Микроструктурный анализ стекла, предназначенного для локализации радиоактивных отходов, методами комбинационного рассеяния света и ИК-Фурье-спектроскопии

Исследованы структурные изменения в молибденовых стеклах с содержанием Cs₂O 0.3–0.6 мас.%, предназначенных для локализации радиоактивных отходов. Синтез стекол проведен

методом двойного плавления при 1380 °C с последующим отжигом при 600 °C. Неодим – симулятор актинида. Физические и микроструктурные свойства стекол охарактеризованы с помощью различных спектроскопических методов. Геометрическая плотность стекол 1.96–2.75 г/см³. Рентгеноструктурный анализ показывает аморфные особенности со следами кристаллических зародышей, идентифицированных как фаза повеллита CaMoO₄, которые образуются во время охлаждения стекла. ИК-Фурье-анализ выявляет основные химические связи в стеклах: Si-O-Si и O-Si-O в SiO₄, B-O-B в BO3 и Al-O-Al в AlO₄. Добавление Cs₂O увеличивает скорость полимеризации стекла, а затем снижает количество атомов кислорода без мостикового соединения. КР-спектроскопический анализ выявляет полосы поглощения MoO₄^2– в CaMoO₄. Окружающая среда Mo изменяется при добавлении Cs₂O в стекло, о чем свидетельствуют смещения полос поглощения при 319, 792 и 844 см^–1. Полоса поглощения при 700 см^–1, приписываемая удлинению SiO⁴ и AlO⁴, ослабеваетпри содержании Cs²O 0.4 и 0.6 % и сдвигается до 680–900 см^–1 из-за высокого содержания в стекле Мо, однако с ростом содержания Cs₂O увеличивается по интенсивности, нарушая щелочные позиции Са и Na. Cs остается растворимым в стекле. Таким образом, небольшое увеличение содержания Cs₂O ингибирует фазовое разделение молибдатов Na и Ca. Анализ стекол не показывает особых изменений валентностей лантаноидов, которые находятся в степени окисления +III. Добавление Cs₂O в стеклянную сетку такого вида остается проблемой согласованности ее микроструктуры. При этом ~0.6 мас.% Cs2O включено в сетку стекла без сегрегации фаз Cs₂O.

1. O. Méplan, A. Nuttin. La Gestion des Déchets Nucléaires. Images de la Physique, Ed. Orsay, France, 9–17 (2006).

2. Le Сonditionnement des Déchets Nucléaires, Rapport CEA, CEA, France, 27–70 (2016).

3. D. Caurant, I. Bardez, P. Loiseau, J. Mater. Sci., 42, 10203–10218 (2007).

4. E. R. Vance, J. Davis, K. Olufson, D. J. Gregg, M. G. Blackford, G. R. Griffiths, I. Farnan, J. Sullivan, D. Sprouster, C. Campbell, J. Hughes, J. Nucl. Mater., 448, 325–329 (2014).

5. Philips X’pert High Score Package, diffraction Data CD-ROM, International center for diffraction Data, Newtown Square, PA (2004).

6. A. Quintas, Etude de la structure et du comportement en cristallisation d’un verre nucléaire d’aluminoborosilacate de terre rare, PhD Thesis, Pierre and Marie Curie University, Paris VI, France (2007).

7. N. Chouard, D. Caurant, O. Majerus, J. L. Dussossoy, S. Klimin, D. Pytalev, R. Baddour-Hadjean, J. P. Pereira-Ramos, J. Mater. Sci., 50, 219–241 (2015).

8. P. K. Ojha, S. K. Rath, T. K. Chongdar, N. M. Gokhale, A. R. Kulkarni, New J. Glass Ceram., 1, 21–27 (2011).

9. E. Kashchieva, I. Petrov, L. Aleksandrov, R. Iordanova, Y. Dimitriev, Phys. Chem. Glasses-B, 53, 264–270 (2012).

10. C. R. Gautam, A. Kumar Yadav, OPJ, 3, 1–7 (2013).

11. C. Gautam, A. K. Yadav, A. K. Singh, ISRN Ceram., 2012, 17 (2012).

12. D. R. Neuville, L. Cormier, B. Boizot, A.-M. Flank, J. Non-Cryst. Solids, 323, 207–213 (2003).

13. Ph. Colomban, J. Corset, J. Raman Spectrosc., 30, 863–866 (1999).

14. F. Angeli, J. M. Delaye, T. Charpentier, J. C. Petit, D. Ghaleb, P. Faucon, J. Non-Cryst. Solids, 276, 132–134 (2000).

15. N. Ollier, T. Charpentier, B. Boizot, G. Wallez, D. Ghaleb, J. Non-Cryst. Solids, 341, 26–34 (2004).

16. T. Schaller, J. F. Stebbins, M. C. Wilding, J. Non-Cryst. Solids, 243, 146–157 (1999).

17. K. Brinkman, K. Fox, J. Marra, J. Reppert, J.Crum, M. Tang, J. Alloys Compd., 551, 136–142 (2013).

18. N. Chouard, Structure, stabilité thermique et résistance sous irradiation externe de verres aluminoborosilacates riches en terres rares et en molybdène, PhD Thesis, Pierre and Marie Curie University-Paris VI, France (2011).

19. A. B. Corradi, V. Cannillo, M. Montorsi, C. Siligardi, A. N. Cormack, J. Non-Cryst. Solids, 351, 1185–1191 (2005).