Trong phần thực nghiệm này chúng tôi lựa chọn strontri (strontri cacbonat) là một trong hai nguyên tố điển hình cùng với ceri [15] trong chất thải phóng xạ hoạt độ cao để nghiên cứu, khảo sát sự tƣơng thích và cố định Sr bên trong cấu trúc mạng synroc, phân tích sự phân bổ strontri trong hệ synroc ở một nhiệt độ ở 1250oC và không nghiên cứu sự ảnh hƣởng của nhiệt độ, bởi trong kỹ thuật ổn định hóa chất thải phóng xạ có một yêu cầu là phải hạn chế tối đa sử dụng nhiệt độ, việc sử dụng nhiệt độ cao sẽ gây ra sự phát tán các nhân phóng xạ khỏi khối vật liệu ổn định nhƣ bay hơi, thăng hoa.
61
Thực nghiệm sử dụng các hóa chất là TiO2 (atanase) ZrO2 (> 99,0 %), canxi cacbonat sấy khô (CaCO3, 99,9% nanocrystalline, ủ ở 200 oC trong một tuần) bari cacbonat (>99% tinh khiết phân tích, ủ ở 200oC trong một tuần), Al2O3 (tinh khiết phân tích) SrCO3 (tinh khiết phân tích) với kỹ thuật nạp strontri nhƣ sau: mẫu bột đƣợc chuẩn bị theo các tỉ lệ (phần mol) gồm các nguyên liệu gốc synroc có tỉ lệ là trong Fm2, lƣợng strontri nạp vào đƣợc tính theo các lƣợng giá trị CaO lấy ra trong nguyên liệu gốc (thể hiện rõ trong bảng dƣới). Các viên mẫu đƣợc đặt vào thuyền nung cao nhôm và nung thiêu kết trong không khí ở 1250oC, tốc độ nâng nhiệt 20oC/ph duy trì 2h ở nhiệt độ 1250oC, sau thời gian đó mẫu đƣợc làm nguội bằng không khí trong lò về nhiệt độ phòng.
Nhƣ vậy, sự hình thành các pha cơ bản của synroc đã đƣợc nghiên cứu khảo sát xác định đƣợc các tỉ lệ thích hợp trong hệ, thực nghiệm về sự nạp đồng vị trong mạng synroc là cần thiết để đánh giá sự tƣơng thích về mặt cấu trúc khi ổn định hóa chất thải phóng xạ hoạt độ cao sử dụng vật liệu nền synroc, mặt khác khẳng định lý thuyết bằng các thực nghiệm về sự cố định các đồng vị trong cấu trúc mạng synroc và kiểm chứng bởi một số công cụ phân tích phân giải cao, sự nạp thải đại diện với strontri đƣợc nghiên cứu và đạt đƣợc một số kết quả nhƣ sau
Bảng 3.5. Bảng kết quả phân tích synroc sau khi nạp Sr
Tên
mẫu Thành phần (% mol)
Thành phần pha đặc trƣng
Mt SrO CaO (trong Mt)
Mt1 90 10 10 PER, ZIR, HOL, SrO
Mt2 93 7 7 PER, ZIR, HOL
Mt3 95 5 5 PER, ZIR, HOL
Mt4 98 2 2 PER, ZIR, HOL
62
Bảng 3.6. Bảng kết quả xác định độ co ngót của synroc sau khi nạp Sr
Tên mẫu Do (mm) D (mm) Ho (mm) H (mm) Độ co ngót (%) 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 các kết quả thu đƣợc ở bảng trên ta dựng đƣợc đồ thị về độ co ngót của viên gốm theo thành phần nhƣ sau
Hình 3.22. Đồ thị biểu diễn sự phụ thuộc của độ co ngót vào thành phần mẫu
synroc nạp strontri sau khi nung.
Bên cạnh các giá trị về độ co ngót, độ thấm nƣớc của các mẫu đƣợc đo đạc và các kết quả thể hiện trong bảng 3.7
Bảng 3.7. Bảng kết quả xác định độ thấm nƣớc của
synroc sau khi nạp strontri
Tên mẫu mo (g) m (g) Độ thấm nƣớc (%)
Mt1 4,1002 3,9390 3,93
Mt2 4,1241 3,9895 3,26
Mt3 4,1365 3,9695 4,03
63
Từ các kết quả về độ thấm nƣớc ở bảng 3.7 ta dựng đƣợc đồ thị về độ hấp thụ nƣớc của các mẫu theo thành phần sau khi nung nhƣ sau:
Hình 3.23. Đồ thị biểu diễn sự phụ thuộc của độ hấp thụ nƣớc vào thành phần mẫu
synroc nạp strontri sau khi nung.
Nhìn chung, đối với các mẫu khi nạp strontri đều không ảnh hƣởng đến sự hình thành các pha perovskit, zirconolite và hollandite. Strontri oxit tồn tại trong mạng synroc có cấu trúc perovskit ABO3, thay thế CaO trong quá trình tạo perovskit CaTiO3. Đối với các mẫu Mt2, Mt3, Mt4 có tỷ lệ nạp strontri tƣơng ứng là 2, 5, 7 phần trăm cho thấy sự xuất hiện các pha khá đồng đều, các tính chất về vật lý nhƣ độ co ngót, độ thấm nƣớc không khác nhau thể hiện sự tƣơng thích của Sr trong toàn bộ mạng synroc. Mặt khác sự thấm nƣớc nhỏ phần nào phản ánh mật độ lớn của vật liệu điều này đặc biệt quan trọng khi tiến hành nạp chất thải có hoạt độ cao bởi nƣớc là tác nhân gây rò rỉ các nhân phóng xạ ra khỏi khối vật liệu ổn định hóa theo các cơ chế nhƣ đã trình bày trƣớc đây. Mẫu Mt1 cho thấy sự nạp Sr tối đa với ngƣỡng 10% qua sự xuất hiện của SrO tự do. Nhƣ vậy tỉ lệ nạp Sr trong synroc đƣợc xác định là 7 % (adsbygoogle = window.adsbygoogle || []).push({});
Để khảo sát chi tiết và có sự đánh giá tổng thể về hình thái của synroc nạp Sr, chúng tôi tiếp tục chụp ảnh hiển vi điện tử quét đối với các mẫu, các hình ảnh SEM nhƣ sau:
64
Hình 3.24. Ảnh SEM của mẫu Mt1.
65
Hình 3.26. Ảnh SEM của mẫu Mt3.
Hình 3.27. Ảnh SEM của mẫu Mt4.
Các kết quả ảnh SEM cho thấy rằng đối với mẫu Mt1 có độ xốp với các lỗ rỗng tƣơng đối lớn, một số kẽ nứt vi nội tại xuất hiện điều này có thể do sự nạp strontri quá ngƣỡng 10%, với các mẫu còn lại cho thấy mật độ các tinh thể đồng đều và có cấu trúc trật tự hơn. Để xác định sự phân bố các nguyên tử trong các miền vi cấu trúc của synroc, phƣơng pháp phân tích phổ tán xạ năng lƣợng tia X (EDS) đƣợc thực hiện đối với mẫu Mt2, kết quả cho thấy nhƣ sau:
66
Hình 3.28. Bề mặt phân tích sự phân bổ các nguyên tử của synroc bằng phân tích
phổ tán xạ năng lƣợng tia X.
Trên hình 3.28 cho thấy có hai vùng đƣợc lựa chọn để phân tích sự phân bổ các nguyên tử có mặt trong đó là vùng 1 (selected Area 1) và vùng 2 (Selected Area 2), phổ tán xạ năng lƣợng tia X cho các kết quả đối với hai vùng nhƣ sau:
67
Hình 3.30. Phổ EDS của vùng tinh thể 2.
Có thể thấy rằng các nguyên tử phân bổ theo hai vùng là khác nhau điều đó khẳng định sự kết pha theo các cấu trúc của các pha trong thành phần pha của synroc và sự kết pha là tƣơng đối hoàn chỉnh.