Изобретение относится к области радиохимического производства и, в частности, к технологии изготовления материала активной части источников гамма-излучения на основе изотопов цезия.
Известна технология изготовления радиоизотопных источников с использованием хлорида цезия, в качестве материала активной части (Химия долгоживущих осколочных элементов / под ред. А.В.Николаева. - М.: Атомиздат, 1970). Данная технология имеет два основных недостатка: хлорид цезия является хорошо растворимым веществом и проявляет высокую коррозионную активность. Хорошая растворимость хлорида цезия существенно затрудняет возможность производить экологически безопасное хранение и захоронение отработавших источников.
Известна технология изготовления алюмофосфатного стекла, предлагаемого в качестве материала активной части изотопных источников (Алой А.С., Вишневский А.С., Кузнецов Б.С., и др. Включение концентратов цезия и мелкодисперсных пульп в стеклоподобные и керамические материалы // Атомная энергия - 1991. т.70). Данная технология имеет ряд существенных недостатков. Наиболее значимым является необходимость создания высоких (до 1100°С) температур в процессе варки стекла. Это приводит к значительному (до 5%) уносу цезия в газовую фазу. Второй недостаток недостаточно высокий процент включения цезия (до 40%) в стеклоподобную матрицу. Другой проблемой является сложность дозировки требуемого количества стекла в ампулу источника.
Известный материал цезий-ниобий-вольфрамовая керамика, предлагаемый в качестве материала активной части источников гамма-излучения (Клапшин Ю.П., Крюкова А.И. Радиоактивная керамика. - Патент. - RU 2000616 С. - Бюл. №33-36, 07.09.93) не технологичен в производстве, т.к. в процессе твердофазного синтеза происходит значительный унос цезия в газовую фазу (до 11%).
Наиболее близким к предлагаемому способу является синтез ортофосфата цезия-магния из твердых солей (А.В.Балуев, В.С.Митяхина, Б.И.Рогозев, и др. Способ фиксации цезия. - Патент SU 1389563). В соответствии с этим методом необходимо осуществить растирание стехиометрической смеси солей реагентов с соотношением Cs:Mg:P=1:1:1, затем провести термообработку в температурном диапазоне 700-1000°С. Недостатками способа являются наличие диспергирования в технологии синтеза и высокие температуры, приводящие к значительному (более 2%) уносу цезия в газовую фазу. Создание достаточно большой реакционной поверхности и высокой степени гомогенности смеси реагентов достигается за счет длительного диспергирования (растирания) солей, участвующих в твердофазной реакции. При работе с радиоактивными веществами диспергирование крайне не желательно, т.к. приводит к потерям реагентов (унос в виде радиоактивной пыли). Кроме того, твердофазный синтез не всегда гарантирует высокий выход конечного продукта из-за возможных конкурирующих реакций, что обуславливает высокую вероятность появления примесных фаз и снижения качества (ухудшения характеристик) матричного материала. В результате присутствия цезия в легко растворимых формах такой матричный материал не обеспечивает надежную фиксацию радионуклида.
В заявляемом способе предлагается получать ортофосфат цезия-магния из твердых солей реагентов путем двустадийного синтеза. Первая стадия процесса предполагает получение твердого цементоподобного компаунда на основе шестиводного кристаллогидрата ортофосфата цезия-магния с инкапсулированной фазой нитрата (или другой соли, в зависимости от исходных веществ) аммония. На второй стадии проводится обжиг в температурном диапазоне 500-700°С, при этом получают монофазный продукт состава CsMgPO4. Целью изобретения является исключение стадии диспергирования при получении фосфатного материала, обеспечение высокого выхода конечного продукта и понижение температуры синтеза до 700°С.
Заявляемый способ позволяет получить продукт аналогичного, в сравнении с прототипом, химического состава, но при этом предлагает более предпочтительную схему синтеза.
Синтез проводится в две стадии. В случае использовании солей цезия с однозарядной анионной частью, реакции могут быть представлены следующим образом:
Способ получения ортофосфата цезия-магния включает следующие этапы:
- приготовление сухой смеси исходных реагентов в мольном соотношении Cs:Mg:P=1:1:1;
- дозирование воды (в соответствии с реакцией (1), 5 моль воды на 1 моль реагента);
- перемешивание суспензии;
- синтез гидратированного цезий-магний фосфата в процессе отверждения;
- термообработка в температурном диапазоне 500-700°С в течение 4-8 часов;
- охлаждение до комнатной температуры;
- промывка цезий-магний фосфата водой либо разбавленным раствором азотной кислоты;
- сушка.
Полученный в виде порошка матричный материал дозируется в ампулу источника. При необходимости порошок может прессоваться с получением таблеток.
Ортофосфатная керамика, получаемая заявляемым способом, обладает высокой гидролитической устойчивостью, не испытывает химических и фазовых изменений при радиационном и тепловом воздействии, что позволяет производить экологически безопасное хранение и захоронение отработавших источников без дополнительных мер по иммобилизации цезия.
Заявляемый способ, в сравнении прототипом, имеет следующие существенные преимущества:
- не требует механоактивации (диспергирования) реагентов;
- не требует температур свыше 700°С, что исключает унос цезия в газовую фазу;
- обеспечивает приготовление материала удобного при расфасовке в ампулу источника;
- предлагает технологичную и экологически безопасную схему получения фосфатного материала.
Пример 1.
- В качестве реагентов предлагается использовать сухие соли нитрата цезия, оксид магния и дигидрофосфат аммония. Исходные составляющие смешиваются в пропорции, обеспечивающей мольное соотношение компонентов Cs:Mg:P=1:1:1. В сухую смесь дозируется вода в количестве, обеспечивающем синтез гексагидрата цезий-магний фосфата (5 моль воды на моль реагента). Полученная суспензия перемешивается в течение 5-20 минут для гомогенизации компонентов. В результате реакции образуется монолитный первичный матричный материал - гидратированный цезий магний фосфат (CsMgPO4·6H2O) с инкапсулированной фазой нитрата аммония.
Полученный материал дегидратируют и кальцинируют при температуре 650°С в течении 6 часов.
В результате синтеза получается высококристалличный продукт в виде порошка состава CsMgPO4.
Процесс синтеза и особенности фазообразования изучались с помощью методов дифференциального термического и рентгенофазового анализа. Конечный продукт, поликристаллический образец состава CsMgPO4, был испытан на химическую стойкость по методике, разработанной в соответствии с ГОСТ 29114 и ISO 6961. Скорость выщелачивания цезия лежит в пределах от 10-7 до 10-6 г/(см2·сут). Исследование устойчивости матричного материала к радиационному воздействию проводили, облучая образец гамма-излучением.
По результатам ИК-спектрального и рентгенофазового анализов облученный образец не претерпел химическую и фазовую деградацию.
Результаты проведенных исследований доказывают возможность достижения технического результата заявляемым способом.
Таким образом, предложенный способ получения материала активной части источника гамма-излучения позволяет синтезировать керамическую матрицу состава CsMgPO4, со степенью наполнения матрицы цезием до 53,5%, обладающую высокой химической и радиационной стойкостью по технологичной схеме, исключающей потери радиоактивного вещества.
название | год | авторы | номер документа |
---|---|---|---|
СПОСОБ ПОЛУЧЕНИЯ МАТЕРИАЛА АКТИВНОЙ ЧАСТИ ДЛЯ ИСТОЧНИКА ГАММА-ИЗЛУЧЕНИЯ | 2006 |
|
RU2316070C1 |
Наномодифицированный магнезиальный цемент | 2019 |
|
RU2720463C1 |
СПОСОБ ФИКСАЦИИ ЦЕЗИЯ | 1986 |
|
SU1389563A1 |
КОМПОЗИЦИОННЫЙ МАТЕРИАЛ ДЛЯ ИММОБИЛИЗАЦИИ ЖИДКИХ РАДИОАКТИВНЫХ ОТХОДОВ И СПОСОБ ЕГО ПРИМЕНЕНИЯ | 2011 |
|
RU2483375C2 |
СПОСОБ СТАБИЛИЗАЦИИ ЖИДКИХ ВЫСОКОСОЛЕВЫХ ВЫСОКОАКТИВНЫХ ОТХОДОВ | 2008 |
|
RU2381580C1 |
Стекло для активной части источников ионизирующего излучения на основе цезия-137 и метод формирования активной части источников излучения | 2020 |
|
RU2755517C1 |
ЦЕЗИЙСОДЕРЖАЩЕЕ РАДИОАКТИВНОЕ ВЕЩЕСТВО | 2004 |
|
RU2284067C2 |
СТЕКЛО ДЛЯ АКТИВНОЙ ЧАСТИ ИСТОЧНИКОВ ИОНИЗИРУЮЩЕГО ИЗЛУЧЕНИЯ НА ОСНОВЕ ЦЕЗИЯ-137 И СПОСОБ ЕГО ИЗГОТОВЛЕНИЯ | 2011 |
|
RU2479499C1 |
Способ иммобилизации жидких высокосолевых радиоактивных отходов | 2017 |
|
RU2645737C1 |
Способ получения тонкослойного ферроцианидсодержащего сорбента на основе фильтроперлита | 1990 |
|
SU1766489A1 |
Изобретение относится к области радиохимического производства, в частности к технологии изготовления материала активной части источников гамма-излучения на основе изотопов цезия. Предлагается способ синтеза ортофосфата цезия-магния из сухих солей реагентов, включающий стадии получения шестиводного кристаллогидрата и термообработки гидратированного соединения в температурном диапазоне 500-700°С. Изобретение позволяет синтезировать керамическую матрицу состава CsMgPO4, обладающую высокой химической и радиационной стойкостью по технологической схеме, исключающей потери радиоактивного вещества.
Способ получения материала активной части для источника гамма-излучения, заключающийся в синтезе поликристаллического CsMgPO4 путем термообработки стехиометрической смеси исходных веществ с мольным соотношением Cs:Mg:P=1:1:1, отличающийся тем, что на первой стадии синтеза получают шестиводный кристаллогидрат ортофосфата цезия-магния, на второй стадии полученный кристаллогидрат подвергают термообработке в температурном диапазоне 500-700°С.
СПОСОБ ФИКСАЦИИ ЦЕЗИЯ | 1986 |
|
SU1389563A1 |
СПОСОБ ФИКСАЦИИ ЦЕЗИЯ | 1985 |
|
SU1380163A1 |
СПОСОБ ПРИГОТОВЛЕНИЯ ЦЕЗИЕВЫХ ИСТОЧНИКОВ ГАММА-ИЗЛУЧЕНИЯ | 1997 |
|
RU2111563C1 |
US 3723140 А, 27.03.1973 | |||
Устройство для очистки ленты конвейера | 1986 |
|
SU1382780A1 |
Авторы
Даты
2008-02-27—Публикация
2006-07-17—Подача