Ученые Института геохимии и аналитической химии им. В.И. Вернадского Российской академии наук (ГЕОХИ РАН) совместно с коллегами из Южно-Уральского федерального научного центра минералогии и геоэкологии УрО РАН и Института геологии и минералогии им. В.С. Соболева СО РАН исследовали процессы кристаллизации в боросиликатных стеклах — материалах, применяемых для связывания радиоактивных веществ. Полученные результаты позволят прогнозировать поведение стекломатериалов и, управляя процессом кристаллизации расплавов, создавать более надежные системы долговременной изоляции радиоактивных отходов.
Радиоактивный цезий — один из наиболее опасных продуктов, образующихся при делении урана и плутония, и проблема хранения таких отходов стоит особенно остро. Для их надежной иммобилизации традиционно используют боросиликатное стекло. Однако оно со временем может кристаллизоваться. При этом меняется его структура и способность удерживать радионуклиды. Поэтому исследование закономерностей кристаллизации и изучения структуры при фазовом разделении сложных стеклообразующих расплавов имеет не только фундаментальную, но и практическую значимость.
Авторы работы синтезировали образцы стекла с разным содержанием цезия и натрия, а затем провели их термическую обработку при разных режимах. Для того, чтобы определить сам факт кристаллизации, изучить структуру и характеристики полученных соединений, применяли методы рентгеновской дифракции, электронной микроскопии, рамановской спектроскопии и термического анализа. Такой комплексный подход позволил впервые подробно описать строение и свойства новых фаз.
В результате удалось выделить несколько упорядоченных соединений цезия, формирующихся при кристаллизации стекла путем вторичного плавления с последующим медленным охлаждением до 600 оС. Один из них — кубический боросиликат цезия со стехиометрией лейцита CsBSi₂O₆ (Сs-боролейцит). Другой, ранее неизвестный орторомбический боросиликат цезия Cs₂B₂Si₃O₁₀, оказался первым представителем особого класса соединений с каркасной структурой, напоминающей цеолиты.
