莫非我們正身處某個(gè)玻璃生產(chǎn)廠之中嗎?這些玻璃怎么不像平時(shí)見(jiàn)到的那樣晶瑩透亮呢?

圖源 國(guó)家原子能機(jī)構(gòu)

這些暗色的“玻璃塊”可不是質(zhì)量不佳的玻璃，而是包裹了放射性物質(zhì)的玻璃固化產(chǎn)品，是一種安全穩(wěn)定處置高放核廢料的方式。近日，原子能院的一項(xiàng)科研成果為這些“玻璃塊”的工藝優(yōu)化提供了思路。

玻璃固化配方設(shè)計(jì)及性能計(jì)算模型界面

這是原子能院放射化學(xué)研究所 “核廢料玻璃固化中關(guān)鍵元素行為”研究項(xiàng)目自主研發(fā)設(shè)計(jì)的玻璃固化配方設(shè)計(jì)及性能計(jì)算模型，為玻璃固化熔制工藝控制和配方設(shè)計(jì)提供了有力的理論和模型計(jì)算支持。

玻璃固化是將高放廢液中放射性廢物進(jìn)行包容處理的重要手段。將放射性廢液和基礎(chǔ)玻璃料以一定的比例加入高溫熔爐，經(jīng)過(guò)澄清和熔融后，廢液中的放射性核素進(jìn)入玻璃料的網(wǎng)格結(jié)構(gòu)，和熔融的玻璃料形成統(tǒng)一的玻璃熔體;將玻璃熔體澆注進(jìn)產(chǎn)品容器后冷卻固化，就可以獲得一個(gè)完整的實(shí)心“玻璃塊”，放射性核素也被包裹其中，實(shí)現(xiàn)了放射性核素的安全處置。由于廢液中含有不同的放射性核素，在加入熔爐時(shí)需要配合不同配方的基礎(chǔ)玻璃料，以保證包容成型的玻璃固化體能夠滿足長(zhǎng)期處置的安全評(píng)價(jià)要求。

過(guò)程中由于放射性廢液里過(guò)渡金屬含量較高，導(dǎo)致玻璃熔體極易形成析晶或熔體粘度增加，從而影響出料工藝;同時(shí)，隨著燃耗升高，高放廢液中鑭系元素、過(guò)渡金屬以及裂片元素的含量也會(huì)隨之增加，從而影響玻璃固化熔制工藝進(jìn)程。這些問(wèn)題對(duì)于玻璃固化配方設(shè)計(jì)提出了挑戰(zhàn)，是實(shí)現(xiàn)玻璃固化工程設(shè)施長(zhǎng)期穩(wěn)定運(yùn)行所必須解決的重要問(wèn)題。

為此，放射化學(xué)研究所研究團(tuán)隊(duì)針對(duì)高放廢液中的Fe(鐵)、Ni(鎳)、Cr(鉻)、Al(鋁)等主要組分進(jìn)行了配方設(shè)計(jì)和玻璃固化樣品性能測(cè)試，成功獲得相應(yīng)的硼硅酸鹽玻璃固化配方及性能分析數(shù)據(jù)。圍繞Nd(釹)、Ce(鈰)、Zr(鋯)、Mo(鉬)等元素不同添加量對(duì)玻璃固化熔體熔融反應(yīng)速率、高溫粘度、高溫電阻率、液相溫度、析晶溫度的影響，團(tuán)隊(duì)也開(kāi)展了相關(guān)研究并獲得影響數(shù)據(jù)。針對(duì)易揮發(fā)元素Cs(銫)，研究團(tuán)隊(duì)從熔制溫度、熔制時(shí)間、熔體組成等方面進(jìn)行了研究，成功獲得影響其揮發(fā)行為的數(shù)據(jù)。基于上述實(shí)驗(yàn)的開(kāi)展和數(shù)據(jù)的獲取，原子能院初步建成玻璃固化配方設(shè)計(jì)及性能計(jì)算模型。

玻璃熔制反應(yīng)樣品對(duì)比圖

在原子能院長(zhǎng)期基礎(chǔ)研究專項(xiàng)的支持下，放射化學(xué)研究所建立了玻璃固化關(guān)鍵元素行為研究方法，推進(jìn)了院核廢料玻璃固化關(guān)鍵元素行為基礎(chǔ)平臺(tái)建設(shè)，并培養(yǎng)了一批青年科研人才，進(jìn)一步完善了放射性廢物處理處置學(xué)科布局，健全了專業(yè)體系。未來(lái)，研究團(tuán)隊(duì)將繼續(xù)開(kāi)展對(duì)玻璃固化過(guò)程中關(guān)鍵元素?fù)]發(fā)、析晶等行為的理論研究，進(jìn)一步完善玻璃固化配方設(shè)計(jì)及性能計(jì)算軟件功能，切實(shí)為高放廢液玻璃固化工程“排憂解難”。