Un istituto di ricerca russo ha sviluppato un metodo per incapsulare le scorie nucleari utilizzando nanodiamanti.

Gli scienziati dell'Istituto di geochimica e chimica analitica dell'Accademia russa delle scienze (GEOHI RAN) hanno recentemente annunciato di aver proposto per la prima volta l'utilizzo di nanodiamanti sintetizzati tramite un metodo esplosivo per migliorare le prestazioni dei compositi minerali-come magnesio-potassio-fosfato preparati a temperatura ambiente per la fissazione e il contenimento dei rifiuti radioattivi. Aggiungendo nanodiamanti ai compositi MKF, i ricercatori sono riusciti a ridurre la porosità del materiale, migliorandone contemporaneamente la resistenza meccanica, la conduttività termica e la resistenza alla lisciviazione dei radionuclidi. I risultati della ricerca rilevanti sono stati pubblicati sulla rivista internazionale *Journal of Composites Science*.

 

I rifiuti nucleari devono essere convertiti in una matrice solida chimicamente e radioattivamente stabile prima dello smaltimento finale per evitare perdite di radionuclidi nell'ambiente. I compositi MKF sono un materiale promettente per la solidificazione dei rifiuti nucleari e sono stati precedentemente convalidati nel laboratorio GEOHI RAN.

 

In questo studio, gli scienziati hanno proposto di introdurre nanodiamanti nei compositi MKF per migliorarne le prestazioni. I nanodiamanti, con la loro ampia area superficiale e le proprietà di resistenza alle radiazioni-e alle alte-temperature-, sono eccellenti adsorbenti per i nuclidi radioattivi. Il team di ricerca ha prima utilizzato i nanodiamanti per pre-adsorbire gli attinidi (come il plutonio-239 e l'uranio-238) e gli elementi delle terre rare (ad esempio l'europio) dai rifiuti radioattivi simulati, quindi li ha immobilizzati in una matrice MKF.

 

Svetlana Fimina, ricercatrice senior e PhD in chimica presso il Laboratorio di radiochimica GEOKI RAN, ha commentato: "Questa ricerca, finanziata dalla Russian Science Foundation (Progetto n.. 24-13-00430), utilizza nanodiamanti per pre-adsorbire attinidi e prodotti di fissione prima di solidificarli in materiali compositi MKF. Si tratta di un nuovo metodo promettente per migliorare la sicurezza dello smaltimento geologico delle scorie nucleari. I risultati dimostrano l'impatto positivo globale dei nanodiamanti esplosivi sull'ambiente le proprietà fisico-chimiche dei materiali compositi MKF." Questo materiale composito migliora significativamente la resistenza alla lisciviazione dei radionuclidi, riducendo i tassi di lisciviazione di plutonio-239, uranio-238 ed europio da 3 a 8 volte rispetto al materiale MKF originale. Questo miglioramento è principalmente attribuito al pre-adsorbimento dei radionuclidi da parte dei nanodiamanti e alla loro ritenzione stabilizzante all’interno del materiale.

 

Resta inteso che lo smaltimento sicuro dei rifiuti contenenti radionuclidi-a vita lunga è una delle sfide principali nell'utilizzo dell'energia nucleare. I materiali di fosfato di magnesio-potassio-, grazie alle loro eccellenti proprietà di solidificazione, sono spesso studiati per la solidificazione e il recupero delle risorse dei rifiuti nucleari, in particolare per incapsulare elementi radioattivi all'interno di una matrice stabile di fosfato di magnesio-potassio per ridurne la migrazione e la contaminazione. Ad esempio, il cemento al fosfato di magnesio-potassio può essere utilizzato per solidificare i residui o i liquidi dei rifiuti nucleari, ottenendo una riduzione del volume dei rifiuti e la stabilizzazione. Tuttavia, il processo stesso comporta reazioni chimiche complesse e trattamenti radioattivi, che richiedono tecnologie efficienti di gestione dei rifiuti.