俄羅斯科學院地球化學與分析化學研究所(ГЕОХИ РАН)的科學家日前宣布，他們首次提議利用爆炸法合成的納米金剛石來提升室溫下制備的礦物狀鎂-鉀-磷酸鹽(магний-калий-фосфатного,МКФ)復合材料的性能，用于固定和封存放射性廢物。通過在МКФ復合材料中添加納米金剛石，研究人員成功降低了材料的孔隙率，同時提高了其機械強度、熱導率和抗核素浸出的能力。相關研究成果已發(fā)表在國際期刊《復合材料科學雜志》(Journal of Composites Science)上。

核廢料在最終處置之前，必須將這些廢物轉化為化學和輻射穩(wěn)定性高的固體基質，以防止核素泄漏到環(huán)境中。МКФ復合材料是一種具有前景的核廢料固化材料，此前已在ГЕОХИ РАН實驗室中得到驗證。

在此次研究中，科學家們提出將納米金剛石引入МКФ復合材料以增強其性能。納米金剛石不僅表面積大，而且具有抗輻射和耐高溫的特性，是優(yōu)良的放射性核素吸附劑。研究團隊首先利用納米金剛石從模擬放射性廢液中預先吸附錒系元素(如钚-239、鈾-238)和稀土元素(以銪為例)，隨后將其固定在МКФ基質中。

ГЕОХИ РАН放射化學實驗室高級研究員、化學博士斯韋特蘭娜·菲米娜(Светлана Фимина)評論稱：本研究得到了俄羅斯科學基金會(項目編號24-13-00430)的資助，利用納米金剛石對錒系元素及裂變產物進行預吸附后再固化至МКФ復合材料中，是一種極具前景的提高核廢料地質處置安全性的新方法。研究結果證明了爆炸法納米金剛石對МКФ復合材料物理化學性能的綜合積極影響。該復合材料對放射性核素的抗浸出能力大幅提升，钚-239、鈾-238和銪的浸出速率比原始МКФ材料降低了3至8倍。這一改進主要歸功于納米金剛石對核素的預先吸附及其在材料內部的穩(wěn)定固持作用。

據(jù)了解，安全處理含有長壽命放射性核素的廢物是核能利用中的關鍵難題之一。鎂-鉀-磷酸鹽材料因其良好的固化性能，常被研究用于核廢料的固化和資源化處理，特別是將放射性元素包容在穩(wěn)定的磷酸鎂鉀基質中，以減少其遷移和污染，例如利用磷酸鎂鉀水泥固化核廢液或核廢渣，實現(xiàn)廢物的體積減小和穩(wěn)定化，但工藝本身涉及復雜化學反應和放射性處理，需要高效的廢物管理技術。