OPUS 25 nr umowy UMO-2023/49/B/ST4/04068
Tytuł projektu: Projektowanie, synteza i zastosowanie heterometalicznych alkoksylanów do immobilizacji odpadów radioaktywnych w materiałach ceramicznych i szkło-ceramicznych.
Kierownik projektu: prof. dr hab. Piotr Sobota
Dofinansowanie: 2 130 364,00 PLN
Okres realizacji: od 2024-10-01 do 2027-09-30
Opis projektu: Celem niniejszego projektu jest opracowanie nowych, efektywnych, wysoce wydajnych i opłacalnych ekonomicznie metod immobilizacji odpadów radioaktywnych poprzez ich wbudowanie i unieruchomienie w skali atomowej, w trwałych matrycach krystalicznych lub częściowo krystalicznych. Wzorując się na występujących w naturze minerałach takich jak perowskit CaTiO3, cyrkonolit CaZrTi₂O₇, kalcyryt Ca2Zr5Ti2O16, tausonit SrTiO3 czy zeolity, które zbudowane są z połączenia jonów \ Ca2+/Sr2+/Ba2+ i Ti4+/Zr4+ lub Al3+ i Ca2+ zaprojektowano heterometaliczne prekursory molekularne do wytwarzania matryc immobilizujących odpady radioaktywne. Ponieważ bezpieczna i skuteczna neutralizacja odpadów promieniotwórczych wymaga zastosowania matryc o ściśle określonych właściwościach fizykochemicznych, mechanicznych, stabilności i odporności na różne warunki otoczenia (temperatura, promieniowanie, ciśnienie, kwasowość/zasadowość) do ich wytwarzania wykorzystamy komponenty, których formę końcową będziemy kształtować za pomocą odpowiednio zaprojektowanego heterometalicznego prekursora. Heterometaliczne klastry zbudowane z dwóch różnych jonów metali i dodatkowych ligandów zawierających atomy B, Si lu P tworzą zdefiniowany na poziomie molekularnym motyw M–O–M′ lub M–O–M′–O–B(Si, P), który po usunięciu lotnych związków organicznych przekształcony jest w materiał ceramiczny lub szkło-ceramiczny. Podstawowym celem proponowanych badań jest opracowanie wysoce wydajnych metod unieruchamiania odpadów promieniotwórczych poprzez ich związanie i wbudowanie w matrycę, która pozostanie stabilna przez wiele tysięcy lat. Istotnym aspektem tego projektu jest znalezienie zależności pomiędzy strukturą prekursora, a postacią matrycy zawierającej związane radionuklidy. Wyniki te będą niezbędne do określenia wpływu struktury prekursora na morfologię i właściwości formowanych materiałów kompozytowych, pozwalając na określenie zmiennych niezbędnych do skutecznej immobilizacji odpadów promieniotwórczych. Informacje te posłużą do znalezienia korelacji między strukturą prekursorów, a właściwościami materiałowymi matrycy. Badania laboratoryjne HLW są niemożliwe do przeprowadzenia ze względu na ich wysoką radioaktywność, dlatego jony lantanowców (Ln3+/Ln4+) będą stosowane jako mimetyki transuranowców tj. Am3+, Cm3+, Pu4+ lub Np4+. Inne radionuklidy krótko- lub długożyciowe, takie jak 135,137Cs+, 87Rb+, 90Sr2+, 93Zr4+ lub 129I będą symulowane przez ich stabilne izotopy. Wbudowanie modelowych elementów HLW do matryc ceramicznych lub szkło-ceramicznych doprowadzi do powstania materiałów o wyjątkowych właściwościach fizykochemicznych i potencjalnie interesujących zastosowaniach katalitycznych lub elektrochemicznych.