Как вы обращаетесь с ядерными отходами, которые будут радиоактивными в течение миллионов лет, чтобы они не наносили вреда людям и окружающей среде?
Это непросто, но исследователь из Рутгерса Ашутош Гоэл обнаружил способы иммобилизации таких отходов - результат десятилетий производства ядерного оружия - в стекле и керамике.
Гоэль, доцент кафедры материаловедения и инженерии, является первым изобретателем нового метода иммобилизации радиоактивного йода в керамике при комнатной температуре. Он также является главным исследователем (PI) или вторым PI в шести исследовательских проектах, связанных со стеклом, на общую сумму 6,34 миллиона долларов из федерального и частного финансирования, из которых 3,335 миллиона долларов направляются Rutgers..
«Стекло - идеальный материал для иммобилизации радиоактивных отходов с превосходной химической стойкостью», - сказал Гоэль, работающий в Инженерной школе. Разработка способов иммобилизации особенно проблемного йода-129 имеет решающее значение для его безопасного хранения и захоронения в подземных геологических образованиях.
По данным Агентства по охране окружающей среды США, период полураспада йода-129 составляет 15,7 миллиона лет, и он может быстро рассеиваться в воздухе и воде. Если он попадет в окружающую среду, йод сохранится на миллионы лет. Йод нацелен на щитовидную железу и может увеличить шансы заболеть раком.
Среди основных спонсоров Goel - Министерство энергетики США (DOE), которое наблюдает за одной из крупнейших в мире ядерных очисток после 45 лет производства ядерного оружия. По данным Министерства энергетики, национальный оружейный комплекс когда-то имел 16 основных объектов, которые охватывали обширные территории штатов Айдахо, Невада, Южная Каролина, Теннесси и Вашингтон.
Агентство сообщает, что завод в Хэнфорде на юго-востоке Вашингтона, на котором было произведено более 20 миллионов единиц топлива из металлического урана для девяти ядерных реакторов у реки Колумбия, является самой большой проблемой очистки.
Заводы в Хэнфорде переработали 110 000 тонн топлива из реакторов. Около 56 миллионов галлонов радиоактивных отходов - достаточно, чтобы заполнить более 1 миллиона ванн - отправились в 177 больших подземных резервуаров. По данным Министерства энергетики, 67 танков - более одной трети - протекли. Жидкости были откачаны из 67 резервуаров, остались в основном сухие твердые вещества.
Миссия по очистке Хэнфорда началась в 1989 году, а десятилетие спустя было начато строительство завода по переработке жидких радиоактивных отходов в резервуарах, и завершено более чем на три пятых.
«Мы говорим здесь о очень сложных, многокомпонентных радиоактивных отходах, которые содержат почти все элементы периодической таблицы», - сказал Гоэл. «То, на чем мы сосредоточены, находится под землей и должно быть обездвижено».
Гоэл, уроженец штата Пенджаб на севере Индии, в 2009 году получил докторскую степень по очкам и стеклокерамике в Университете Авейру в Португалии и работал там научным сотрудником. Он работал «ученым по стеклу» в Тихоокеанской северо-западной национальной лаборатории в 2011 и 2012 годах, а затем старшим научным сотрудником в Sterlite Technologies Ltd. в Индии, прежде чем присоединиться к факультету Рутгерса в январе 2014 года.
Шесть проектов, которыми он руководит или соруководит, финансируются Управлением охраны рек Министерства энергетики США, Национальным научным фондом и компанией Corning Inc. при сотрудничестве с Вашингтонским государственным университетом, Университетом Северного Техаса и Тихоокеанской северо-западной национальной лабораторией.
Одно из его изобретений связано с массовым производством химически стойких апатитовых минералов, или стекол, для иммобилизации йода без использования высоких температур. Вторая инновация использует синтез минералов апатита из частиц йодида серебра. Он также изучает, как иммобилизовать натрий и оксид алюминия в высокоактивных радиоактивных отходах в боросиликатных стеклах, устойчивых к кристаллизации.
На полигоне в Хэнфорде производство стекла из радиоактивных отходов, как ожидается, начнется примерно в 2022 или 2023 году, сказал Гоэл, и «последствия наших исследований к тому времени станут гораздо более заметными».
Исследование может в конечном итоге помочь найти способы безопасной утилизации высокорадиоактивного отработавшего ядерного топлива, которое в настоящее время хранится на коммерческих атомных электростанциях.
«Это зависит от его состава, сложности и содержания», - сказал Гоэл. «Если мы будем знать химический состав ядерных отходов, выбрасываемых этими заводами, мы точно сможем над этим работать».