Ученые Российской академии наук провели исследование боросиликатных стекол. Подобные материалы критически важны для конструкций, изолирующих радиоактивные отходы (РАО). Исследование позволит прогнозировать поведение стекол и, воздействуя на кристаллизацию расплавов, создавать надежные системы утилизации РАО.
Цезий — это один из самых опасных продуктов распада урана и плутония. Для надежной изоляции этих отходов часто используется боросиликатное стекло, однако со временем оно может подвергаться кристаллизации, что изменяет его структуру и снижает эффективность удержания радионуклидов. Поэтому изучение процессов кристаллизации и структуры при фазовом разделении сложных стекломатериалов имеет важное значение как с теоретической, так и с практической точки зрения.
Ученые создали образцы стекла, варьируя в них количество цезия и натрия, и затем подвергли их нагреванию по разным схемам. Чтобы выяснить, произошло ли образование кристаллов, а также понять, как они устроены и какими свойствами обладают, были использованы такие методы как рентгеновское излучение, электронные микроскопы, рамановская спектроскопия и анализ изменения температуры. Благодаря всестороннему исследованию, удалось впервые детально разобраться в структуре и особенностях вновь образовавшихся веществ.
Благодаря проведенным исследованиям, удалось получить несколько упорядоченных соединений цезия. Они образовывались, когда стеклянные образцы, содержащие цезий, повторно плавили, а затем медленно остужали до 600 °C.
Одно из полученных соединений — боросиликат цезия, который по составу напоминает лейцит (кубический CsBSi₂O₆). Его структуру детально изучили и выяснили, что при таком способе получения он образуется в форме, не обладающей симметрией относительно центра (нецентросимметричной).
Другое найденное соединение — орторомбический Cs₂B₂Si₃O₁₀ — оказалось новым. Это первый представитель особого типа химических веществ, имеющих каркасную структуру, схожую со структурой цеолитов. Кроме того, впервые были записаны рамановские спектры этих соединений. Они наглядно демонстрируют, как именно колеблются атомы в различных группах, образующих кольцевые структуры в боросиликатах.
Эта работа дает новые перспективы для создания стеклокерамических материалов, способных эффективно и надежно удерживать радиоактивные элементы. Кроме того, результаты исследования помогут лучше понимать, как могут изменяться свойства уже имеющихся стеклообразных материалов.
В исследовании приняли участие сотрудники лаборатории кристаллохимии Института геохимии и аналитической химии им. В. И. Вернадского, Южно-Уральского федерального научного центра минералогии и геоэкологии Уральского отделения и Института геологии и минералогии им. В. С. Соболева Сибирского отделения РАН.
Ранее Наука Mail сообщала, что китайские ученые научились производить резину и пластик без нефти.
