Одной из актуальных задач в области атомной энергетики до сих пор остается разработка надежных матриц для отверждения радиоактивных отходов. Новыми и перспективными в этом отношении могут считаться стеклокерамические материалы. По своему строению они занимают промежуточное место между стеклообразными и минералоподобными материалами.

Научная группа ЮУ ФНЦ МиГ УрО РАН в рамках проекта РНФ № 22-17-20005 успешно ведёт работу по изучению свойств стеклокерамических материалов для иммобилизации РАО и разработке методов их производства. Синтез данных материалов удалось осуществить благодаря длительной и согласованной работе коллектива, состоящего из научных сотрудников, студентов и аспирантов.

За время работы над проектом были получены образцы боросиликатной стеклокерамики, содержащей имитаторы радионуклидов, а именно стабильные изотопы цезия. Системный подход к выбору состава материала и режима термообработки при кристаллизации непосредственно из расплава позволили получить стеклокерамику второго типа. Контролируемая кристаллизация приводит к образованию новой боросиликатной фазы, а натрийсодержащее стекло обеспечивает дополнительное капсулирование.

При изучении кристаллической фазы было обнаружено, что химический состав соединения описывается формулой CsBSi₂O₆. Кроме того, удалось зарегистрировать спектры комбинационного рассеяния кристаллов размером до 30 мкм и получить порошковую рентгенограмму. Было установлено, что соотношение щелочных катионов в составе шихты не влияет на тип кристаллической фазы, но отражается на кинетике процесса кристаллизации и микроструктуре полученного материала.

Результаты, полученные на различных этапах работы над проектом, были представлены на значимых Российских и Международных конференциях в Санкт-Петербурге, Нальчике, Новосибирске, Екатеринбурге, Черноголовке.

На данный момент научная группа занимается расшифровкой структуры полученной фазы, в связи с чем проводятся совместные работы с сотрудниками ИГМ СО РАН и НГУ. Предполагается, что новое соединение потенциально может рассматриваться как стабильная фаза для удержания радиоактивного цезия. По результатам исследований опубликованы статьи в высокорейтинговых журналах:

Materialia 
Journal of Composites Science 
Geochemistry International 

Рис. 1. Экспериментальная работа – основа технологии производства новых материалов (синтез, стеклообразные образцы, стеклокерамика).

Рис. 2. Результаты исследований стеклокерамических материалов: спектры комбинационного рассеяния, режимы термообработки, микрофотографии образцов.

Рис. 3. Команда учёных представила результаты работы на российских и международных конференциях.