Nga tổng hợp vật liệu để tái chế chất thải phóng xạ
Các chuyên gia của Trường đại học nghiên cứu hạt nhân quốc gia Nga (MEPhI) đã nâng cấp một phương pháp để tổng hợp các ô xít có thành phần và cấu trúc phức tạp (complex oxides).
Các nhà khoa học Nga đã tìm ra loại vật liệu mới này có thể dùng để làm các lớp vỏ chịu nhiệt của động cơ máy bay và turbine. Ảnh: Phòng thí nghiệm Khoa Vật lý chất rắn và các hệ thống nano (MEPhI). Nguồn: laplas.mephi.ru
Phương pháp này sẽ đem lại những tính năng ưu việt cho các vật liệu để trên cơ sở đó, người ta có thể tạo ra được những chất nền dùng trong tái chế chất thải phóng xạ và các lớp vỏ gốm chịu nhiệt. Các loại vật liệu mới này có thể dùng để làm các lớp vỏ chịu nhiệt của động cơ máy bay và turbine. Nghiên cứu mới được xuất bản trên tạp chí Journal of Alloys and Compounds.
Trong vài năm qua, các nhà khoa học đã nghiên cứu về hợp chất oxide phức hợp trong vật liệu Ln2O3-MO2, gồm các kim loại họ Lantan thuộc nhóm đất hiếm với một kim loại thuộc phân nhóm titan. Họ quan tâm đến hiệu ứng pha chuyển tiếp để dẫn đến sự biến đổi từ một hợp chất “có trật tự” thành một hợp chất “hỗn độn”. Hiệu ứng này giải quyết được vấn đề vị trí của nguyên tử bên trong các mạng tinh thể.
Theo quy tắc, công trình nghiên cứu cần cung cấp dữ liệu thu được trong suốt quá trình nghiên cứu về cấu trúc và đặc tính của hợp chất Ln2M2O7 ở dạng tinh thể, bằng việc sử dụng một phương pháp tổng hợp pha rắn nhiệt độ cao. Trong trường hợp này, các nhà nghiên cứu quan tâm đến quá trình chuyển tiếp của một hợp chất vô định hình thành một trạng thái kết tinh.
Theo các tác giả công trình, phương pháp này đã tạo ra điều không thể đó để thu thập dữ liệu về việc hình thành các cấu trúc tinh thể nano và sự tiến hóa của chúng.
Các nhà nghiên cứu MEPhI đã dùng phương pháp tổng hợp khác trên cơ sở đốt một tiền chất vô định hình của những chất liệu tương lai thu được bằng kết tủa dung dịch muối kim loại tại nhiệt độ khác.
Giáo sư Alexei Menushenkov tại Khoa Vật lý chất rắn và các hệ thống nano (MEPhI), giải thích: “Lần đầu tiên, chúng tôi quan sát quá trình thay đổi của nguyên tử và cấu trúc điện tử của các hợp chất oxide phức hợp kể trên trong suốt quá trình tiến hóa cũng như tiến hóa của vật liệu vô định hình thành các cấu trúc tinh thể và tinh thể nano. Chúng tôi đã chứng minh quang phổ hấp thụ tia X và quang phổ phân tán kết hợp dễ ảnh hưởng đến cấu trúc nguyên tử và cấu trúc điện tử trong các hợp chất oxide phức hợp, phụ thuộc vào kiểu của các nguyên tố hiếm và các phương pháp chuẩn bị”.
Việc dùng cách nghiên cứu độc đáo và kết hợp nhiều các phương pháp đã trở thành một khía cạnh quan trọng của công trình này. Các nhà khoa học dùng phương pháp hấp thụ tia X và nhiễu xạ tia X (bao gồm cả phóng xạ synchrotron), phương pháp quang phổ phân tán kết hợp và quang phổ hồng ngoại, kính hiển vi điện tử quét tia X với chức năng phân tích tán sắc năng lượng và phân tích trọng lượng nhiệt.
Sự kết hợp của các phương pháp phức tạp và tốn kém nhiều kinh phí này đem lại cho các nhà nghiên cứu dữ liệu về chất liệu với sự thay đổi các cấu trúc các ion mang điện tích dương và âm của nó. Họ đã sử dụng các phương pháp EXAFS và XANES để nghiên cứu những thay đổi trong hạt nhân và cấu trúc electron trên thiết bị BM08 (LISA) của Trung tâm Phóng xạ Synchrotron châu Âu (ESRF) tại Grenoble, Pháp – một cơ sở nghiên cứu được vận hành trên cơ sở đóng góp của 22 quốc gia, trong đó có Nga), mỗi năm quy tụ khoảng 8.000 nhà khoa học, thực hiện 2.000 thực nghiệm, xuất bản 1.800 công bố. Tham gia dự án mang tên HC-3039 tại đây, nhóm nghiên cứu của Menushenkov đã có cơ hội sử dụng các máy phát chùm tia năng lượng cao.
Theo đánh giá của nhóm nghiên cứu, các kết quả của dự án này đóng vai trò quan trọng trong nghiên cứu cơ bản và phát triển nhiều ứng dụng khác nhau trên cơ sở tối ưu hóa đặc tính của các hợp chất oxide phức hợp. Các vật liệu gốm mới có thể được sử dụng làm những lớp vỏ chịu nhiệt, các chất nền để tái chế chất thải phóng xạ và cho các nguyên tố nhiên liệu ở trạng thái rắn cũng như tạo ra các vật liệu hấp thụ neutron trong các lò phản ứng hạt nhân.
Anh Vũ dịch
Nguồn: https://sputniknews.com/science/201805141064431398-radioactive-waste-physicists/
