Les physiciens du MIFI ont synthétisé un matériau afin de recycler les déchets radioactifs

Les experts de l’Université nationale de recherches nucléaires MIFI ont perfectionné la méthode de synthèse des oxydes composés afin d'améliorer la qualité des matériaux ayant un large éventail d’utilisation - des matrices de recyclage des déchets radioactifs à la céramique des revêtements de protection thermique.

Qui plus est, ces nouveaux matériaux pourraient être utilisés en tant que revêtements thermorésistants dans les moteurs d'avions et dans les turbines. L'article a été publié par la revue Journal of Alloys and Compounds.

Les oxydes composés «Ln2O3 — MO2» (Ln signifiant les éléments des terres rares et M désignant un élément du sous-groupe du titane) sont activement étudiés ces dernières années en raison d'un grand intérêt scientifique pour le changement de phase «ordre-désordre» — caractérisant la position des atomes dans le réseau cristallin.

Les études scientifiques présentent d'habitude les données relatives aux études de la structure et des qualités des substances bien cristallisées Ln2M2O7, formées grâce à la méthode de synthèse à l'état solide à des températures élevées. L'attention des scientifiques se focalise dans ce cas-là sur la transition de la substance de l'état amorphe vers l'état cristallin.

Mais, selon les auteurs de l'étude, cette méthode ne permet pas d'obtenir d'informations concernant les processus de formation et d'évolution des structures nano-cristallines (il s'agit de l'état pré-cristallin, quand la structure cristalline ne caractérise pas toute la substance, mais seulement certaines parties de cette dernière).

Les spécialistes du MIFI ont utilisé une autre méthode de synthèse qui prévoit la calcination à des températures différentes des précurseurs initialement amorphes formés grâce à la précipitation des sels métalliques correspondants.

«Nous avons pour la première fois réussi à observer tous le processus de transformation de la structure locale des atomes et des électrons des oxydes composés mentionnés au cours du processus d'évolution et de formation de la structure nano-cristalline et cristalline à partir d'un état amorphe, explique Alexeï Menouchenkov, professeur de la chaire de physique des corps solides et des nano-systèmes. Nous avons démontré le fait que la spectroscopie radiologique d'absorption et la spectroscopie de diffusion combinée étaient extrêmement sensibles aux changements de la structure locale des atomes et des électrons des oxydes composés en fonction du type de l'élément des terres rares et de la méthode de formation».

Une partie importante du travail réside dans la combinaison de méthodes uniques de recherche. Au cours de cette étude, les scientifiques ont utilisé la spectroscopie radiologique d'absorption, la diffraction radiologique aux émissions de synchrotron, la spectroscopie de diffusion combinée, la spectroscopie infrarouge, la microscopie électronique radiologique à balayage avec analyse de la dispersion d'énergie et l'analyse thermogravimétrique.

La combinaison de ces méthodes compliquées et coûteuses est nécessaire pour obtenir des informations sur les changements de la structure cationique et anionique d'une substance. Qui plus est, les spécialistes ont utilisé des méthodes supplémentaires pour analyser les échantillons.

L'étude des transformations de la structure locale des atomes et des électrons a recouru aux méthodes de spectroscopie radiologique d'absorption EXAFS et XANES à la station BM08 (LISA) de l'Installation européenne de rayonnement synchrotron (ESRF, Grenoble, France) dans le cadre du projet HC-3039 pour l'attribution de tranches d'utilisation remporté par le groupe de Alexeï Menouchenkov sur la base d'un concours.

Selon les scientifiques, les résultats de leur travail sont importants du point de vue de la science fondamentale, ainsi que pour obtenir les qualités optimales des oxydes composés destinés à différents usages pratiques. Ces nouveaux matériaux pourraient servir non seulement à créer des matériaux céramiques pour les revêtements thermorésistants, des matrices de recyclage des déchets radioactifs ou des combustibles à oxydes solides, mais aussi à produire des matériaux capables d'absorber les neutrons dans les réacteurs nucléaires.