раздел 2.6). Если сравнивать образцы стеклокерамических материалов в облученном состоянии (до 5?107 Гр), то следует отметить, что внешний вид и макро характеристики образцов после коррозионных испытаний практически не изменились, рис. 3.7. Изменение цвета, разрушение поверхности, каверны и трещины отсутствуют.
а)
б)Рис. 3.7. Внешний вид образцов исходного состава (70% гранит + 30% каолин, облученных дозой 5?107 Гр: а - до испытаний на выщелачивание: б - после испытаний на выщелачивание. Результаты анализа выщелаченных растворов с помощью атомно-эмиссионного анализа с ИСП приведены на рис. 3.8. Из вида кривых видно, что средняя скорость выщелачивания элементов из разработанных стеклокерамик составляет (10-6 - 10-4) г/см2?сут, что на одном уровне для наиболее стойких минералоподобных композиций, полученных другими исследователями, что и представлено в табл. 3.3 [75-78].
Для всех элементов характерно спадание выщелачивания со временем. Практически после 10 суток испытаний активный процесс выщелачивания элементов из матрицы замедляется, скорость выщелачивания достигает весьма малой величины - ~ 10-5 г/см2?сут. Под влиянием процессов гидратации (взаимодействие с группами ОН) на образцах наблюдается формирование поверхностной пленки (шириной ~ 0,5-1,0 мкм), а также образование слоев гидрооксидов Fe, Mn, слегка окрашивающих гидратированное вещество в розовые и оранжевые тона. Эти слои и выполняют роль своеобразного барьера для выхода элементов из стеклокерамической матрицы в контактный водный раствор. Как отмечалось ранее, состав стеклокерамической композиции (15% гранит + 85% каолин) характеризуется более равномерным составом стеклофазы по сравнению с составом (70% гранит + 30% каолин). Именно поэтому выщелачивание основного элемента в этом составе - кремния - и происходит практически на постоянном уровне в течение всего периода испытаний, рис. 3.9.
Таблица 3.3.
Скорость выщелачивания нуклидов в деионизированной воде при 900С,
10-6 г/(см2?сут)
МатериалыНуклидСутки171428ФосфатныеNa2,00,50,90,8Cs3,34,11,71,1Si132,30,30,4БоросиликатныеNa34-831-3,90,70,9Cs2,2-3,10,2-0,30,4-0,50,3-0,4Sr70,30,2Ca7-1702,2-750,3-350,3-25АлюмосиликатныеNa1,11,04,60,1Cs2,70,20,10,1Sr6,61,71,62,4МинералоподобныеNa240,20,10,1Cs0,10,10,10,1Si0,10,10,10,1
Уменьшение выщелачивания калия следует связывать с большим растворением полевых шпатов, как основных носителей калия, в стеклофазе на образцах состава (15% гранит + 85% каолин) по сравнению с составом (70% гранит + 30% каолин).
а)
б)Рис. 3.8. Выщелачивание основных элементов в образцах исходного состава (70% гранит + 30% каолин): а- исходное состояние, без облучения; б- после ?-облучения, доза 5?107 Гр.Рис. 3.9. Выщелачивание основных элементов в образцах исходного состава (15% гранит+85% каолин после облучения, доза 5?107 Гр. Необходимо отметить, что оценку величины скоростей выщелачивания элементов проводили как с помощью анализа контактного раствора атомно-эмиссионным методом с ИСП, так и традиционными весовыми измерениями. При этом результаты практически совпадали, что говорит о достоверности проведенных измерений, рис. 3.10.
Рис. 3.10. Выщелачивание образцов исходного состава (15% гранит + 85% каолин):
1-суммарная величина, полученная при анализе методом ИСП на облученных образцах (5?107 Гр); 2-суммарная величина, полученная при анализе весовым методом на облученных образцах (5?107 Гр); 3-суммарная величина, полученная при анализе весовым методом на исходных образцах. 3.3. Выводы
1. Для оценки радиационной стойкости материалов использованы ускоренные лабораторные испытания в условиях имитационного облучения, причем, более жесткого, чтобы защитный стеклокерамический материал в течение короткого интервала времени смог набрать поглощенные дозы, соответствующие длительным временам реального облучения в условиях захоронения. Исходя из этого, для реализации условий внешнего ?-облучения образцов стеклокерамики было использовано тормозное излучение, генерируемое на линейном ускорителе электронов (ЛУЭ). Средние по спектру значения энергии фотонов составляли (2,0-2,3) МэВ, максимальная мощность дозы при этом составляла ~104Гр/ч. В образцах получена максимальная доза ~5?107 Гр. Эта доза почти в 30 раз превышает величину максимальной дозы (~1,74?106Гр), которую может получить защитный стеклокерамический слой в условиях захоронения отработавшего топлива РБМК за время ~ 104 лет.
2. Облучение ?-квантами образцов обоих составов (70% гранит + 30% каолин) и (15% гранит + 85% каолин) до доз 5?107 Гр не ухудшило основные свойства стеклокерамических материалов, существенных изменений плотности и прочностных характеристик исследуемых материалов не обнаружено. Исходя из постоянства величины плотности исследованных материалов, можно сказать, что процессы радиационно-индуцируемой аморфизации и кристаллизации при этих радиационных нагрузках не происходят.
3. Методами керамографии, ИКС, кристаллооптики и электронной микроскопии изучено структурно-фазовое состояние полученных материалов после облучения, особое внимание было уделено исследованию образцов, облученных до максимальной дозы 5?107 Гр. Внутренняя структура материалов обоих составов также не претерпевает значительных изменений после облучения. Под действием облучения немного нарушается однородность стекломатрицы за счет укрупнения зачаточных кристаллов (муллита) и появления новообразований вторичного кварца (размерами до нескольких микрон). Микротрещины вокруг кристаллических зерен кварца не развиваются, они по прежнему релаксируются стекловидной матрицей, как и в исходных необлученных образцах, тем самым сохраняя механическую прочность всей стеклокерамической композиции в облученном состоянии.
4. Проведены стандартные испытания на химическую стабильность в водной среде на образцах составов (70% гранит + 30% каолин) и (15% гранит + 85% каолин) как в исходном состоянии, так и после облуч
- Київ+380960830922