Доповнена модель еволюції мікроструктури чорнобильських лав
DOI:
https://doi.org/10.15407/ujpe71.7.616Ключові слова:
лавоподiбнi паливовмiснi матерiали, модель еволюцiї, мiкроструктура, фiзичнi та хiмiчнi процеси, прогноз, кристалiзацiя, радiацiйно-стимульоване фазоутворення, окислення, комплекс конфайнмента й об’єкта “Укриття”, методичнi й технологiчнi пiдходиАнотація
Модель еволюції мікроструктури Чорнобильських “лав” (або лавоподібних паливовмісних матеріалів, ЛПВМ) 4-го блоку Чорнобильської АЕС оновлено з урахуванням нових даних щодо чорної кераміки. Зараз ЛПВМ є багатофазними матеріалами: включення кристалічних фаз (які містять і не містять уран) перебувають у силікатній склофазі, яка містить газові пори, тріщини й нанорозмірні порові канали. ЛПВМ мають відкриту пористість. Підтверджено й уточнено параметри трьох із дев’яти відомих раніше фізичних і хімічних процесів, які відбуваються в коричневій кераміці: окиснення, радіаційностимульоване фазоутворення й кристалізація. Ідентифіковано ще один новий хімічний процес — синтез оксигідроксиду, який не містить урану. Додано нову стадію еволюції мікроструктури. Переглянуто тривалості стадій. Надано оновлений прогноз стану й поведінки ЛПВМ. У майбутньому група фізичних і хімічних процесів, які послідовно відбуваються один за одним у коричневій кераміці й стосуються включень оксиду урану, вже не буде істотно впливати на мікроструктуру чорної кераміки. У найближчі роки руйнування ЛПВМ буде малим або його зовсім не буде. Підтверджено, що в середньостроковій перспективі можливе руйнування ЛПВМ, підтверджено його терміни й розміри частинок, які можуть утворюватися в результаті руйнування ЛПВМ. У віддаленій перспективі поведінка ЛПВМ (як коричневої, так і чорної кераміки) буде визначатися процесом кристалізації силікатної склофази. Кристалізація кількох кристалічних фаз найвірогідніше буде сповільнювати кристалізацію склофази в цілому. Розглянуто методичні й технологічні підходи до поводження з ЛПВМ.
Посилання
1. B.E. Burakov, E.B. Anderson, S.I. Shabalev, E.E. Strykanova, S.V. Ushakov, M. Trotabas, J.-Y. Blanc, P. Winter, J. Duco. The behavior of nuclear fuel in first days of the chernobyl accident. MRS Proc. 465, 1297 (1996).
https://doi.org/10.1557/PROC-465-1297
2. S.V. Ushakov, B.E. Burakov, S.I. Shabalev, E.B. Anderson. Interaction of UO2 and zircaloy during the chernobyl accident. MRS Proc. 465, 1313 (1996).
https://doi.org/10.1557/PROC-465-1313
3. E.B. Anderson, B.E. Burakov, E.M. Pazukhin. High-uranium zircon from "Chernobyl Lavas". Radiochim. Acta 60, 149 (1993).
https://doi.org/10.1524/ract.1993.60.23.149
4. E.M. Pazukhin. Lava-like fuel-containing masses of 4th unit of Chernobyl NPP: Topography, physical-chemical properties, scenario of formation. Radiochemistry 36, 97 (1994).
5. A.A. Shiryaev, I.E. Vlasova, B.E. Burakov, B.I. Ogorodnikov, V.O. Yapaskurt, A.A. Averin, A.V. Pakhnevich, Y.V. Zubavichus. Physico-chemical properties of Chernobyl lava and their destruction products. Prog. Nucl. Energy 92, 104 (2016).
https://doi.org/10.1016/j.pnucene.2016.07.001
6. S.A. Bogatov, A.A. Borovoi, S.L. Gavrilov, A.S. Lagunenko, E.M. Pazukhin, V.A. Khvoshchinskiia. Database on location and status of nuclear fuel at unit - 4 of Chernobyl NPP before and after the accident. Preprint of RRC "Kurchatov Institute" No. 130-11/2, 1 (2007).
7. B.E. Burakov, E.E. Strykanova, E.B. Anderson. Secondary uranium minerals on the surface of Chernobyl "lava". MRS Proc. 465, 1309 (1996).
https://doi.org/10.1557/PROC-465-1309
8. A.A. Shiryaev, B.E. Burakov, I.E. Vlasova, M.S. Nickolsky, A.A. Averin, A.V. Pakhnevich. Study of mineral grains extracted from the Chernobyl "lava". Mineral. Petrol. 114, 489 (2020).
https://doi.org/10.1007/s00710-020-00718-8
9. S.V. Gabielkov, A.V. Nosovskiy, V.N. Shcherbin. Model of degradation of lava-like fuel-containing materials of the "Shelter". Probl. Nucl. Power Plant Saf. Chornobyl 26, 75 (2016).
10. S.V. Gabielkov, I.V. Zhyganiuk, V.G. Kudlai, A.V. Nosovsky, P.E. Parkhomchuk, S.O. Chikolovets, V.M. Shcherbin. Phase composition of brown ceramics of lava-like fuel-containing materials of the object "shelter" ChNPP. Nucl. Phys. At. Energy 20, 388 (2019).
https://doi.org/10.15407/jnpae2019.04.388
11. S.V. Gabielkov, I.V. Zhyganiuk. The updated model of microstructure evolution in lava-like fuel-containing materials in Unit 4 of Chornobyl NPP. Brown ceramics. Ukr. J. Phys. 66, 348 (2021).
12. S.V. Gabielkov, I.V. Zhyganiuk, V.V. Dolin, A.D. Skorbun, V.G. Kudlai, P.E. Parkhomchuk, V.M. Slyvinsky, S.O. Chikolovets. Phase composition of lava-like fuel-containing materials of Unit 4 of the Chornobyl NPP. Black ceramics. J. Nucl. Mater. 579, 154392 (2023).
https://doi.org/10.1016/j.jnucmat.2023.154392
13. B.E. Burakov, E.B. Anderson, B.Y. Galkin, E.M. Pazukhin, S.I. Shabalev. Study of chernobyl "hot" particles and fuel containing masses: Implications for reconstructing the initial phase of the accident. Radiochim. Acta 65, 199 (1994).
https://doi.org/10.1524/ract.1994.65.3.199
14. S.V. Gabielkov, O.O. Kliuchnykov, Y.Y. Oliynyk, P.E. Parkhomchuk, G.F. Chemersky, V.M. Shcherbin. Nanosized pore channels as a component of pore space of lava-like fuel-containing materials of "Ukryttya" object. Probl. Nucl. Power Plants Saf. Chornobyl 22, 70 (2014).
15. S.V. Gabielkov, O.O. Kliuchnykov, P.E. Parkhomchuk, G.F. Chemersky. The nature of the formation of nanoscale pore channels lava-like fuel-containing materials of the object "Shelter". Probl. At. Sci. Technol. 96, 77 (2015).
16. Y.A. Teterin, A.S. Baev, S.A. Bogatov. X-ray photoelectron study of samples containing reactor fuel from "lava" and products growing on it which formed at Chernobyl NPP due to the accident. J. Electron Spectros. Relat. Phenomena 68, 685 (1994).
https://doi.org/10.1016/0368-2048(94)02173-2
17. I. Vlasova, A. Shiryaev, B. Ogorodnikov, B. Burakov, E. Dolgopolova, R. Senin, A. Averin, Y. Zubavichus, S. Kalmykov. Radioactivity distribution in fuel-containing materials (Chernobyl "lava") and aerosols from the Chernobyl "Shelter". Radiat. Meas. 83, 20 (2015).
https://doi.org/10.1016/j.radmeas.2015.06.005
18. B.E. Burakov. Lava-like materials formed and solidified during Chernobyl accident. Comprehensive Nuclear Materials, 525 (2020).
https://doi.org/10.1016/B978-0-12-803581-8.11686-8
19. M.I. Lönartz, P. Pöml, J.-Y. Colle, D. Manara, B.E. Burakov. Characterization of black and brown Chernobyl "Lava" matrices: The formation process reviewed. Prog. Nucl. Energy 163, 104796 (2023).
https://doi.org/10.1016/j.pnucene.2023.104796
20. H. Ding, M.C.D. Wilkins, C. Gausse, L.M. Mottram, S. Sun, M.C. Stennett, D. Grolimund, R. Tappero, S. Nicholas, N.C. Hyatt, C.L. Corkhill. Safely probing the chemistry of Chernobyl nuclear fuel using micro-focus X-ray analysis. J. Mater. Chem. A 9, 12612 (2021).
https://doi.org/10.1039/D0TA09131F
21. S.T. Barlow, D.J. Bailey, A.J. Fisher, M.C. Stennett, C. Gausse, H. Ding, V.A. Krasnov, S.Y. Sayenko, N.C. Hyatt, C.L. Corkhill. Synthesis, characterisation and corrosion behaviour of simulant Chernobyl nuclear meltdown materials. npj Mater. Degrad. 4, 3 (2020).
https://doi.org/10.1038/s41529-020-0108-z
22. H. Ding, M.C.D. Wilkins, L.M. Mottram, L.R. Blackburn, D. Grolimund, R. Tappero, S.L. Nicholas, S. Sun, C.L. Corkhill, N.C. Hyatt. Chemical state mapping of simulant Chernobyl lava-like fuel containing material using micro-focused synchrotron X-ray spectroscopy. J. Synchrotron Radiat. 28, 1672 (2021).
https://doi.org/10.1107/S1600577521007748
23. J. Plášil, V. Petríček, R. Škoda, N. Meisser, A.V. Kasatkin. Hidden and apparent twins in uranyl-oxide minerals agrinierite and rameauite: A demonstration of metric and reticular merohedry. J. Appl. Crystallogr. 54, 1656 (2021).
https://doi.org/10.1107/S1600576721009663
24. C.A. Schacht. Refractories Handbook (CRC Press, 2004).
https://doi.org/10.1201/9780203026328
25. S.I. Shabalev, B.E. Burakov, E.B. Anderson. General classification of "hot" particles from the nearest Chernobyl contaminated areas. MRS Symp. Proc. 465, 1343 (1997).
https://doi.org/10.1557/PROC-465-1343
26. S.V. Gabielkov, V.V. Dolin, I.V. Zhyganiuk, O.V. Zubko, V.O. Krasnov, V.G. Kudlay, P.E. Parkhomchuk, B.S. Savchenko, S.O. Chikolovets. Parameters optimization of electrokinetic processes in the pore space of lava-like fuel-containing materials. INUDECO 2022 (2022).
27. S. Gin, P. Jollivet, M. Tribet, S. Peuget, S. Schuller. Radionuclides containment in nuclear glasses: An overview. Radiochim. Acta 105, 927 (2017).
https://doi.org/10.1515/ract-2016-2658
28. W.J. Weber, R.C. Ewing, C.R.A. Catlow, T.D. de la Rubia, L.W. Hobbs, C. Kinoshita, Hj. Matzke, A.T. Motta, M. Nastasi, E.K.H. Salje, E.R. Vance, S.J. Zinkle. Radiation effects in crystalline ceramics for the immobilization of high-level nuclear waste and plutonium. J. Mater. Res. 13, 1434 (1998).
https://doi.org/10.1557/JMR.1998.0205
29. J. McCloy, N. Washton, P. Gassman, J. Marcial, J. Weaver, R. Kukkadapu. Nepheline crystallization in boron-rich alumino-silicate glasses as investigated by multi-nuclear NMR, Raman, Mössbauer spectroscopies. J. Non-Cryst. Solids 409, 149 (2015).
https://doi.org/10.1016/j.jnoncrysol.2014.11.013
30. J.S. McCloy, A. Gloel. Glass-ceramics for nuclear-waste immobilization. MRS Bull. 42, 233 (2017).
Завантаження
Опубліковано
Номер
Розділ
Ліцензія
Ліцензійний Договір
на використання Твору
м. Київ, Україна
Відповідальний автор та співавтори (надалі іменовані як Автор(и)) статті, яку він (вони) подають до Українського фізичного журналу, (надалі іменована як Твір) з одного боку та Інститут теоретичної фізики імені М.М. Боголюбова НАН України в особі директора (надалі – Видавець) з іншого боку уклали даний Договір про таке:
1. Предмет договору.
Автор(и) надає(ють) Видавцю безоплатно невиключні права на використання Твору (наукового, технічного або іншого характеру) на умовах, визначених цим Договором.
2. Способи використання Твору.
2.1. Автор(и) надає(ють) Видавцю право на використання Твору таким чином:
2.1.1. Використовувати Твір шляхом його видання в Українському фізичному журналі (далі – Видання) мовою оригіналу та в перекладі на англійську (погоджений Автором(ами) і Видавцем примірник Твору, прийнятого до друку, є невід’ємною частиною Ліцензійного договору).
2.1.2. Переробляти, адаптувати або іншим чином змінювати Твір за погодженням з Автором(ами).
2.1.3. Перекладати Твір у випадку, коли Твір викладений іншою мовою, ніж мова, якою передбачена публікація у Виданні.
2.2. Якщо Автор(и) виявить(лять) бажання використовувати Твір в інший спосіб, як то публікувати перекладену версію Твору (окрім випадку, зазначеного в п. 2.1.3 цього Договору); розміщувати повністю або частково в мережі Інтернет; публікувати Твір в інших, у тому числі іноземних, виданнях; включати Твір як складову частину інших збірників, антологій, енциклопедій тощо, то Автор(и) мають отримати на це письмовий дозвіл від Видавця.
3. Територія використання.
Автор(и) надає(ють) Видавцю право на використання Твору способами, зазначеними у п.п. 2.1.1–2.1.3 цього Договору, на території України, а також право на розповсюдження Твору як невід’ємної складової частини Видання на території України та інших країн шляхом передплати, продажу та безоплатної передачі третій стороні.
4. Строк, на який надаються права.
4.1. Договір є чинним з дати підписання та діє протягом усього часу функціонування Видання.
5. Застереження.
5.1. Автор(и) заявляє(ють), що:
– він/вона є автором (співавтором) Твору;
– авторські права на даний Твір не передані іншій стороні;
– даний Твір не був раніше опублікований і не буде опублікований у будь-якому іншому виданні до публікації його Видавцем (див. також п. 2.2);
– Автор(и) не порушив(ли) права інтелектуальної власності інших осіб. Якщо у Творі наведені матеріали інших осіб за виключенням випадків цитування в обсязі, виправданому науковим, інформаційним або критичним характером Твору, використання таких матеріалів здійснене Автором(ами) з дотриманням норм міжнародного законодавства і законодавства України.
6. Реквізити і підписи сторін.
Видавець: Інститут теоретичної фізики імені М.М. Боголюбова НАН України.
Адреса: м. Київ, вул. Метрологічна 14-б.
Автор: Електронний підпис від імені та за погодження всіх співавторів.
.png){kind=small}
