Разработан безопасный материал для «атомных батареек»

Исследователи из Школы естественных наук ДВФУ вместе с коллегами из Института химии ДВО РАН разработали новый материал для безопасного обращения с радионуклидом стронция-90 (⁹⁰Sr) в автономной морской энергетике, в частности в «атомных батарейках». Материал изготовлен методом импульсного плазменного спекания под высоким давлением, отвечает требованиям к отвержденным радиоактивным отходам, поэтому может служить надежным радиоактивным источником автономного электропитания для навигационного оборудования и метеостанций Северного морского пути. Статья опубликована в журнале Nuclear Engineering and Technology.

Стабильная пропускная способность и точность навигации на Северном морском пути может быть гарантирована сетью автономных морских навигационных устройств, работающих на «атомных батарейках» — радиационных источниках тока (РИТах). Наиболее перспективны РИТ-90 — элементы на основе высокоэнергетического радионуклида стронций-90. Тепловая энергия его радиоактивного распада преобразуется термоэлектрогенераторами в электрическую. Ученые ДВФУ и ДВО РАН создали керамический материал с высокой механической прочностью, микротвердостью и термоустойчивостью, который необходим для безопасного, без угрозы загрязнения окружающей среды, размещения активных зон со стронцием-90.

«РИТ-90 — закрытый источник ионизирующего излучения, где в качестве активной композиции применяют стронциевое боросиликатное стекло (⁹⁰SrTiO₃), не идеальный материал-кандидат, поскольку он подвержен витрификации с последующим механическим разрушением. Несмотря на защиту капсулы с активной зоной от внешних воздействий, сложившаяся система обращения с РИТ-90 не гарантирует физической защиты РИТ-элемента. Авария, несанкционированное извлечение или террористический акт могут привести к разрушению активной зоны РИТ, выбросу ⁹⁰Sr в окружающую среду, в том числе в морскую воду. Радионуклид таким образом может быть вовлечен в пищевую цепочку "донные микроорганизмы — водоросли — рыба". Разработанная ДВФУ и ДВО РАН композиция керамической матрицы надежно защищает активную зону со стронцием-90, что бы ни случилось», — подчеркивает один из авторов работы, директор Школы естественных наук ДВФУ Иван Тананаев.

В ходе создания систем ученые использовали метод реакционного искрового плазменного спекания и получили устойчивую композицию керамической матрицы, которая надежно защищает активную зону со стронцием-90. Матрица способна «удерживать» радиацию даже в случае аварии и попадания РИТ-элемента в объекты окружающей среды, в том числе в пресную и морскую воду. Методика позволяет сохранить микрозеренную структуру итогового материала, его высокую твердость, прочность и низкую скорость выщелачивания радионуклида в средах с различной кислотностью.