Методом рентгенівської дифракції досліджено фазовий склад коричневої кераміки лавоподібних паливовмісних матеріалів комплексу «Новий безпечний конфайнмент-об'єкт «Укриття». Визначено тип та оцінено вміст кристалічних фаз. Одержано характеристики силікатної склофази. Оксид урану є похідним від «вихідних» матеріалів реактора до Чорнобильської аварії, кубічний і тетрагональний оксиди цирконію та силікат цирконію утворилися під час аварії, а низка оксидів кремнію, силікати урану, цирконію, алюмінію та кальцію сформувалися в процесі кристалізації скломатриці впродовж 33 років після аварії. Оксид урану у включеннях окислився до UO 2,34 , має кубічну решітку, яка є метастабільною при такому вмісті кисню. Ці включення існують завдяки стисненню їх скломатрицею. Збільшення їхнього об'єму за рахунок окислення оксиду урану є причиною формування тріщин у матеріалі. При руйнуванні коричневої кераміки 20-25 % оксиду урану із включень переходить до оксиду U 3 O 8 з руйнуванням зерен до мікронного та субмікронного рівнів. На даний час кристалізація скломатриці знаходиться на стадії сталого розвитку. Ключові слова: лавоподібні паливовмісні матеріали, коричнева кераміка, кристалізація, окислення, рентгенівський фазовий та кількісний аналізи, фазовий склад, стиснення, включення оксиду урану, включення оксидів цирконію, оксиди кремнію, силікати урану, цирконію, алюмінію та кальцію.

No abstract

Amorphous, glass, and glass-ceramic materials practically always include a significant number (more than eight) of crystalline phases, with the contents of the latter ranging from a few wt.% to several hundredths or tenths of wt.%. The study of such materials using the method of X-ray phase analysis faces difficulties, when determining the phase structure. In this work, we will develop a method for the analysis of the diffraction patterns of such materials, when diffraction patterns include X-ray lines, whose intensities are at the noise level. The identification of lines is based on the search for correlations between the experimental and test lines and the verification of the coincidence making use of statistical methods (computer statistics). The method is tested on the specimens of α-quartz, which are often used as standard ones, and applied to analyze lava-like fuel-containing materials from the destroyed Chornobyl NPP Unit 4. It is shown that the developed technique allows X-ray lines to be identified, if the contents of separate phases is not less than 0.1 wt.%. The method also significantly enhances a capability to determine the phase contents quantitatively on the basis of lines with low intensities.

Модель еволюцiї мiкроструктури лавоподiбних паливовмiсних матерiалiв (ЛПВМ) 4-го блока Чорнобильської АЕС оновлено на прикладi коричневої керамiки. Пiдтверджено, що поведiнка ЛПВМ визначається не одним або декiлькома фiзичними i хiмiчними процесами, а їх взаємозв’язком i взаємовпливом. Фiзичнi та хiмiчнi процеси, що протiкають в ЛПВМ, доповнено ще двома новими. Уточнено вплив на поведiнку ЛПВМ ще одного ранiше вiдомого процесу. Додано новi стадiї еволюцiї мiкроструктури. Уточнено тривалостi вiдомих i визначено тривалостi нових стадiй. Представлено прогноз стану та поведiнки ЛПВМ. У найближчiй перспективi руйнування ЛПВМ не буде, у вiддаленiй – вони повнiстю зруйнуються. Оцiнено термiни руйнування ЛПВМ, розмiри частинок, на якi зруйнується склофаза. Всi включення оксидiв урану потраплять за межi ЛПВМ. Зерна оксиду урану зруйнуються до кiлькох мiкрон, а частина з них, можливо, i до субмiкронного рiвня. До 50 т мiкронних порошкiв оксидiв урану неминуче будуть брати участь у формуваннi аерозолiв, якi й представлятимуть основну небезпеку для людини. Запропоновано деякi методичнi та технологiчнi пiдходи до створення методiв твердофазного кондицiонування ЛПВМ.

Institute for Safety Problems of Nuclear Power Plants, Nat. Acad. of Sci. of Ukraine and 36a, Kirova str., Chornobyl 07270, Ukraine * A new method for identifying crystalline phases in X-ray diffraction data has been proposed, which is especially useful for the study of multiphase materials (more than eightten phases) with a relatively low content (less than 1 -3 wt%). The method is based on a statistical analysis of data and provides an unambiguous non-quantitative criterion for the presence of one or another phase in the material. It has been shown that the method works reliably in cases where a significant number of reflexes (more than several dozen) on the diffraction pattern are comparable with intensity-to-noise ratio.