằng phương pháp gốm hóa tạo vật liệu dạng synroc (luận văn thạc sĩ)..Nghiên cứu ổn định hóa chất thải phóng xạ bằng phương pháp gốm hóa tạo vật liệu dạng synroc (luận văn thạc sĩ)..Nghiên cứu ổn định hóa chất thải phóng xạ bằng phương pháp gốm hóa tạo vật liệu dạng synroc (luận văn thạc sĩ)..Nghiên cứu ổn định hóa chất thải phóng xạ bằng phương pháp gốm hóa tạo vật liệu dạng synroc (luận văn thạc sĩ)..Nghiên cứu ổn định hóa chất thải phóng xạ bằng phương pháp gốm hóa tạo vật liệu dạng synroc (luận văn thạc sĩ)..

IH TRƢ N QU Ọ GI H N I O Ọ T N N - P NGHIÊN ỨU ỔN ỊN P ƢƠN P ÁP ỐM M T Ị BÍ Ó T U ẤT T Ả P ÓN Ó T O VẬT L ỆU D N LUẬN V N T S Năm 2016 O Ọ X BẰN SYNROC MỤ LỤ MỞ ẦU hƣơng TỔNG QU N 1.1 Giới thiệu quản lý chất thải phóng xạ 1.1.1 hất thải phóng xạ phân loại 1.1.2 Quản lý chất thải phóng xạ 1.1.3 Ổn định hóa chất thải phóng xạ 1.2 Ổn định hóa chất thải phóng xạ vật liệu synroc .10 1.2.1 Giới thiệu vật liệu gốm ổn định hóa chất thải phóng xạ 10 1.2.2 ác pha tinh thể ổn định hóa chất thải phóng xạ 11 1.2.3 Vật liệu synroc 13 1.3 Các tính chất vật liệu ổn định hóa synroc 20 1.3.1 Tính chất vật lý vật liệu ổn định hóa synroc 20 1.3.2 Tính chất hóa học vật liệu ổn định hóa synroc 23 1.3.3 Tính chất phóng xạ vật liệu ổn định hóa synroc 24 1.4 ác phƣơng pháp tổng hợp vật liệu synroc 25 1.4.1 Phƣơng pháp sol-gel 25 1.4.2 Phƣơng pháp đồng kết tủa .26 1.4.3 Phƣơng pháp phân tán rắn - lỏng .27 1.4.4 Quá trình ép nóng đẳng tĩnh (HIP) 27 1.4.5 Phƣơng pháp điều chế gốm truyền thống 28 1.4.5.1 Giới thiệu trình thiêu kết vật liệu …………………………….29 hƣơng PHƢƠNG PHÁP NGHIÊN ỨU V THỰ NGHIỆM .32 2.1 Hóa chất dụng cụ nghiên cứu 32 2.1.1 Hóa chất: 32 2.1.2 Dụng cụ 32 2.2 Phƣơng pháp nghiên cứu thực nghiệm 33 2.2.1 ối tƣợng nghiên cứu 33 2.2.2 Phƣơng pháp nghiên cứu thực nghiệm .33 2.2.3 Phƣơng pháp kỹ thuật phân tích đánh giá 34 hƣơng KẾT QUẢ V B N LUẬN 40 3.1 Sự hình thành pha hệ aO-TiO2-ZrO2 40 3.2 Ảnh hƣởng l2O3 BaO đến hình thành pha hollandite hệ CaO-TiO2-ZrO2 .50 3.3 Khảo sát nạp strontri mạng synroc 60 3.4 ánh giá mức độ hòa tách Sr synroc .67 KẾT LUẬN .72 T I LIỆU TH M KHẢO 73 MỞ ẦU Trong nhiều thập kỷ qua, nghiên cứu phát triển khoa học công nghệ hạt nhân nhiều lĩnh vực khác nhƣ sản xuất điện, công nghiệp, dƣợc học, nông nghiệp đem lại nhiều ứng dụng vào sống Tồn song song với lợi ích đem lại, trình ứng dụng lƣợng nguyên tử sinh lƣợng chất thải phóng xạ yêu cầu cần phải quản lý cách thích hợp an toàn Quản lý chất thải phóng xạ nhằm tiếp cận với chất thải phóng xạ theo tiêu chí bảo vệ sức khỏe ngƣời môi trƣờng đồng thời giảm thiểu gánh nặng cho hệ tƣơng lai ể quản lý chất thải phóng xạ hiệu quả, nhân phóng xạ thƣờng đƣợc ổn định chất tạo dạng bền nhằm che chắn chất phóng xạ với môi trƣờng bên Sự áp dụng kỹ thuật ổn định hóa chất thải phóng xạ kể đến xi măng hóa bitum hóa Trong phƣơng pháp xi măng hóa, xi măng với chất thải phóng xạ đƣợc trộn đều, rót khuôn qua thời gian xi măng chất phóng xạ đóng rắn tạo khối đồng òn với bitum hóa phƣơng pháp có sử dụng kỹ thuật nhiệt, dƣới tác dụng nhiệt độ bitum đƣợc làm nóng chảy sau trộn với chất thải phóng xạ theo tỉ lệ để nguội tạo khối ả xi măng bitum đƣợc áp dụng nhiều để cố định nhân phóng xạ Bên cạnh xi măng bitum, thủy tinh bo silicat đƣợc sử dụng để đƣa nhân phóng xạ dạng thủy tinh tạo sản phẩm có độ đặc để lƣu giữ chôn cất Thủy tinh thể đƣợc nhiều tính chất quí cho chất thải phóng xạ, nhiên yêu cầu mức đầu tƣ phải lớn ể phát triển kỹ thuật ổn định hóa, nhà nghiên cứu tiếp tục tìm kiếm vật liệu cố định chất phóng xạ theo hƣớng cân vật liệu – nhân phóng xạ - điều kiện môi trƣờng Ngƣời ta thấy số khoáng chất tự nhiên chứa nhân phóng xạ nhƣ U, Th khoáng tồn đến hàng trăm triệu năm mà không gây ô nhiễm môi trƣờng Vật liệu đá synroc đƣợc nghiên cứu tổng hợp với kết hợp số khoáng tự nhiên chứa nhân phóng xạ bên cấu trúc khoáng Synroc thể đƣợc nhiều ƣu điểm độ bền cơ, bền hóa cố định chất thải phóng xạ Thời gian qua, việc nghiên cứu phƣơng pháp ổn định hóa chất thải phóng xạ nhƣ: phƣơng pháp xi măng bitum đƣợc thực số đơn vị nghiên cứu, giải đƣợc số vấn đề ổn định chất thải phóng xạ Tuy nhiên, mở rộng ứng dụng lƣợng nguyên tử cần có chuẩn bị biện pháp quản lý an toàn, bền vững với lƣợng chất thải phóng xạ để lại Với mục tiêu tìm đƣợc loại vật liệu thích hợp để ứng dụng đƣợc có nhu cầu đặt ra, lựa chọn luận văn: “Nghiên cứu ổn định hóa chất thải phóng xạ phƣơng pháp gốm hóa tạo vật liệu dạng synroc” hƣơng TỔN 1.1 QU N iới thiệu quản lý chất thải phóng xạ 1.1.1 Chất thải phóng xạ phân loại [12] hất thải phóng xạ vật liệu chứa bị nhiễm nhân phóng xạ nồng độ hoạt tính lớn mức xả thải đƣợc miễn trừ quan pháp quy ban hành không dự tính đƣợc sử dụng tiếp hất thải phóng xạ tồn với vật liệu hóa chất độc hại vật liệu sinh học hất thải phóng xạ đƣợc hình thành trình vận hành, tháo dỡ sở hạt nhân, sản xuất, sử dụng vật liệu phóng xạ lĩnh vực nghiên cứu, y tế, công nghiệp, nông nghiệp, thƣơng mại, khai thác, chế biến đốt cháy nguyên liệu chứa vật liệu phóng xạ tự nhiên hất thải phóng xạ tồn nhiều dạng khác tính chất hóa học, vật lý nhƣ nồng độ đời sống bán hủy nhân phóng xạ hất thải phóng xạ tồn dƣới dạng:  Dạng khí, sinh từ sở sử dụng vật liệu phóng xạ, nhà máy điện hạt nhân  Dạng lỏng, từ dung dịch nhấp nháy sở nghiên cứu, sản xuất đồng vị chất thải lỏng hoạt độ cao từ trình tái chế nhiên liệu cháy  Dạng rắn, từ vật dụng nhiễm xạ bệnh viện, sở nghiên cứu, phòng thí nghiệm dƣợc chất phóng xạ chất thải tái chế đƣợc thủy tinh hóa nhiên liệu cháy từ nhà máy điện hạt nhân đƣợc coi chất thải hất thải phóng xạ đƣợc phân loại theo nhiều cách khác nhƣ: theo nguồn gốc (từ nhà máy điện hạt nhân, chế biến quặng phóng xạ, chu trình nhiên liệu ), theo trạng thái vật lý (rắn, lỏng, khí) theo chu kỳ bán hủy Cách phân loại phổ biến đƣợc sử dụng phân làm ba nhóm theo hoạt độ phóng xạ: chất thải hoạt độ thấp, trung bình cao [I E 1970] ây cách phân loại có tính chất thực tế hoạt động có liên quan đến chất thải phóng xạ Thông thƣờng có phân loại dựa kết hợp hoạt độ trạng thái vật lý đƣợc sử dụng, ví dụ chất thải lỏng hoạt độ trung bình (ILLW), chất thải rắn hoạt độ thấp (LLSW) chất thải lỏng hoạt độ cao (HLLW) ho đến năm 1994, I E đƣa hệ thống phân loại trọng tâm vào tiêu chí chôn cất chất thải sau xem xét chỉnh lý hệ thống phân loại cũ Trong cách phân loại chất thải hoạt độ thấp trung bình đƣợc kết hợp vào nhóm, nhóm tiếp tục chia thành hai nhóm nhỏ: chất thải đời sống ngắn chất thải đời sống dài Khoảng thời gian để chia hai nhóm ngắn dài 30 năm Bảng 1.1 đƣa tính chất điển hình nhóm chất thải theo hệ thống phân loại Bảng 1.1 ác tính chất điển hình nhóm chất thải phóng xạ [IAEA, 1994] Nhóm chất thải ác tính chất điển hình Phƣơng án chôn cất hất thải miễn trừ ác mức hoạt độ nhỏ mức Không dựa suất liều hàng năm công khuyến cáo chúng < 0,01 mSv hất thải hoạt độ thấp trung ác mức hoạt độ lớn mức công suất nhiệt < kWm-3 bình 2.1 hất thải đời Giới hạn nồng độ hoạt độ nhân đời sống hôn cất nông sống ngắn dài (các nhân rã alpha đời sống dài có nồng chôn cất độ hoạt độ trung bình giới hạn mức 400Bq.g- địa chất /1 cấu kiện chất thải nồng độ hoạt độ nhân rã anpha đến 4000Bq.g-1/ cấu kiện chất thải riêng lẻ 2.2 hất thải Nồng độ hoạt độ nhân phóng xạ đời sống đời sống dài dài vƣợt giới hạn chất thải đời hôn cất địa chất sống ngắn hất thải hoạt Công suất nhiệt > kWm-3 nồng độ hoạt độ cao hôn cất địa độ nhân phóng xạ đời sống dài vƣợt qua giới chất hạn chất thải đời sống ngắn 1.1.2 Quản lý chất thải phóng xạ [13] Quản lý chất thải phóng xạ hiệu cần thiết phải có chiến lƣợc phƣơng pháp cụ thể với tham gia bên có trách nhiệm quản lý chất thải phóng xạ Quản lý chất thải phóng xạ đƣợc định nghĩa toàn hoạt động vận hành quản lý hành phục vụ việc xử lý sơ bộ, xử lý, ổn định hóa, vận chuyển, lƣu giữ, chôn cất chất thải Việc quản lý chất thải phóng xạ gồm có số bƣớc từ phát sinh chất thải chôn cất nhƣ sau (hình 1.1): Hình 1.1 ác bƣớc quản lý chất thải phóng xạ Trƣớc hết, chất thải cần đƣợc xác định tính chất đặc trƣng vật lý, hóa học tính phóng xạ Việc xác định tính chất đặc trƣng thải nhằm phân loại chất thải phóng xạ dạng miễn trừ, tái sử dụng để áp dụng biện pháp chôn cất, đóng gói chất thải đáp ứng yêu cầu bảo quản chôn cất Việc vận chuyển chất thải xảy bƣớc quản lý chất thải Lƣu giữ chất thải phóng xạ bao gồm trì chất thải phóng xạ nhƣ: tách biệt, bảo vệ môi trƣờng, kiểm soát số hành động nhƣ: xử lý, ổn định hóa chôn cất Trong số trƣờng hợp, lƣu giữ chủ yếu mặt kỹ thuật nhƣ bảo quản chất thải chứa nhân phóng xạ đời sống ngắn để phân rã thải môi trƣờng giới hạn cho phép, bảo quản chất thải hoạt độ cao với lƣu tâm nhiệt trƣớc chôn cất Xử lý sơ chất thải bƣớc đầu quản lý chất thải Quá trình xử lý sơ bao gồm việc thu gom, phân loại, điều chỉnh hóa học tẩy xạ bao gồm việc lƣu giữ tạm thời ây khâu quan trọng cách tốt để phân loại chất thải thực bƣớc tiếp theo, ví dụ tái sử dụng chôn cất chất thải nhƣ chất thải phóng xạ thông thƣờng Xử lý chất thải sơ đƣa phƣơng án chôn cất nông chôn cất sâu Bƣớc xử lý chất thải phóng xạ bao gồm trình làm tăng tính an toàn cách làm thay đổi tính chất chất thải phóng xạ Khái niệm xử lý làm giảm thể tích, tách nhân phóng xạ thay đổi thành phần Ví dụ nhƣ trình: đốt chất thải nén ép chất thải rắn khô (giảm thể tích); bay hơi, lọc trao đổi ion thải lỏng (tách nhân phóng xạ); kết tủa keo tụ hóa học (thay đổi thành phần) Thông thƣờng trình đƣợc sử dụng kết hợp để làm tăng tính hiệu việc xử lý chất thải lỏng số chất thải thứ cấp sinh (vật liệu lọc, nhựa trao đổi ion, bùn thải) Ổn định hóa chất thải phóng xạ hoạt động nhằm tạo cấu kiện chất thải thích hợp cho việc tiếp xúc, vận chuyển, lƣu giữ chôn cất Sự ổn định hóa bao gồm việc cố định chất thải, chứa thải container chuyển thể rắn ác phƣơng pháp ổn định hóa phổ biến bao gồm hóa rắn chất thải phóng xạ hoạt độ thấp trung bình xi măng bitum thủy tinh hóa chất thải phóng xạ hoạt độ cao thủy tinh hất thải sau đƣợc ổn định hóa đƣợc chứa thùng thép thích hợp có độ dày tùy thuộc vào đặc trƣng chất thải phóng xạ Trong nhiều trƣờng hợp bƣớc xử lý ổn định hóa có liên hệ chặt chẽ với hôn cất bƣớc cuối hoạt động quản lý chất thải phóng xạ sở chôn thải đƣợc thiết kế đảm bảo an toàn việc bố trí chất thải bên Các chất thải đƣợc ổn định hóa dạng thích hợp đƣợc đặt tách biệt với môi trƣờng sở chôn cất lớp che chắn xung quanh nhằm ngăn chặn rò rỉ nhân phóng xạ Lớp che chắn tự nhiên kỹ thuật hệ tách biệt có nhiều lớp che chắn Một hệ thống nhiều lớp che chắn có tính an toàn cao đảm bảo cho rò rỉ nhân phóng xạ môi trƣờng giới hạn thấp chấp nhận đƣợc 1.1.3 Ổn định hóa chất thải phóng xạ [3] Ổn định hóa chất thải phóng xạ khâu quan trọng quản lý chất thải trƣớc đem thải lƣu giữ, chôn cất ối với loại thải khac ngƣời ta sử dụng kỹ thuật ổn định hóa khác Nhƣng cách tổng quát kỹ thuật ổn định hóa chất thải nhằm mục đích cố định chất thải vật liệu hữu vô có xảy liên kết hóa học vật lý nhằm giảm thiểu tối đa phát tán nhân phóng xạ môi trƣờng Theo định nghĩa IAEA ổn định hóa chuyển dạng chất phóng xạ thành dạng bền phƣơng pháp hóa rắn đóng gói Sau vật liệu chứa thải sau ổn định hóa đƣợc đem lƣu giữ chôn cất nhân phóng xạ phân rã đến giới hạn chấp nhận đƣợc ác kỹ thuật ổn định hóa đƣợc triển khai nhiều nƣớc có ứng dụng công nghệ hạt nhân ối với thải hoạt độ thấp trung bình nhắc đến kỹ thuật điển hình nhƣ xi măng hóa, bitum hóa, chất thải đƣợc trộn với xi măng, bitum với tỷ lệ thích hợp sau đóng rắn thành khối đem lƣu giữ, cố định thải gắn kết vật lý thải lớp vật liệu sử dụng, số trình hóa học xảy sử dụng xi măng (quá trình xi măng hóa) Sự ổn định hóa chất thải có hoạt độ cao đƣợc thực kết hợp hóa học nhân phóng xạ cấu trúc có thích hợp (điển hình thủy tinh gốm) tạo liên kết hóa học bền chặt để ngăn cản tối đa phát tán chất phóng xạ Một số yêu cầu vật liệu sử dụng để ổn định hóa chất thải phóng xạ nhƣ sau: - Tải lƣợng chất thải cao: vật liệu phải có khả chứa lƣợng đáng kể chất thải (thƣờng 20-35 %) để giảm thiểu khối lƣợng chất thải phóng xạ sau ổn định hóa, tiết kiệm không gian kho lƣu giữ chôn cất - Tiến hành dễ dàng: trình ổn định hóa đƣợc thực điều kiện không nghiêm ngặt nhƣ nhiệt độ khí quyển, tạo môi trƣờng làm việc linh hoạt, dễ thao tác, giảm thiểu liều lao động vốn chi phí đầu tƣ Thực nghiệm sử dụng hóa chất TiO2 (atanase) ZrO2 (> 99,0 %), canxi cacbonat sấy khô ( a O3, 99,9% nanocrystalline, ủ 200 o tuần) bari cacbonat (>99% tinh khiết phân tích, ủ 200o tuần), l2O3 (tinh khiết phân tích) SrCO3 (tinh khiết phân tích) với kỹ thuật nạp strontri nhƣ sau: mẫu bột đƣợc chuẩn bị theo tỉ lệ (phần mol) gồm nguyên liệu gốc synroc có tỉ lệ Fm2, lƣợng strontri nạp vào đƣợc tính theo lƣợng giá trị aO lấy nguyên liệu gốc (thể rõ bảng dƣới) ác viên mẫu đƣợc đặt vào thuyền nung cao nhôm nung thiêu kết không khí 1250o , tốc độ nâng nhiệt 20oC/ph trì 2h nhiệt độ 1250oC, sau thời gian mẫu đƣợc làm nguội không khí lò nhiệt độ phòng Nhƣ vậy, hình thành pha synroc đƣợc nghiên cứu khảo sát xác định đƣợc tỉ lệ thích hợp hệ, thực nghiệm nạp đồng vị mạng synroc cần thiết để đánh giá tƣơng thích mặt cấu trúc ổn định hóa chất thải phóng xạ hoạt độ cao sử dụng vật liệu synroc, mặt khác khẳng định lý thuyết thực nghiệm cố định đồng vị cấu trúc mạng synroc kiểm chứng số công cụ phân tích phân giải cao, nạp thải đại diện với strontri đƣợc nghiên cứu đạt đƣợc số kết nhƣ sau Bảng 3.5 Bảng kết phân tích synroc sau nạp Sr Tên Thành phần pha đặc Thành phần (% mol) mẫu trƣng Mt SrO CaO (trong Mt) Mt1 90 10 10 PER, ZIR, HOL, SrO Mt2 93 7 PER, ZIR, HOL Mt3 95 5 PER, ZIR, HOL Mt4 98 2 PER, ZIR, HOL Mt có tỉ lệ oxit xác định từ Fm2 61 Bảng 3.6 Bảng kết xác định độ co ngót synroc sau nạp Sr Tên mẫu ộ co ngót (%) Do D Ho H (mm) (mm) (mm) (mm) Mt1 13,50 12,27 11,00 10,42 7,39 Mt2 13,50 12,31 11,00 10,55 6,69 Mt3 13,50 12,41 11,00 10,17 7,84 Mt4 13,50 12,25 11,00 10,25 8,16 Từ kết thu đƣợc bảng ta dựng đƣợc đồ thị độ co ngót viên gốm theo thành phần nhƣ sau Hình 3.22 thị biểu diễn phụ thuộc độ co ngót vào thành phần mẫu synroc nạp strontri sau nung Bên cạnh giá trị độ co ngót, độ thấm nƣớc mẫu đƣợc đo đạc kết thể bảng 3.7 Bảng 3.7 Bảng kết xác định độ thấm nƣớc synroc sau nạp strontri Tên mẫu mo (g) m (g) Mt1 4,1002 3,9390 3,93 Mt2 4,1241 3,9895 3,26 Mt3 4,1365 3,9695 4,03 Mt4 4,1253 3,9798 3,53 62 ộ thấm nƣớc (%) Từ kết độ thấm nƣớc bảng 3.7 ta dựng đƣợc đồ thị độ hấp thụ nƣớc mẫu theo thành phần sau nung nhƣ sau: Hình 3.23 thị biểu diễn phụ thuộc độ hấp thụ nƣớc vào thành phần mẫu synroc nạp strontri sau nung Nhìn chung, mẫu nạp strontri không ảnh hƣởng đến hình thành pha perovskit, zirconolite hollandite Strontri oxit tồn mạng synroc có cấu trúc perovskit BO3, thay aO trình tạo perovskit CaTiO3 ối với mẫu Mt2, Mt3, Mt4 có tỷ lệ nạp strontri tƣơng ứng 2, 5, phần trăm cho thấy xuất pha đồng đều, tính chất vật lý nhƣ độ co ngót, độ thấm nƣớc không khác thể tƣơng thích Sr toàn mạng synroc Mặt khác thấm nƣớc nhỏ phần phản ánh mật độ lớn vật liệu điều đặc biệt quan trọng tiến hành nạp chất thải có hoạt độ cao nƣớc tác nhân gây rò rỉ nhân phóng xạ khỏi khối vật liệu ổn định hóa theo chế nhƣ trình bày trƣớc Mẫu Mt1 cho thấy nạp Sr tối đa với ngƣỡng 10% qua xuất SrO tự Nhƣ tỉ lệ nạp Sr synroc đƣợc xác định % ể khảo sát chi tiết có đánh giá tổng thể hình thái synroc nạp Sr, tiếp tục chụp ảnh hiển vi điện tử quét mẫu, hình ảnh SEM nhƣ sau: 63 Hình 3.24 Ảnh SEM mẫu Mt1 Hình 3.25 Ảnh SEM mẫu Mt2 64 Hình 3.26 Ảnh SEM mẫu Mt3 Hình 3.27 Ảnh SEM mẫu Mt4 ác kết ảnh SEM cho thấy mẫu Mt1 có độ xốp với lỗ rỗng tƣơng đối lớn, số kẽ nứt vi nội xuất điều nạp strontri ngƣỡng 10%, với mẫu lại cho thấy mật độ tinh thể đồng có cấu trúc trật tự ể xác định phân bố nguyên tử miền vi cấu trúc synroc, phƣơng pháp phân tích phổ tán xạ lƣợng tia X (EDS) đƣợc thực mẫu Mt2, kết cho thấy nhƣ sau: 65 Hình 3.28 Bề mặt phân tích phân bổ nguyên tử synroc phân tích phổ tán xạ lƣợng tia X Trên hình 3.28 cho thấy có hai vùng đƣợc lựa chọn để phân tích phân bổ nguyên tử có mặt vùng (selected rea 1) vùng (Selected rea 2), phổ tán xạ lƣợng tia X cho kết hai vùng nhƣ sau: Hình 3.29 Phổ EDS vùng tinh thể 66 Hình 3.30 Phổ EDS vùng tinh thể ó thể thấy nguyên tử phân bổ theo hai vùng khác điều khẳng định kết pha theo cấu trúc pha thành phần pha synroc kết pha tƣơng đối hoàn chỉnh 3.4 ánh giá mức độ hòa tách Sr synroc ây tính chất hóa học quan trọng synroc nạp thải ộ hòa tách đại diện cho độ ổn định hóa học sản phẩm, thực nghiệm nhằm đánh giá khả lƣu giữ đồng vị thải dƣới điều kiện xâm nhập môi trƣờng, điều điện môi trƣờng địa hóa học chôn cất viên gốm synroc tầng địa chất sâu Mẫu synroc nạp % strontri (mẫu Mt2) đƣợc lựa chọn cho nghiên cứu đƣợc tiến hành ngâm chiết nƣớc cất với thời gian ngày, ngày, 14 ngày, 28 ngày Các cation hòa tách mẫu nƣớc đƣợc phân tích ứng với thời điểm 67 Các kết thực nghiệm đƣợc trình bày bảng 3.8 Bảng 3.8 Kết xác định tốc độ hòa tách mẫu Sr/synroc R 14 ngày 28 ngày (g/m2.d) Sr 12,10 x 10-5 7,21 x 10-5 2,56x10-5 2,12x10-5 Ti 17,9 x 10-6 12,76 x 10-6 8,75 x 10-6 4,84 x 10-6 Từ kết độ hòa tách Sr Ti ta dựng đƣợc đồ thị biểu diễn hòa tách Sr Ti khỏi mạng synroc theo thời gian nhƣ sau Đồ thị biểu diễn tốc độ hòa tách theo thời gian R (g/cm2.d) 20 15 Sr 10 Ti 0 10 20 30 Thời gian (ngày) Hình 3.31 thị biểu diễn độ hòa tách Sr Ti theo thời gian - ƣờng Sr: thang Oy R x 10-5 - ƣờng Ti: thang Oy R x 10-6 Từ kết thực nghiệm thấy tốc độ hòa tách strontri khỏi mạng synroc nhỏ, tốc độ hòa tách giảm tăng thời gian hòa tách iều thể đồng Sr cấu trúc perovskit thông qua hình thành dung dịch rắn đồng Tốc độ hòa tách nhỏ thể đƣợc tính chất lý, độ ổn định hóa học, khả lƣu giữ vật liệu synroc điều kiện hóa chất thải phóng xạ có chứa strontri ó thể giải thích tốc độ hòa tách nhỏ vật liệu synoc sau nạp Sr dựa kết chụp hình ảnh SEM với mẫu Mt2 nhƣ sau: 68 Hình 3.32 Ảnh SEM mẫu Mt2 sử dụng cho thí nghiệm hòa tách Ảnh SEM cho thấy đồng viên gốm Mt2 (gần nhƣ toàn lỗ xốp có kích thƣớc [...]... Tổng (%) 96,5 98,1 97,2 100 1.3 ác tính chất của vật liệu ổn định hóa nền synroc 1.3.1 Tính chất vật lý của vật liệu ổn định hóa nền synroc [15] Những nhƣợc điểm chính của vật liệu synroc sau khi đã ổn định hóa chất thải phóng xạ (sau đây gọi tắt là synroc phóng xạ) là độ bền kéo ở nhiệt độ phòng thấp so với một số vật liệu và giòn, dễ nứt vỡ ộ giòn của synroc phóng xạ xảy ra khi không có sự biến dạng. .. tinh hóa không thích hợp với một số thải chứa các oxit chịu lửa (spinel, R2O3) và chất thải phóng xạ chứa các chất dễ bay hơi (I, l), gây ăn mòn các vật liệu chịu lửa hoặc tạo thành các tinh thể ngƣng tụ tại đáy nồi nấu trong quá trình thủy tinh hóa 1.2 Ổn định hóa chất thải phóng xạ trên nền vật liệu synroc [11-24] 1.2.1 Giới thiệu về vật liệu gốm trong ổn định hóa chất thải phóng xạ Vật liệu gốm có... tính của chất thải nhƣ: khả năng tƣơng thích của xi măng với chất thải, độ ổn định hóa học của nhân phóng xạ, tính cách ly vật lý giữa dạng thải và môi trƣờng, độ bền dạng thải, hình thức chất thải hóa rắn và chi phí - hiệu quả của việc ổn định hóa Trong thực tế, các chất phụ gia thƣờng đƣợc sử dụng để tăng tính đóng rắn của chất thải phóng xạ khi sử dụng xi măng 1.1.3.2 Phương pháp bitum hóa [11]... nhân phóng xạ vào trong hệ một pha Trên cơ sở đó ngƣời ta thấy hệ đa pha có khả năng là vật liệu triển vọng hơn cho sự cố định các nhân phóng xạ ác thành phần của hệ nhiều pha với các thành phần của chất thải phóng xạ có khả năng khâu mạng để cố định các nhân phóng xạ trong các pha đó Vật liệu đa pha tinh thể đƣợc chú trọng nhiều nhất sử dụng cho ổn định hóa chất thải phóng xạ là synroc 12 1.2.3 Vật liệu. .. v.v 1.2.2 Các pha tinh thể trong ổn định hóa chất thải phóng xạ [8] Ý tƣởng sử dụng vật liệu có cấu trúc tinh thể làm chất nền để ổn định hóa các chất phóng xạ dựa trên tính tƣơng thích của pha tinh thể đối với các nhân phóng xạ và độ bền lớn trong các điều kiện tự nhiên qua các thời kỳ địa chất ác vật liệu có độ ổn định nhiệt động và chứa hàm lƣợng các nhân phóng xạ tự nhiên cao qua hàng triệu năm... với chất lỏng, khi đó có thể gây ra sự rò rỉ các nhân phóng xạ Ngoài ra, "độ bền hóa" còn đƣợc dùng để đánh giá một số các tính chất của synroc phóng xạ nhƣ: tính cơ học, vi cấu trúc của vật liệu, tính chất hóa lý, độ ổn định nhiệt động học và khả năng chống chịu ăn mòn Khả năng lƣu giữ các nhân phóng xạ là đặc tính quan trọng của chất thải đã đƣợc ổn định hóa Tính tối ƣu vật lý và độ ổn định hóa học... Phƣơng pháp nghiên cứu và thực nghiệm 2.2.1 Đối tượng nghiên cứu ối tƣợng nghiên cứu của luận văn là tổng hợp vật liệu gốm synroc có cấu trúc zirconolite, perovskit, hollandite trên hệ hóa BaO - ZrO2 - TiO2 – Al2O3 - CaO Khả năng nạp nhân phóng xạ của synroc đƣợc khảo sát khi dùng strontri bền 2.2.2 Phương pháp nghiên cứu và thực nghiệm Xác định một hệ pha trung tâm tồn tại các trạng thái cân bằng bậc... động để cố định các chất thải phóng xạ hoạt độ thấp và trung bình bao gồm bùn, tro của lò đốt chất thải phóng xạ và các dung môi Tuy nhiên, do đây là phƣơng pháp có sử dụng nhiệt và bitum có thể cháy nên cần có những quy định về an toàn cháy nổ trong quá trình vận hành 1.1.3.3 Phương pháp thủy tinh hóa [24] Thủy tinh là vật liệu đầu tiên đƣợc sử dụng để ổn định hóa chất thải hoạt độ cao bằng công nghệ... đến hiệu suất ổn định hóa các chất phóng xạ - ộ bền môi trƣờng: chất nền phải có khả năng chống chịu đƣợc sự xâm thực của môi trƣờng dƣới các điều kiện chôn cất thực tế để giảm sự phát tán các chất phóng xạ ra ngoài môi trƣờng 1.1.3.1 Phương pháp xi măng hóa [6] Xi măng đƣợc ứng dụng để ổn định chất thải phóng xạ có hoạt độ thấp hoặc trung bình Cơ chế của sự ổn định hóa là: sự tƣơng tác hóa học giữa các... tách đƣợc xác định bằng nhiều phƣơng pháp theo các điều kiện khác nhau 1.3.3 Tính chất phóng xạ của vật liệu ổn định hóa nền synroc hất phóng xạ sẽ ảnh hƣởng đến cấu trúc của synroc theo thời gian ối với chất thải hoạt độ cao, nhân phóng xạ bên trong sẽ có hoạt độ cao hơn qua thời kỳ phân rã ban đầu bởi các sản phẩm phân hạch phân rã gamma và bêta mạnh trong giai đoạn này Tính chất phóng xạ trong các ... 1.2 Ổn định hóa chất thải phóng xạ vật liệu synroc .10 1.2.1 Giới thiệu vật liệu gốm ổn định hóa chất thải phóng xạ 10 1.2.2 ác pha tinh thể ổn định hóa chất thải phóng xạ 11 1.2.3 Vật liệu. .. hóa chất thải phóng xạ phƣơng pháp gốm hóa tạo vật liệu dạng synroc hƣơng TỔN 1.1 QU N iới thiệu quản lý chất thải phóng xạ 1.1.1 Chất thải phóng xạ phân loại [12] hất thải phóng xạ vật liệu. .. Tổng (%) 96,5 98,1 97,2 100 1.3 ác tính chất vật liệu ổn định hóa synroc 1.3.1 Tính chất vật lý vật liệu ổn định hóa synroc [15] Những nhƣợc điểm vật liệu synroc sau ổn định hóa chất thải phóng